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DE102020206520A1 - Method for operating a battery system - Google Patents

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DE102020206520A1
DE102020206520A1 DE102020206520.9A DE102020206520A DE102020206520A1 DE 102020206520 A1 DE102020206520 A1 DE 102020206520A1 DE 102020206520 A DE102020206520 A DE 102020206520A DE 102020206520 A1 DE102020206520 A1 DE 102020206520A1
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DE
Germany
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battery
battery cells
switched
battery system
strand
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Pending
Application number
DE102020206520.9A
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German (de)
Inventor
Christoph Woll
Martina Maurer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems(10) mit mehreren parallel verschaltbaren Strängen (20), die jeweils mindestens ein Batteriemodul (12) aufweisen, in dem mehrere Batteriezellen (14) seriell miteinander verschaltet sind, wobei für das mindestens eine Batteriemodul (12) eine Batteriezellenüberwachungseinheit (16) vorgesehen ist, die mit einer Batteriesteuereinheit (30) verbindbar ist, und wobei die einzelnen Stränge (20) separat und unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sind, umfassend folgende Schritte:- Ermitteln eines Ausgleichsbedarfs des Batteriesystems (10), wobei alle Stränge (20) beim Feststellen des Ausgleichsbedarf abgeschaltet werden;- Ermitteln einer Zielzellenspannung, die der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen (14) des Batteriesystems (10) entspricht;- Ausgleichen der Batteriezellen (14) auf das Niveau der Zielzellenspannung,- Überwachen von Strangspannungsdifferenzen der Stränge (20) untereinander und Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW;- Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem Wert von SW - ε, wobei ε ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das mindestens ein Batteriesystem (10) umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.The invention relates to a method for operating a battery system (10) with several strings (20) which can be connected in parallel, each having at least one battery module (12) in which several battery cells (14) are connected in series, with the at least one battery module ( 12) a battery cell monitoring unit (16) is provided, which can be connected to a battery control unit (30), and wherein the individual strings (20) can be switched on and off separately and independently of one another, comprising the following steps: ), whereby all strings (20) are switched off when the need for compensation is determined; - Determination of a target cell voltage which corresponds to the lowest cell voltage of all battery cells (14) of the battery system (10); - Equalization of the battery cells (14) to the level of the target cell voltage, - Monitoring of string voltage differences between the strings (20) and comparing Amounts of the respective phase voltage differences with a first predetermined threshold value SW; - comparison of amounts of the respective phase voltage differences with a value of SW - ε, where ε is a second predetermined threshold value. The invention also relates to a vehicle which comprises at least one battery system (10) which is operated using the method according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems mit mehreren parallel verschaltbaren Strängen, die jeweils mindestens ein Batteriemodul aufweisen, in dem mehrere Batteriezellen seriell miteinander verschaltet sind, wobei für das mindestens eine Batteriemodul eine Batteriezellenüberwachungseinheit vorgesehen ist, die mit einer Batteriesteuereinheit verbindbar ist, und wobei die einzelnen Stränge separat und unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sind.The invention relates to a method for operating a battery system with several strings that can be connected in parallel, each having at least one battery module in which several battery cells are connected to one another in series, a battery cell monitoring unit being provided for the at least one battery module, which can be connected to a battery control unit, and whereby the individual strands can be switched on and off separately and independently of one another.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, das mindestens ein Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.The invention also relates to a vehicle which comprises at least one battery system which is operated with the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

In heutigen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (Electric Vehicle, EV) sind mehrere Batteriezellen nicht nur seriell miteinander verschaltet sondern auch parallel. Dadurch wird eine ausreichend hohe Batteriekapazität und damit eine hohe Fahrzeugreichweite erzielt, aber auch die erforderliche Leistung kann somit zur Verfügung gestellt werden. Die Parallelschaltung solcher Zellen erfolgt meist innerhalb eines Moduls, wobei mehrere Module seriell miteinander verbunden werden, um die erforderliche Batteriespannung zu erreichen. Solche Systeme werden als einsträngige Systeme bzw. 1-Strang-Systeme bezeichnet. Aber auch eine Parallelverschaltung auf Strangebene, d.h. mehrere Batteriemodule mit nur seriell verschalteten Batteriezellen, kommen insbesondere für autonom betriebene EVs mehr und mehr zum Einsatz, um im Fehlerfall nur den defekten Strang abschalten zu können und somit ein bestimmtes Sicherheitslevel (Safe Stop Level, SSL) erreichen zu können. Die einzelnen Stränge werden durch Schalter (in jedem Strang) miteinander parallel zusammengeschaltet. Die Batteriezellen dieser mehrsträngigen Systeme bzw. Mehr-Strang-Systeme müssen von Zeit zu Zeit auch ausgeglichen werden, d.h. ihre Spannungen sind anzugleichen. Mit den heutigen Ausgleichsverfahren lassen sich auch solche Mehr-Strang-Systeme ausgleichen, jedoch kann der Verfahrensablauf eines 1-Strang-Systems nicht 1:1 übertragen werden, da weitere Kriterien zu berücksichtigen sind.In today's electrically powered vehicles (Electric Vehicle, EV), several battery cells are not only connected to one another in series, but also in parallel. This achieves a sufficiently high battery capacity and thus a long vehicle range, but the required power can also be made available. Such cells are usually connected in parallel within a module, with several modules connected in series in order to achieve the required battery voltage. Such systems are referred to as single-line systems or 1-line systems. But also a parallel connection on string level, i.e. several battery modules with only serially connected battery cells, are used more and more, especially for autonomously operated EVs, in order to be able to switch off only the defective string in the event of a fault and thus a certain security level (Safe Stop Level, SSL) to be able to achieve. The individual strings are connected to each other in parallel by switches (in each strand). The battery cells of these multi-string systems or multi-string systems also have to be balanced from time to time, i.e. their voltages have to be adjusted. With today's compensation processes, such multi-line systems can also be compensated, but the process sequence of a 1-line system cannot be transferred 1: 1, since further criteria have to be taken into account.

Das Dokument US 2019/0103750 A1 beschreibt ein Energieverwaltungssystem zur Verwendung in Verbindung mit Batteriezellen, mit dem die Batteriezellen und die Batterien in variable Energiespeicherquellen umgewandelt werden können.The document US 2019/0103750 A1 describes a power management system for use with battery cells that enables the battery cells and batteries to be converted into variable energy storage sources.

Das Dokument DE 10 2015 223 580 A1 betrifft ein Verfahren zum Regeln oder Steuern eines Strangstroms für einen Elektroantrieb mittels eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen und einer zentralen Regeleinrichtung.The document DE 10 2015 223 580 A1 relates to a method for regulating or controlling a phase current for an electric drive by means of a battery system with a plurality of battery cells and a central control device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems vorgeschlagen. Dabei umfasst das Batteriesystem mehrere parallel verschaltbare Stränge, die jeweils mindestens ein Batteriemodul aufweisen, in dem mehrere Batteriezellen seriell miteinander verschaltet sind. Bei den Batteriezellen handelt es sich beispielsweise um wieder aufladbare Lithium-Batteriezellen.According to the invention, a method for operating a battery system is proposed. In this case, the battery system comprises several strings which can be connected in parallel and each have at least one battery module in which several battery cells are connected to one another in series. The battery cells are, for example, rechargeable lithium battery cells.

Für das mindestens eine Batteriemodul ist eine Batteriezellenüberwachungseinheit (Cell Supervising Circuit, CSC) vorgesehen, die mit einer Batteriesteuereinheit (Battery Control Unit, BCU) verbindbar ist. Bevorzugt ist die Batteriezellenüberwachungseinheit als eine modulinterne Batteriezellenüberwachungseinheit ausgebildet. Die Batteriezellenüberwachungseinheit kann beispielsweise die einzelnen Batteriezellenspannungen sowie die Temperatur im Batteriemodul erfassen, die Signalart von analog zu digital wandeln und an die übergeordnete Batteriesteuereinheit übertragen.A battery cell monitoring unit (Cell Supervising Circuit, CSC), which can be connected to a battery control unit (Battery Control Unit, BCU), is provided for the at least one battery module. The battery cell monitoring unit is preferably designed as a module-internal battery cell monitoring unit. The battery cell monitoring unit can, for example, record the individual battery cell voltages and the temperature in the battery module, convert the type of signal from analog to digital and transmit it to the higher-level battery control unit.

Die einzelnen Stränge sind separat und unabhängig voneinander zu- und abschaltbar. Unter Zuschalten ist unter anderem das Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Verbraucher zu verstehen, wodurch elektrische Energie von dem zugeschalteten Strang zu dem Verbraucher fließen kann. Unter Zuschalten ist auch das Herstellen einer elektrischen Verbindung einzelner Stränge zu verstehen, wodurch die zugeschalteten Stränge parallel miteinander verschaltet werden. Die so parallel miteinander verschalteten Stränge können dann mit einem Verbraucher verbunden werden. Unter Abschalten ist unter anderem das Abtrennen einer elektrischen Verbindung mit einem Verbraucher zu verstehen, wodurch elektrische Energie von dem abgeschalteten Strang nicht mehr zu dem Verbraucher fließen kann. Unter Abschalten ist auch das Abtrennen einer elektrischen Verbindung einzelner Stränge zu verstehen, wodurch die abgeschalteten Stränge nicht mehr miteinander verschaltet werden.The individual lines can be switched on and off separately and independently of one another. Connecting is to be understood, among other things, to establish an electrical connection with a consumer, as a result of which electrical energy can flow from the connected strand to the consumer. Connecting is also to be understood as establishing an electrical connection between individual strings, whereby the connected strings are interconnected in parallel. The strings connected in parallel with one another can then be connected to a consumer. Shutdown is understood to mean, among other things, the disconnection of an electrical connection to a consumer, as a result of which electrical energy can no longer flow from the disconnected strand to the consumer. Switching off is also to be understood as the disconnection of an electrical connection of individual strings, as a result of which the strings that have been switched off are no longer interconnected.

Weisen die Stränge jeweils mehrere Batteriemodule auf, sind die Batteriemodule seriell miteinander verschaltet und die einzelnen Batteriemodule können auch separat und unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sein.If the strings each have several battery modules, the battery modules are connected to one another in series and the individual battery modules can also be switched on and off separately and independently of one another.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend genannten Schritte.The method according to the invention comprises at least the following steps.

Zunächst erfolgt ein Ermitteln eines Ausgleichsbedarfs des Batteriesystems. Dies erfolgt beispielsweise nach einer Fahrt eines Elektrofahrzeugs. Beim Feststellen des Ausgleichsbedarfs werden alle Stränge abgeschaltet. Dies ist erforderlich, um die beim Ausgleichen in den einzelnen Strängen entstehende Spannungsdifferenz, welche zu hohen Ausgleichsströmen führen würde, zu unterbinden.First of all, a compensation requirement of the battery system is determined. this happens for example after driving an electric vehicle. When the need for compensation is determined, all lines are switched off. This is necessary in order to prevent the voltage difference arising in the individual strings when balancing, which would lead to high balancing currents.

Danach erfolgt ein Ermitteln einer Zielzellenspannung für das Ausgleichen der Batteriezellen. Dabei entspricht die Zielzellenspannung der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen des Batteriesystems.A target cell voltage for balancing the battery cells is then determined. The target cell voltage corresponds to the lowest cell voltage of all battery cells in the battery system.

Anschließend erfolgt ein Ausgleichen in allen Strängen zeitgleich. Das Ausgleichen erfolgt nach dem bekannten passiven Standard-Ausgleichsverfahren, bei dem die Zellenspannungen auf das Niveau der kleinsten Zellenspannung angepasst werden. Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch jedes andere Ausgleichsverfahren zur Anwendung kommen, was den hier beschriebenen Verfahrensablauf nicht beeinträchtigt.All strands are then balanced at the same time. The equalization takes place according to the known passive standard equalization process, in which the cell voltages are adjusted to the level of the lowest cell voltage. Advantageously, any other compensation method can also be used in the method according to the invention, which does not impair the method sequence described here.

Beim Ausgleichen der Batteriezellen erfolgen ein Überwachen von Strangspannungsdifferenzen der Stränge untereinander und ein Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW. Vorzugsweise werden die Strangspannungsdifferenzen dauerhaft überwacht.When balancing the battery cells, the phase voltage differences between the phases are monitored and the amounts of the respective phase voltage differences are compared with a first predetermined threshold value SW. The phase voltage differences are preferably continuously monitored.

Die Beträge der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen sollten den ersten vorgegebenen Schwellenwert SW nicht überschreiten. Vorzugsweise liegt der erste vorgegebene Schwellenwert SW bei einem Wert kleiner als 5 V, insbesondere kleiner als 3 V, ganz besondere ungefähr bei 1 V.The amounts of the respective phase voltage differences should not exceed the first predetermined threshold value SW. The first predetermined threshold value SW is preferably at a value less than 5 V, in particular less than 3 V, very particularly approximately 1 V.

Kurz bevor der erste vorgegebene Schwellenwert SW erreicht wird, erfolgt ein Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem Wert von SW - ε, wobei ε ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist. Vorzugsweise liegt der zweite vorgegebene Schwellenwert ε bei einem Wert kleiner als 20%, insbesondere kleiner als 15%, vorzugsweise kleiner als 10% des Wertes des ersten vorgegebenen Schwellenwertes SW.Shortly before the first predefined threshold value SW is reached, the amounts of the respective phase voltage differences are compared with a value of SW − ε, where ε is a second predefined threshold value. The second predefined threshold value ε is preferably at a value less than 20%, in particular less than 15%, preferably less than 10% of the value of the first predefined threshold value SW.

Wenn die Beträge der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen kleiner als der Wert von SW - ε sind, wird das Ausgleichen der Batteriezellen bzw. der Stränge fortgesetzt.If the amounts of the respective string voltage differences are smaller than the value of SW - ε, the balancing of the battery cells or the strings is continued.

Anschließend wird geprüft, ob das Batteriesystem eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen bzw. alle Stränge ausgeglichen wurden. Unter Einschalten eines Batteriesystems ist unter anderem das Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einem Verbraucher zu verstehen, wodurch elektrische Energie von dem eingeschalteten Batteriesystem zu dem Verbraucher fließen kann, wie beispielsweise ein Starten eines Elektrofahrzeugs.It is then checked whether the battery system is switched on or whether all battery cells or all strings have been balanced. Switching on a battery system is understood to mean, among other things, establishing an electrical connection with a consumer, as a result of which electrical energy can flow from the switched-on battery system to the consumer, such as starting an electric vehicle.

Das Ausgleichen wird erst dann beendet, wenn das Batteriesystem eingeschaltet wird oder alle Batteriezellen bzw. alle Stränge ausgeglichen wurden.The balancing is only ended when the battery system is switched on or all battery cells or all strings have been balanced.

Wenn ein Betrag oder mehrere Beträge der Strangspannungsdifferenzen größer oder gleich dem Wert von SW - ε sind, wird zunächst das Ausgleichen des Strangs oder der Stränge mit einer kleineren Strangspannung abgebrochen, um ein weiteres Auseinanderdriften der Strangspannungen zu vermeiden.If one or more amounts of the phase voltage differences are greater than or equal to the value of SW - ε, the balancing of the phase or phases with a lower phase voltage is first aborted in order to prevent the phase voltages from drifting further apart.

Danach wird geprüft, ob der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich einem Wert von SW - 2ε sind. It is then checked whether the one or more amounts of the phase voltage differences are less than or equal to a value of SW − 2ε.

Das Ausgleichen des Strangs oder der Stränge, bei dem oder bei denen das Ausgleichen abgebrochen wurden, wird erst dann fortgesetzt, wenn der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich dem Wert von SW - 2ε sind, um ein toggelndes Zu- und Abschalten des Ausgleichens vorteilhafterweise zu vermeiden.The balancing of the strand or strings in which the balancing was interrupted is only continued if the one or more amounts of the strand voltage differences are less than or equal to the value of SW - 2ε, by a toggling addition and Advantageously, to avoid switching off the equalization.

Anschließend wird geprüft, ob das Batteriesystem eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen bzw. alle Stränge ausgeglichen wurden. Das Ausgleichen wird erst dann beendet, wenn das Batteriesystem eingeschaltet wird oder alle Batteriezellen bzw. alle Stränge ausgeglichen wurden.It is then checked whether the battery system is switched on or whether all battery cells or all strings have been balanced. The balancing is only ended when the battery system is switched on or all battery cells or all strings have been balanced.

Vorzugsweise werden die Batteriezellen eines Strangs zunächst auf das Niveau einer kleinesten Zellenspannung dieses Strangs ausgeglichen und erst wenn dieser Strang ausgeglichen wurde, d.h. alle Batteriezellen dieses Strangs wurden auf das Niveau der kleinesten Zellenspannung dieses Strangs ausgeglichen, erfolgt das Ausgleichen auf das Niveau der Zielzellenspannung.Preferably, the battery cells of a string are first equalized to the level of the lowest cell voltage of this string and only when this string has been equalized, i.e. all battery cells of this string have been equalized to the level of the lowest cell voltage of this string, is the equalization to the level of the target cell voltage.

Alternativ kann die Zielzellenspannung von Anfang an berücksichtigt werden und die Energiereduzierung aller Batteriezellen des Batteriesystems wird gleich auf die Batteriezelle ausgerichtet, die die Zielzellenspannung aufweist.Alternatively, the target cell voltage can be taken into account from the start and the energy reduction of all battery cells of the battery system is geared equally to the battery cell that has the target cell voltage.

Wird das Batteriesystem während des Ausgleichens eingeschaltet, werden vorteilhafterweise nur die Stränge zugeschaltet, bei denen die Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich dem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW sind, um batterieschädigende Ausgleichsströme zu verhindern.If the battery system is switched on during the equalization, only those strings are advantageously connected in which the amounts of the string voltage differences are less than or equal to the first predetermined threshold value SW in order to prevent equalizing currents that damage the battery.

Bevorzugt weist die Batteriezellenüberwachungseinheit des mindestens einen Batteriemoduls zum Ausgleichen der Batteriezellen einen veränderbaren elektrischen Widerstand auf, der auch als Potentiometer bezeichnet wird und günstig, präzise und in kleiner Bauform erhältlich ist.The battery cell monitoring unit of the at least one battery module preferably has a variable electrical resistance for balancing the battery cells, which is also referred to as a potentiometer and is available inexpensively, precisely and in a small design.

Vorzugsweise wird der veränderbare elektrische Widerstand so eingestellt, dass sobald der Betrag der Strangspannungsdifferenz den ersten vorgegebenen Schwellenwert SW erreicht, sich der Widerstandswert verändert. Dadurch würde die Unterbrechung des Ausgleichens unterbleiben und eine kontinuierliche Spannungsanpassung mit variablem Entladestrom stattfinden. Dieser Vorgang könnte dauerhaft während des Ausgleichens aktiv sein und somit eine Art einer Widerstands-/Strom-Regelung darstellen.The variable electrical resistance is preferably set in such a way that as soon as the amount of the phase voltage difference reaches the first predetermined threshold value SW, the resistance value changes. This would mean that the equalization would not be interrupted and the voltage would be continuously adjusted with a variable discharge current. This process could be permanently active during the equalization and thus represent a type of resistance / current control.

Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das mindestens ein Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.Furthermore, a vehicle is proposed which comprises at least one battery system which is operated with the method according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein Verfahren zum Betreiben eines mehrsträngigen Batteriesystems angegeben werden.In an advantageous manner, the solution proposed according to the invention can provide a method for operating a multi-line battery system.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich rein softwaretechnisch in der Batteriesteuereinheit oder bei mehreren parallel verschalteten Batteriesystemen in einem übergeordneten Steuergerät umsetzen.The method according to the invention can be implemented purely in terms of software in the battery control unit or, in the case of several battery systems connected in parallel, in a higher-level control device.

In vorteilhafter Weise lässt sich das Verfahren mit Standard-Hardware kostengünstig realisieren. Dabei wird aufbauend auf der existierenden Elektronik-Hardware, insbesondere der Batteriezellenüberwachungseinheiten, das erfindungsgemäße Verfahren softwaretechnisch in das Batteriemanagementsystem in der Batteriesteuereinheit implementiert.The method can advantageously be implemented cost-effectively using standard hardware. Building on the existing electronic hardware, in particular the battery cell monitoring units, the method according to the invention is implemented in software in the battery management system in the battery control unit.

Vorteilhafterweise können weitere hardwaretechnische Alternativen, mit dem Ziel eines optimalen Ausgleichens unter der Bedingung der Sicherstellung eines jederzeitigen Fahrzeugstarts, ebenfalls zum Einsatz kommen. Beispielsweise können anstelle der heutigen Festwiderstände in den Batteriezellenüberwachungseinheiten veränderbare elektrische Widerstände verwendet werden. Dank der veränderbaren Widerstände kann ein kontinuierliches Ausgleichen mit kleinsten Strangspannungsdifferenzen ermöglicht werden.Advantageously, further hardware-technical alternatives can also be used with the aim of optimal compensation under the condition of ensuring that the vehicle can be started at any time. For example, instead of today's fixed resistors, variable electrical resistances can be used in the battery cell monitoring units. Thanks to the variable resistances, continuous compensation with the smallest phase voltage differences can be made possible.

Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für Niederspannungssysteme, sondern auch für Hochspannungssysteme beliebiger Spannung einsetzbar. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren für beliebige passive Ausgleichsverfahren und Ausgleichsstrategien anwendbar.In addition, the method according to the invention can be used not only for low-voltage systems, but also for high-voltage systems of any voltage. Furthermore, the method according to the invention can be used for any passive compensation methods and compensation strategies.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the following description.

Es zeigen:

  • 1 ein erstes einsträngiges Batteriesystem,
  • 2 ein zweites einsträngiges Batteriesystem,
  • 3 ein dreisträngiges Batteriesystem,
  • 4.1 bis 4.4 jeweils ein Balkendiagramm der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens eines ersten Strangs gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 5.1 bis 5.4 jeweils ein Balkendiagramm der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens des ersten Strangs gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 6.1 bis 6.5 jeweils ein Balkendiagramm der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens eines zweiten Strangs und
  • 7 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs zum Betreiben eines Batteriesystems.
Show it:
  • 1 a first single-string battery system,
  • 2 a second single-string battery system,
  • 3 a three-string battery system,
  • 4th .1 to 4.4 each a bar chart of the individual battery cell voltages at different times during a balancing of a first string according to a first embodiment of the method according to the invention,
  • 5 .1 to 5.4 each a bar chart of the individual battery cell voltages at different times during a balancing of the first string according to a second embodiment of the method according to the invention,
  • 6th .1 to 6.5 each a bar chart of the individual battery cell voltages at different times during a balancing of a second string and
  • 7th a schematic representation of a method sequence for operating a battery system.

1 und 2 zeigen jeweils ein einsträngiges Batteriesystem 10. 1 and 2 each show a single-strand battery system 10 .

Den Darstellungen gemäß 1 und 2 ist zu entnehmen, dass ein Strang 20 des einsträngigen Batteriesystems 10 eine Anzahl von identisch aufgebauten Batteriemodulen 12 mit mehreren Batteriezellen 14 umfasst. Dabei können beispielsweise in dem Strang 20 zwölf Batteriemodule 12 in Serienschaltung miteinander verschaltet vorgesehen sein, von denen in der Darstellung gemäß 1 und 2 lediglich drei Batteriemodule 12 dargestellt sind. Der Strang 20 ist mit einem ersten Strangschütz 22 bzw. einem zweiten Strangschütz 24 versehen, mit deren Hilfe der Strang 20 komplett abgeschaltet werden kann. Darüber hinaus umfassen die baugleichen Batteriemodule 12 des Stranges 20 jeweils eine modulinterne Batteriezellenüberwachungseinheit 16, die mit einer Batteriesteuereinheit 30 zum Betreiben des Batteriesystems 10 verbunden ist. Die Batteriezellenüberwachungseinheit 16 kann beispielsweise die einzelnen Batteriezellenspannungen sowie die Temperatur im Batteriemodul 12 erfassen, die Signalart von analog zu digital wandeln und an die übergeordnete Batteriesteuereinheit 30 übertragen.According to the representations 1 and 2 it can be seen that a strand 20th of the single-string battery system 10 a number of identically constructed battery modules 12th with several battery cells 14th includes. For example, in the strand 20th twelve battery modules 12th be provided interconnected in series with one another, of which in the illustration according to FIG 1 and 2 only three battery modules 12th are shown. The strand 20th is with a first line contactor 22nd or a second line contactor 24 provided, with the help of which the strand 20th can be switched off completely. In addition, the identical battery modules include 12th of the strand 20th a module-internal battery cell monitoring unit each 16 that come with a battery control unit 30th to operate the battery system 10 connected is. The battery cell monitoring unit 16 For example, the individual battery cell voltages and the temperature in the battery module 12th detect the signal type of convert analog to digital and to the higher-level battery control unit 30th transfer.

Die einzelnen Batteriemodule 12 des Stranges 20 gemäß der Darstellung in 1 umfassen jeweils zum Beispiel zwölf Batteriezellen 14, die innerhalb der jeweiligen Batteriemodule 12 in Serienschaltung verschaltet sind. Eine so ausgebildete Serienschaltung wird auch als eine 12s1p-Verschaltung bezeichnet.The individual battery modules 12th of the strand 20th as shown in 1 each include, for example, twelve battery cells 14th that are within the respective battery modules 12th are connected in series. A series connection designed in this way is also referred to as a 12s1p connection.

Das in 2 dargestellte zweite einsträngige Batteriesystem 10 unterscheiden sich von dem ersten einsträngigen Batteriesystem 10 gemäß 1 dadurch, dass die in 2 dargestellten Batteriemodule 12 jeweils parallel verschaltete Batteriezellen 14 aufweisen. Die in 2 dargestellten Batteriemodule 12 sind jeweils gemäß 12s3p-Verschaltung, d.h. mit zwölf seriell verschalteten Batteriezellen 14 versehen, wobei jeweils drei Batteriezellenstränge parallel verschaltet sind.This in 2 illustrated second single-string battery system 10 differ from the first single-string battery system 10 according to 1 by the fact that the in 2 shown battery modules 12th battery cells connected in parallel 14th exhibit. In the 2 shown battery modules 12th are each in accordance with 12s3p interconnection, ie with twelve battery cells connected in series 14th provided, with three battery cell strings being connected in parallel.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

Der Darstellung gemäß 3 ist ein dreisträngig ausgebildetes Batteriesystem 10, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.According to the representation 3 is a three-strand battery system 10 , which is operated with the method according to the invention.

3 zeigt den Aufbau eines Batteriesystems 10 gemäß der Darstellung in 1 jedoch mit drei Strängen 20. Die einzelnen Stränge 20 sind in ihrem Aufbau hinsichtlich der darin angeordneten Batteriemodule 12 in Serienschaltung angeordnet, identisch zum Aufbau des Batteriesystems 10 mit einem Strang 20 gemäß 1. 3 shows the structure of a battery system 10 as shown in 1 but with three strands 20th . The individual strands 20th are in their structure with regard to the battery modules arranged therein 12th arranged in series, identical to the structure of the battery system 10 with one strand 20th according to 1 .

Ein jeder der Stränge 20 ist innerhalb des Batteriesystems 10 über ein erstes Strangschütz 22 bzw. ein zweites Strangschütz 24 vom Batteriesystem 10 trennbar oder mit diesen verbindbar.Each of the strands 20th is within the battery system 10 via a first line contactor 22nd or a second line contactor 24 from the battery system 10 separable or connectable with these.

Gleiches gilt für das gesamte Batteriesystem 10, welches über einen ersten Systemschütz 26 bzw. über ein zweites Systemschütz 28 von einem Verbraucher, wie beispielsweise von einem elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges, getrennt werden kann.The same applies to the entire battery system 10 , which has a first system contactor 26th or via a second system contactor 28 can be separated from a consumer, for example from an electric drive of a vehicle.

In der nachfolgenden Beschreibung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von 4.1 bis 4.4, 5.1 bis 5.4 sowie 6.1 bis 6.5 erläutert.In the following description, the method according to the invention is based on 4th .1 to 4.4, 5 .1 to 5.4 and 6th .1 to 6.5 explained.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird hier vereinfacht anhand eines Batteriesystems 10 mit einem ersten Strang 20 und einem zweiten Strang 20 beschrieben. Dabei umfassen der erste und der zweite Strang 20 jeweils ein Batteriemodul 12, das fünf seriell verschaltete Batteriezellen 14 sowie eine modulinterne Batteriezellenüberwachungseinheit 16 aufweist. Die Batteriezellenüberwachungseinheit 16 kann die einzelnen Batteriezellenspannungen erfassen und an die übergeordnete Batteriesteuereinheit 30 übertragen.The method according to the invention is simplified here using a battery system 10 with a first strand 20th and a second strand 20th described. The first and second strands include 20th one battery module each 12th , the five serially connected battery cells 14th as well as a module-internal battery cell monitoring unit 16 having. The battery cell monitoring unit 16 can record the individual battery cell voltages and transmit them to the higher-level battery control unit 30th transfer.

4.1 bis 4.4 zeigen jeweils ein Balkendiagramm 40 der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens eines ersten Strangs 20 gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4th .1 to 4.4 each show a bar chart 40 of the individual battery cell voltages at different times during a balancing of a first string 20th according to a first embodiment of the method according to the invention.

5.1 bis 5.4 zeigen jeweils ein Balkendiagramm 40 der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens des ersten Strangs 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 .1 to 5.4 each show a bar chart 40 of the individual battery cell voltages at different times during a balancing of the first string 20th according to a second embodiment of the method according to the invention.

6.1 bis 6.5 zeigen jeweils ein Balkendiagramm 40 der einzelnen Batteriezellenspannungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten während eines Ausgleichens eines zweiten Strangs 20. 6th .1 to 6.5 each show a bar chart 40 of the individual battery cell voltages at different points in time during a balancing of a second string 20th .

Für mehr als zwei Stränge 20 ist der Verfahrensablauf 100 (siehe 7) analog. Das Gleiche gilt auch für eine beliebige Anzahl an Batteriezellen 14.For more than two strands 20th is the process flow 100 (please refer 7th ) analogue. The same applies to any number of battery cells 14th .

Die in 4.1 bis 4.4, 5.1 bis 5.4 und 6.1 bis 6.5 dargestellten Balkendiagramme 40 weisen jeweils eine erste Achse 41 und eine senkrecht zur ersten Achse 41 stehende zweite Achse 42. Dabei ist auf der ersten Achse 41 die Bezeichnung der einzelnen Batteriezellen 14 aufgetragen, während auf der zweiten Achse 42 die Spannung aufgetragen ist. Die Balken 50 in den jeweiligen Balkendiagrammen 40 stellen das Spannungsniveau der einzelnen Batteriezellen 14 zu unterschiedlichen Zeitpunkten dar.In the 4th .1 to 4.4, 5 .1 to 5.4 and 6th .1 to 6.5 shown bar graphs 40 each have a first axis 41 and one perpendicular to the first axis 41 standing second axis 42 . This is on the first axis 41 the designation of the individual battery cells 14th plotted while on the second axis 42 the voltage is plotted. The bars 50 in the respective bar charts 40 set the voltage level of the individual battery cells 14th at different times.

Nach einem Verbrauch, wie beispielsweise einer Fahrt eines Elektrofahrzeugs, weisen die Stränge 20 (nahezu) die gleiche Strangspannung auf. Vorliegend in 4.1, 5.1 und 6.1 weist die Strangspannung der jeweiligen Stränge 20 einen Wert von 20,2 V auf, welcher der Summe der Batteriezellenspannungen der fünf Batteriezellen 14 entspricht.After a consumption, such as a trip in an electric vehicle, the strands show 20th (almost) the same line voltage. Present in 4th .1, 5 .1 and 6th .1 shows the line voltage of the respective lines 20th a value of 20.2 V, which is the sum of the battery cell voltages of the five battery cells 14th is equivalent to.

Wird ein Ausgleichsbedarf von einem Batteriemanagementsystem der Batteriesteuereinheit 30 festgestellt, so werden der erste und der zweite Strang 20 abgeschaltet. Dies ist erforderlich, um die beim Ausgleichen in den einzelnen Strängen 20 entstehende Strangspannungsdifferenz, welche zu hohen Ausgleichsströmen führen würde, zu unterbinden.If there is a need for compensation from a battery management system of the battery control unit 30th determined, the first and the second strand 20th switched off. This is required to get the when balancing in the individual strands 20th to prevent the resulting phase voltage difference, which would lead to high equalizing currents.

Danach startet das Ausgleichen in den beiden Strängen 20 zeitgleich. Das Verfahren ist das bekannte passive Standard-Ausgleichsverfahren, bei dem die Zellspannungen auf das Niveau der kleinsten Zellenspannung aller Batteriezellen 14 des Batteriesystems 10, der auch als Zielzellenspannung bezeichnet wird, angepasst werden. Wie vorliegend in 4.1, 5.1 und 6.1 dargestellt, beträgt die Zielzellenspannung, die der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen 14 des Batteriesystems 10 entspricht, 3,8 V. Then the balancing starts in the two strands 20th contemporaneous. The method is the well-known passive standard compensation method, in which the cell voltages are brought to the level of the lowest cell voltage of all battery cells 14th of the battery system 10 , which is also referred to as the target cell voltage, can be adjusted. As here in 4th .1, 5 .1 and 6th .1, the target cell voltage is the lowest cell voltage of all battery cells 14th of the battery system 10 corresponds to, 3.8 V.

Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch jedes andere Ausgleichsverfahren zur Anwendung kommen, was den hier beschriebenen Verfahrensablauf 100 nicht beeinträchtigt.Advantageously, any other compensation method can also be used in the method according to the invention, which is the method sequence described here 100 not affected.

Am Beispiel des ersten Strangs 20 werden zwei mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Bei dem zweiten Strang 20 ist es irrelevant, welche Ausführungsform verwendet wird, da die kleineste Zellenspannung des zweiten Strangs 20 der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen 14 des Batteriesystems 10, nämlich der Zielzellenspannung, entspricht.Using the example of the first strand 20th two possible embodiments of the method according to the invention are shown. On the second strand 20th it is irrelevant which embodiment is used, since the smallest cell voltage of the second strand 20th the lowest cell voltage of all battery cells 14th of the battery system 10 , namely the target cell voltage.

Bei der ersten Ausführungsform, die in 4.1 bis 4.4 durch Balkendiagramme 40 zu unterschiedlichen Zeitpunkt dargestellt sind, werden die Batteriezellen 14 des ersten Strangs 20 auf das Niveau der kleinsten Zellspannung des ersten Strangs 20 ausgeglichen und erst wenn der erste Strang 20 ausgeglichen wurde, d.h. alle Batteriezellen 14 des ersten Strangs 20 wurden auf das Niveau der kleinesten Zellenspannung des ersten Strangs 20 ausgeglichen, erfolgt das Ausgleichen auf das Niveau der kleinsten Zellspannung aller Batteriezellen 14 des Batteriesystems 10, also der Zielzellenspannung.In the first embodiment shown in 4th .1 to 4.4 through bar graphs 40 are shown at different times, the battery cells 14th of the first strand 20th to the level of the lowest cell voltage of the first strand 20th balanced and only when the first strand 20th has been balanced, ie all battery cells 14th of the first strand 20th were at the level of the lowest cell voltage of the first strand 20th balanced, the balancing takes place at the level of the lowest cell voltage of all battery cells 14th of the battery system 10 , i.e. the target cell voltage.

Bei der zweiten Ausführungsform, die in 5.1 bis 5.4 durch Balkendiagramme 40 zu unterschiedlichen Zeitpunkt dargestellt sind, wird die Zielzellenspannung von Anfang des Ausgleichens an berücksichtigt und die Energiereduzierung wird gleich auf die Batteriezelle 14 ausgerichtet, die die Zielzellenspannung aufweist.In the second embodiment, which is shown in 5 .1 to 5.4 using bar graphs 40 are shown at different times, the target cell voltage is taken into account from the beginning of the equalization and the energy reduction is equal to the battery cell 14th aligned that has the target cell voltage.

Welche Ausführungsform zum Einsatz kommt, ist für dieses erfindungsgemäße Verfahrens nicht relevant; beide Ausführungsformen sind möglich.Which embodiment is used is not relevant for this method according to the invention; both embodiments are possible.

Zum Startzeitpunkt t0 in 4.1, 5.1 und 6.1 wird das Ausgleichen gestartet. Die Batteriezellen 14, welche sich für den entsprechenden Zeitschritt schon auf dem Niveau der Zielzellenspannung befinden, werden nicht ausgeglichen.At the start time t0 in 4th .1, 5 .1 and 6th .1 the equalization is started. The battery cells 14th which are already at the level of the target cell voltage for the corresponding time step are not compensated.

Zum Zeitpunkt t1 in 4.2 und 6.2 befindet sich der erste Strang 20 mit der ersten Ausführungsform auf einem gleichen Strangspannungsniveau wie der zweite Strang 20, während sich der erste Strang 20 mit der zweiten Ausführungsform zum Zeitpunkt t1 in 5.2 auf einem anderen Strangspannungsniveau wie der zweite Strang 20 befindet.At time t1 in 4th .2 and 6th .2 is the first strand 20th with the first embodiment at the same strand tension level as the second strand 20th while the first strand 20th with the second embodiment at time t1 in 5 .2 at a different strand tension level than the second strand 20th is located.

Zum Zeitpunkt t2 in 4.3 und 6.3 ist auch das Strangspannungsniveau des ersten Strangs 20 mit der ersten Ausführungsform unterschiedlich zum Strangspannungsniveau von dem zweiten Strang 20.At time t2 in 4th .3 and 6th .3 is also the strand tension level of the first strand 20th with the first embodiment different from the strand tension level of the second strand 20th .

Das zeigt, dass unabhängig der gewählten Ausführungsform sich Strangspannungsdifferenzen während des Ausgleichens in den Strängen 20 einstellen können. Auch wenn diese nur sehr klein sind, vorliegend im Bespiel mit fünf Batteriezellen 14 beträgt die Strangspannungsdifferenz 100 mV, so bedeutet dies für Stränge 20 von ca. 100 Batteriezellen 14 eine Verzwanzigfachung, also eine Strangspannungsdifferenz von 2 V. Startet der Fahrer während des Ausgleichens sein Fahrzeug, so werden nur die Stränge 20 zugeschaltet, bei denen die Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich einem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW sind, um batterieschädigende Ausgleichsströme zu verhindern. Der erste vorgegebene Schwellenwert SW liegt vorzugsweise bei einem Wert kleiner als 5 V, insbesondere kleiner als 3 V, ganz besondere ungefähr bei 1 V. Im Beispiel wäre eine Zusammenschaltung folglich gerade noch möglich.This shows that regardless of the embodiment selected, phase voltage differences arise during the equalization in the phases 20th can adjust. Even if these are only very small, in the present case with five battery cells 14th If the string voltage difference is 100 mV, this means for strings 20th of approx. 100 battery cells 14th a twenty-fold increase, i.e. a line voltage difference of 2 V. If the driver starts his vehicle while balancing, only the lines will 20th switched on, in which the amounts of the phase voltage differences are less than or equal to a first predetermined threshold value SW in order to prevent battery-damaging equalizing currents. The first predefined threshold value SW is preferably at a value less than 5 V, in particular less than 3 V, very particularly approximately 1 V. In the example, an interconnection would consequently still just be possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll jedoch robust funktionieren, also auch bei größeren Strangspannungsdifferenzen dem Fahrer einen Start mit maximaler Leistung, also allen Strängen 20, ermöglichen. Ebenfalls ist zu berücksichtigen, dass sich bei gealterten Batteriezellen 14 größere Strangspannungsdifferenzen einstellen werden. Es muss also verhindert werden, dass das Batteriesystem 10 in eine solche Situation kommt, in der der erste vorgegebene Schwellenwert SW überschritten wird.The method according to the invention should, however, function robustly, that is to say for the driver a start with maximum power, that is to say with all phases, even with larger phase voltage differences 20th , enable. It should also be taken into account that aged battery cells 14th larger string voltage differences will be set. So it must be prevented that the battery system 10 comes into such a situation in which the first predetermined threshold value SW is exceeded.

Hierzu werden während des Ausgleichens die Strangspannungen dauerhaft ermittelt und nicht nur zu festen Zeitpunkten, wie in 4.1 bis 4.4, 5.1 bis 5.4 sowie 6.1 bis 6.5 vereinfacht dargestellt. Kurz bevor der erste vorgegebene Schwellenwert SW erreicht wird, also wenn ein Wert von SW - ε erreicht wird, wobei ε ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist, erfolgt ein Abbrechen des Ausgleichens des Strangs 20 mit der kleineren Strangspannung, um ein weiteres Auseinanderdriften der Strangspannungen zu vermeiden. For this purpose, the phase stresses are determined continuously during the equalization and not only at fixed times, as in 4th .1 to 4.4, 5 .1 to 5.4 and 6th .1 to 6.5 shown in simplified form. Shortly before the first predefined threshold value SW is reached, that is to say when a value of SW − ε is reached, where ε is a second predefined threshold value, the balancing of the strand is aborted 20th with the lower phase voltage in order to prevent the phase voltages from drifting further apart.

Sobald die Strangspannung des Strangs 20, welcher noch weiterhin ausgeglichen wird, wieder in den Spannungsbereich des Schwellenwertes SW eintaucht, wird das abgebrochene Ausgleichen des anderen Strangs 20 fortgesetzt.As soon as the strand tension of the strand 20th , which is still being balanced, dips back into the voltage range of the threshold value SW, the aborted balancing of the other strand is carried out 20th continued.

Vorteilhafterweise erfolgt dies erst, wenn der Betrag der Strangspannungsdifferenz kleiner oder gleich einem Wert von SW - 2ε ist, um ein toggelndes Zu- und Abschalten des Ausgleichens zu vermeiden. Die softwaretechnische Umsetzung erfolgt mittels einer Hysteresefunktion. Der Vorgang wird solange fortgesetzt bis der Fahrer sein Elektrofahrzeug startet oder das Ausgleichen beendet wird, sobald alle Batteriezellen 14 das gleiche Spannungsniveau aufweisen.This advantageously only takes place when the amount of the phase voltage difference is less than or equal to a value of SW − 2ε, in order to avoid toggling switching on and off of the equalization. The software implementation takes place by means of a hysteresis function. The process continues until the driver starts his electric vehicle or the balancing is ended as soon as all of the battery cells are used 14th have the same voltage level.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs 100 zum Betreiben eines Batteriesystems 10. Nach einem Verbrauch, wie beispielsweise einer Fahrt eines Elektrofahrzeugs, wird in einem Startschritt 101 das erfindungsgemäße Verfahren gestartet. 7th shows a schematic representation of a process sequence 100 for operating a battery system 10 . After consumption, such as driving an electric vehicle, in a start step 101 the method according to the invention started.

Zunächst erfolgt in einem Schritt 102 ein Ermitteln eines Ausgleichsbedarfs des Batteriesystems 10. Beim Feststellen des Ausgleichsbedarfs werden alle Stränge 20 abgeschaltet. Dies ist erforderlich, um die beim Ausgleichen in den einzelnen Strängen 20 entstehende Strangspannungsdifferenz, welche zu hohen Ausgleichsströmen führen würde, zu unterbinden.First of all, it is done in one step 102 determining a compensation requirement of the battery system 10 . When determining the need for compensation, all strands 20th switched off. This is needed to help balance out the individual strands 20th to prevent the resulting phase voltage difference, which would lead to high equalizing currents.

Danach erfolgt in einem Schritt 103 ein Ermitteln einer Zielzellenspannung für das Ausgleichen der Batteriezellen 14. Dabei entspricht die Zielzellenspannung der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen 14 des Batteriesystems 10.This is done in one step 103 determining a target cell voltage for balancing the battery cells 14th . The target cell voltage corresponds to the lowest cell voltage of all battery cells 14th of the battery system 10 .

Anschließend erfolgt in einem Schritt 104 das Ausgleichen in allen Strängen 20 zeitgleich. Das Ausgleichen erfolgt nach dem bekannten passiven Standard-Ausgleichsverfahren, bei dem die Zellenspannungen auf das Niveau der kleinsten Zellenspannung angepasst werden. Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch jedes andere Ausgleichsverfahren zur Anwendung kommen, was den hier beschriebenen Verfahrensablauf 100 nicht beeinträchtigt.This is then done in one step 104 balancing in all strands 20th contemporaneous. The equalization takes place according to the known passive standard equalization process, in which the cell voltages are adjusted to the level of the lowest cell voltage. Advantageously, any other compensation method can also be used in the method according to the invention, which is the method sequence described here 100 not affected.

Beim Ausgleichen der Batteriezellen 14 erfolgen in einem Schritt 105 ein Überwachen von Strangspannungsdifferenzen der Stränge 20 untereinander und ein Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW. Vorzugsweise werden die Strangspannungsdifferenzen dauerhaft überwacht.When balancing the battery cells 14th take place in one step 105 a monitoring of string voltage differences of the strings 20th with one another and a comparison of the amounts of the respective phase voltage differences with a first predetermined threshold value SW. The phase voltage differences are preferably continuously monitored.

Kurz bevor der erste vorgegebene Schwellenwert SW erreicht wird, erfolgt in einem Schritt 106 ein Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem Wert von SW - ε, wobei ε ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist.Shortly before the first predetermined threshold value SW is reached, it takes place in one step 106 comparing the amounts of the respective phase voltage differences with a value of SW - ε, where ε is a second predetermined threshold value.

Wenn ein Betrag oder mehrere Beträge der Strangspannungsdifferenzen größer oder gleich dem Wert von SW - ε sind, wird zunächst in einem Schritt 107 das Ausgleichen des Strangs 20 oder der Stränge 20 mit einer kleineren Strangspannung abgebrochen, um ein weiteres Auseinanderdriften der Strangspannungen zu vermeiden.If an amount or several amounts of the phase voltage differences are greater than or equal to the value of SW - ε, then in one step 107 balancing the strand 20th or the strands 20th terminated with a lower phase voltage in order to prevent the phase voltages from drifting further apart.

Danach wird in einem Schritt 108 geprüft, ob der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich einem Wert von SW - 2ε sind. Wenn der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen größer als der Wert von SW - 2ε sind, so werden die Schritte 105 bis 108 wie oben beschrieben wiederholt. Das Ausgleichen des Strangs 20 oder der Stränge 20, deren Ausgleichen vorher abgebrochen wurden, wird erst dann in dem Schritt 109 fortgesetzt, wenn der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich dem Wert von SW - 2ε sind, um ein toggelndes Zu- und Abschalten des Ausgleichens vorteilhafterweise zu vermeiden.Then in one step 108 checked whether the one amount or the several amounts of the phase voltage differences are less than or equal to a value of SW - 2ε. If the one or more amounts of the phase voltage differences are greater than the value of SW − 2ε, then the steps 105 until 108 repeated as described above. Balancing the strand 20th or the strands 20th whose clearing was previously canceled is only then used in the step 109 continued if the one or more amounts of the phase voltage differences are less than or equal to the value of SW − 2ε, in order to advantageously avoid toggling switching on and off of the compensation.

Wenn die Beträge der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen kleiner als der Wert von SW - ε sind, wird in dem Schritt 109 das Ausgleichen der Batteriezellen 14 fortgesetzt.If the amounts of the respective phase voltage differences are smaller than the value of SW - ε, then in step 109 balancing the battery cells 14th continued.

Anschließend wird in einem Schritt 110 geprüft, ob das Batteriesystem 10 eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen 14 bzw. alle Stränge 20 ausgeglichen wurden. Wenn das Batteriesystem 10 nicht eingeschaltet wird und wenn die Batteriezellen 14 bzw. die Stränge 20 noch nicht komplett ausgeglichen wurden, werden die Schritte 105 bis 110 wie oben beschrieben wiederholt.Then in one step 110 checked whether the battery system 10 is switched on or whether all battery cells 14th or all strands 20th were balanced. When the battery system 10 does not turn on and when the battery cells 14th or the strands 20th The steps have not yet been fully balanced 105 until 110 repeated as described above.

Das Ausgleichen wird erst dann in einem Schritt 111 beendet, wenn das Batteriesystem 10 eingeschaltet wird oder alle Batteriezellen 14 bzw. alle Stränge 20 ausgeglichen wurden.The balancing is only then done in one step 111 terminated when the battery system 10 is switched on or all battery cells 14th or all strands 20th were balanced.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the range specified by the claims, which are within the scope of expert knowledge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2019/0103750 A1 [0004]US 2019/0103750 A1 [0004]
  • DE 102015223580 A1 [0005]DE 102015223580 A1 [0005]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems(10) mit mehreren parallel verschaltbaren Strängen (20), die jeweils mindestens ein Batteriemodul (12) aufweisen, in dem mehrere Batteriezellen (14) seriell miteinander verschaltet sind, wobei für das mindestens eine Batteriemodul (12) eine Batteriezellenüberwachungseinheit (16) vorgesehen ist, die mit einer Batteriesteuereinheit (30) verbindbar ist, und wobei die einzelnen Stränge (20) separat und unabhängig voneinander zu- und abschaltbar sind, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln eines Ausgleichsbedarfs des Batteriesystems (10), wobei alle Stränge (20) beim Feststellen des Ausgleichsbedarf abgeschaltet werden; - Ermitteln einer Zielzellenspannung, die der kleinesten Zellenspannung aller Batteriezellen (14) des Batteriesystems (10) entspricht; - Ausgleichen der Batteriezellen (14) auf das Niveau der Zielzellenspannung, - Überwachen von Strangspannungsdifferenzen der Stränge (20) untereinander und Vergleichen von Beträgen der Strangspannungsdifferenzen mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW; - Vergleichen von Beträgen der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen mit einem Wert von SW - ε, wobei ε ein zweiter vorgegebener Schwellenwert ist.A method for operating a battery system (10) with a plurality of strings (20) which can be connected in parallel, each having at least one battery module (12) in which a plurality of battery cells (14) are connected to one another in series, wherein for the at least one battery module (12) a battery cell monitoring unit (16) is provided which can be connected to a battery control unit (30), and wherein the individual strings (20) can be switched on and off separately and independently of one another, including the following steps: - Determining a compensation requirement of the battery system (10), with all strings (20) being switched off when the compensation requirement is determined; - Determining a target cell voltage which corresponds to the lowest cell voltage of all battery cells (14) of the battery system (10); - Equalizing the battery cells (14) to the level of the target cell voltage, - Monitoring phase voltage differences between the phases (20) and comparing the amounts of the phase voltage differences with a first predetermined threshold value SW; - Comparing the amounts of the respective phase voltage differences with a value of SW - ε, where ε is a second predetermined threshold value. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenn die Beträge der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen kleiner als der Wert von SW - ε sind, folgende Schritte ausgeführt werden: - Fortsetzen des Ausgleichens; - Prüfen, ob das Batteriesystem (10) eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen (14) ausgeglichen wurden; - Beenden des Ausgleichens, wenn das Batteriesystem (10) eingeschaltet wird oder alle Batteriezellen (14) ausgeglichen wurden.Procedure according to Claim 1 If the amounts of the respective phase voltage differences are smaller than the value of SW - ε, the following steps are carried out: Continuing the equalization; - Check whether the battery system (10) is switched on or whether all battery cells (14) have been balanced; - Ending the equalization when the battery system (10) is switched on or all battery cells (14) have been equalized. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenn eine Betrag oder mehrere Beträge der Strangspannungsdifferenzen größer oder gleich dem Wert von SW - ε sind, folgende Schritte ausgeführt werden: - Abbrechen des Ausgleichens des Strangs (20) oder der Stränge (20) mit einer kleineren Strangspannung; - Prüfen, ob der eine Betrag oder die mehreren Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich einem Wert von SW - 2ε sind; - Fortsetzen des Ausgleichens des Strangs (20) oder der Stränge (20), deren Ausgleichen abgebrochen wurden, wenn die Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich dem Wert von SW - 2ε sind; - Prüfen, ob das Batteriesystem (10) eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen (14) ausgeglichen wurden; - Beenden des Ausgleichens, wenn das Batteriesystem (10) eingeschaltet wird oder ob alle Batteriezellen (14) ausgeglichen wurden.Procedure according to Claim 1 , wherein if one or more amounts of the phase voltage differences are greater than or equal to the value of SW - ε, the following steps are carried out: - Aborting the balancing of the strand (20) or the strands (20) with a lower strand voltage; - Check whether the one or more amounts of the phase voltage differences are less than or equal to a value of SW - 2ε; - Continuing the balancing of the strand (20) or the strands (20) whose balancing was interrupted when the strand voltage differences are less than or equal to the value of SW - 2ε; - Check whether the battery system (10) is switched on or whether all battery cells (14) have been balanced; - Ending the equalization when the battery system (10) is switched on or whether all battery cells (14) have been equalized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, die Batteriezellen (14) eines Strangs (20) zunächst auf das Niveau einer kleinsten Zellenspannung dieses Strangs (20) ausgeglichen werden und erst wenn alle Batteriezellen (14) dieses Strangs (20) auf das Niveau der kleinsten Zellenspannung dieses Strangs (20) ausgeglichen wurden, das Ausgleichen auf das Zielzellenspannung erfolgt.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the battery cells (14) of a string (20) are initially balanced to the level of a lowest cell voltage of this string (20) and only when all battery cells (14) of this string (20) are at the level of the lowest cell voltage of this Strand (20) have been balanced, the balancing takes place on the target cell voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenn während des Ausgleichens das Batteriesystem (10) eingeschaltet wird, nur die Stränge (20) zugeschaltet werden, bei denen die Beträge der Strangspannungsdifferenzen kleiner oder gleich dem ersten vorgegebenen Schwellenwert SW sind.Method according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that if the battery system (10) is switched on during the equalization, only those strings (20) in which the amounts of the string voltage differences are less than or equal to the first predetermined threshold value SW are switched on. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert SW bei einem Wert kleiner als 5 V liegt.Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first threshold value SW is less than 5V. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellenwert ε kleiner als 20% des Wertes des ersten vorgegebenen Schwellenwertes SWMethod according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the second threshold value ε is less than 20% of the value of the first predetermined threshold value SW Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellenüberwachungseinheit (16) des mindestens einen Batteriemoduls (12) einen veränderbaren elektrischen Widerstand zum Ausgleichen der Batteriezellen (14) umfasst.Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the battery cell monitoring unit (16) of the at least one battery module (12) comprises a variable electrical resistor for balancing the battery cells (14). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, der veränderbare elektrische Widerstand so eingestellt wird, dass sobald die Strangspannungsdifferenz den Schwellenwert SW erreicht, sich der Widerstandswert verändert.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the variable electrical resistance is set so that as soon as the phase voltage difference reaches the threshold value SW, the resistance value changes. Fahrzeug, umfassend mindestens ein Batteriesystem (10), welches mit einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche betrieben wird.Vehicle comprising at least one battery system (10) which is operated with a method according to one of the preceding claims.
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