DE102020206520A1 - Method for operating a battery system - Google Patents
Method for operating a battery system Download PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- battery
- battery cells
- switched
- battery system
- strand
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
- B60L2240/547—Voltage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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
Das Dokument
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.
-
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.
Den Darstellungen gemäß
Die einzelnen Batteriemodule
Das in
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
Ein jeder der Stränge
Gleiches gilt für das gesamte Batteriesystem
In der nachfolgenden Beschreibung wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von
Das erfindungsgemäße Verfahren wird hier vereinfacht anhand eines Batteriesystems
Für mehr als zwei Stränge
Die in
Nach einem Verbrauch, wie beispielsweise einer Fahrt eines Elektrofahrzeugs, weisen die Stränge
Wird ein Ausgleichsbedarf von einem Batteriemanagementsystem der Batteriesteuereinheit
Danach startet das Ausgleichen in den beiden Strängen
Vorteilhafterweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch jedes andere Ausgleichsverfahren zur Anwendung kommen, was den hier beschriebenen Verfahrensablauf
Am Beispiel des ersten Strangs
Bei der ersten Ausführungsform, die in
Bei der zweiten Ausführungsform, die in
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
Zum Zeitpunkt t1 in
Zum Zeitpunkt t2 in
Das zeigt, dass unabhängig der gewählten Ausführungsform sich Strangspannungsdifferenzen während des Ausgleichens in den Strängen
Das erfindungsgemäße Verfahren soll jedoch robust funktionieren, also auch bei größeren Strangspannungsdifferenzen dem Fahrer einen Start mit maximaler Leistung, also allen Strängen
Hierzu werden während des Ausgleichens die Strangspannungen dauerhaft ermittelt und nicht nur zu festen Zeitpunkten, wie in
Sobald die Strangspannung des Strangs
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
Zunächst erfolgt in einem Schritt
Danach erfolgt in einem Schritt
Anschließend erfolgt in einem Schritt
Beim Ausgleichen der Batteriezellen
Kurz bevor der erste vorgegebene Schwellenwert SW erreicht wird, erfolgt in einem Schritt
Wenn ein Betrag oder mehrere Beträge der Strangspannungsdifferenzen größer oder gleich dem Wert von SW - ε sind, wird zunächst in einem Schritt
Danach wird in einem Schritt
Wenn die Beträge der jeweiligen Strangspannungsdifferenzen kleiner als der Wert von SW - ε sind, wird in dem Schritt
Anschließend wird in einem Schritt
Das Ausgleichen wird erst dann in einem Schritt
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
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2019/0103750 A1 [0004]US 2019/0103750 A1 [0004]
- DE 102015223580 A1 [0005]DE 102015223580 A1 [0005]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020206520.9A DE102020206520A1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for operating a battery system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020206520.9A DE102020206520A1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for operating a battery system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020206520A1 true DE102020206520A1 (en) | 2021-12-02 |
Family
ID=78508855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020206520.9A Pending DE102020206520A1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Method for operating a battery system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020206520A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114516283A (en) * | 2022-03-18 | 2022-05-20 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Multi-redundancy vehicle-mounted power battery system and control method |
DE102023104276A1 (en) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Audi Aktiengesellschaft | Motor vehicle and method for performing cell balancing of an energy storage device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110127964A1 (en) | 2008-08-13 | 2011-06-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Power storage system |
DE102010030885A1 (en) | 2010-07-02 | 2012-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Method for controlling the power supply of an electric motor |
DE102015223580A1 (en) | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Robert Bosch Gmbh | BATTERY SYSTEM |
DE102018004891A1 (en) | 2018-06-20 | 2019-01-24 | Daimler Ag | Method and device for voltage compensation in an electrical system of an electrically operated vehicle |
US20190103750A1 (en) | 2014-03-17 | 2019-04-04 | GLX Power Systems Inc. | Method and apparatus for creating a dynamically reconfigurable energy storage device |
-
2020
- 2020-05-26 DE DE102020206520.9A patent/DE102020206520A1/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110127964A1 (en) | 2008-08-13 | 2011-06-02 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Power storage system |
DE102010030885A1 (en) | 2010-07-02 | 2012-01-05 | Robert Bosch Gmbh | Method for controlling the power supply of an electric motor |
US20190103750A1 (en) | 2014-03-17 | 2019-04-04 | GLX Power Systems Inc. | Method and apparatus for creating a dynamically reconfigurable energy storage device |
DE102015223580A1 (en) | 2015-11-27 | 2017-06-01 | Robert Bosch Gmbh | BATTERY SYSTEM |
DE102018004891A1 (en) | 2018-06-20 | 2019-01-24 | Daimler Ag | Method and device for voltage compensation in an electrical system of an electrically operated vehicle |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114516283A (en) * | 2022-03-18 | 2022-05-20 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Multi-redundancy vehicle-mounted power battery system and control method |
CN114516283B (en) * | 2022-03-18 | 2023-10-10 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | Multi-redundancy vehicle-mounted power battery system and control method |
DE102023104276A1 (en) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Audi Aktiengesellschaft | Motor vehicle and method for performing cell balancing of an energy storage device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3274217A1 (en) | Energy accumulator device | |
WO2012095207A1 (en) | Method for controlling a battery, and battery for carrying out the method | |
DE102020210046A1 (en) | Method for operating a battery system | |
DE102013200763A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR VEHICLE ENERGY MANAGEMENT | |
DE102011011799A1 (en) | Method for switching energy storage cells of energy storage device i.e. battery, for e.g. electric car, involves switching off part of energy storage strands comprising incorrect strand, if operating mode is detected as incorrect | |
WO2011082854A2 (en) | Converter for an energy storage system and method for charge difference equalization between storage modules of an energy storage system | |
DE102013204888A1 (en) | Method for balancing different states of charge of batteries | |
WO2013092064A2 (en) | Battery system and method | |
DE102020007868A1 (en) | Method for charging an electrical energy store of an electrically driven vehicle, taking into account electrical insulation of a charging station, charging device and vehicle | |
DE102017208030B4 (en) | On-board network for a motor vehicle for providing a redundant power supply for safety consumers and motor vehicles | |
DE102018004891A1 (en) | Method and device for voltage compensation in an electrical system of an electrically operated vehicle | |
EP4052321A1 (en) | Method for charging and/or discharging a rechargeable energy store | |
DE102019201606A1 (en) | Method for electrically precharging an intermediate circuit capacitor in the high-voltage system of an at least partially electrically driven motor vehicle and such a high-voltage system | |
DE102013204885A1 (en) | Method for reducing the total charge loss of batteries | |
DE102020206520A1 (en) | Method for operating a battery system | |
WO2019101443A1 (en) | Method for operating an electrical energy storage device for a motor vehicle, and corresponding energy storage device | |
DE102018108041B4 (en) | Procedure for connecting several battery blocks connected in parallel | |
AT510117B1 (en) | BATTERY MODULE | |
DE102016204534A1 (en) | Circuit arrangement for supplying voltage to electrical consumers by means of an energy storage system | |
DE102022200344A1 (en) | Battery and energy system having such a battery | |
DE102012201359A1 (en) | Lithium ion battery system for use in e.g. electric car, has charge equalization module for autonomously balancing charge of adjacent battery cells, and comprising potential dividers for producing electrical potential | |
EP3173280B1 (en) | Battery, vehicle with such a battery and use of such a battery | |
DE102012003023A1 (en) | Power supply unit for supplying electric power to vehicle e.g. electric vehicle, has two battery sections which are electrically connected with each other in parallel through a switching unit | |
DE102011077664A1 (en) | Energy storage system e.g. battery system for e.g. hybrid vehicle, has control switches which are provided for individually applying the adjustable output voltage for charging and discharging the energy storage units respectively | |
DE102019212000A1 (en) | Battery circuit for setting the state of charge of battery elements and a method for operating a battery circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |