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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Batterieanordnungen mit mehreren Batteriezellen und insbesondere Maßnahmen zum Erhöhen der Lebensdauer der Batteriezellen in der Batterieanordnung.
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Stand der Technik
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Batterieanordnungen für Batteriemanagementsysteme werden insbesondere aus einer Vielzahl von Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, für die Anwendung in Elektro- oder Hybridfahrzeugen vorgesehen. Die Batterieanordnungen umfassen dabei Reihen-/Parallelschaltungen einer Mehrzahl von Batteriezellen.
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Jede einzelne der Batteriezellen muss zur Vermeidung einer Schädigung oder Zerstörung sowie zum Schutz vor beschleunigter Alterung bezüglich einer oder mehrerer Betriebsgrößen innerhalb bestimmter Betriebsbereiche betrieben werden. So ist ein Betrieb jeder der Batteriezellen mit einer Zellenspannung unterhalb einer maximalen Spannung, der so genannten Ladeschlussspannung, sowie oberhalb einer minimalen Spannung, der so genannten Entladeschlussspannung, vorteilhaft, da ein dauerhaftes Einhalten dieser Betriebsbedingungen eine maximale Lebensdauer der Batteriezelle garantiert. Das gleiche gilt für die Betriebstemperatur jeder der Batteriezellen, wobei jeweils in Abhängigkeit von der Art der Batteriezellen ein Temperaturbereich existiert, in dem eine maximale Lebensdauer sowie ein Schutz vor einer Schädigung oder Zerstörung der Batteriezelle gewährleistet ist.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 040 031 A1 ist eine Überwachung der Spannung einer Zelle eines Batterieenergiespeichers auf ein Über- und/oder Unterschreiten einer Referenzspannung bekannt. Durch eine Schwellenwertüberwachung wird bestimmt, ob die Zellenspannung innerhalb eines erlaubten Bereichs liegt. Sollte der Spannungspegel der Zelle sich nicht innerhalb eines vorgegebenen Spannungsfensters befinden, so wird dies von einer Auswerteeinheit erkannt und eine Batteriesteuerrung kann geeignete Maßnahmen einleiten, um diesen Betriebszustand zu beenden, so dass sich der Spannungspegel bald wieder innerhalb eines vorgesehenen Spannungsfensters bzw. Spannungsbereichs befindet.
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Durch das Überwachen der Einzelzellenspannungen von verschiedenen Batteriezellen einer Batterieanordnung können schädliche oder fehlerhafte Betriebszustände des Batterieenergiespeichers zügig erkannt werden. Durch entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise eine Abschaltung des Batterieenergiespeichers oder eines Teils davon, kann eine vollständige, schädigende Entladung zumindest eines Teils des Batterieenergiespeichers verhindert werden.
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Aus der Druckschrift
EP 2 180 574 A2 ist ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung einer Lithium-Ionen-Zelle bekannt. Mittels Sensoren wird die Spannung der Zelle ermittelt, an die zentrale Steuereinheit übermittelt und an die Datenspeichereinrichtung weitergeleitet. Mit den ermittelten Werten ist das Batteriemanagementsystem dazu in der Lage, Batteriezellen mit höchstem Wirkungsgrad zu betreiben und die Lebensdauer der Batteriezellen zu maximieren. Es werden Akkumulatorzellenparameter erfasst, wie beispielsweise die Temperatur der Batteriezellen, elektrische Parameter der Batteriezellen, wie etwa Spannung, Strom, Innenwiderstand und dergleichen. Mithilfe der Akkumulatorzellenparameter wird der Lade- und Entladevorgang der Batteriezellen optimal gesteuert. Weiterhin können die Batteriezellen mit höchstem Wirkungsgrad betrieben und die Lebensdauer kann dabei maximiert werden.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2007 038 532 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für eine Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen bekannt, wobei jeder Batteriezelle eine Überwachungsschaltung zugeordnet ist, um die Funktion der Batteriezelle zu überwachen und um abhängig davon Zelleninformationen bereitzustellen. In Abhängigkeit von den Zelleninformationen wird ein Ladevorgang beendet oder bei geringem Ladezustand ein Strombedarf eines Verbrauchers reduziert.
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Aus der Druckschrift
DE 42 25 746 A1 ist eine Lade- und Entladeüberwachung für Batterieanordnungen bekannt. Die Lade- und Entladeüberwachung umfasst für jede Akkumulatorzelle ein Überwachungsmodul, das eine Ladestrombegrenzungsschaltung und einen Signalgeber zur Anzeige des Betriebszustands der Ladestrombegrenzungsschaltung aufweist. Die Entladeüberwachung bewirkt beim Auftreten einer Unterspannung entweder eine Reduktion des Entladestroms oder ein Trennen der Last von den Batteriezellen. Wenn beim Laden ein Überstrom auftritt, so schaltet das Ladegerät sofort stufenweise zurück, bis der Überstrom abgebaut ist.
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Ein Nachteil der obigen Batteriemanagementsysteme besteht darin, dass die Grenzen der Betriebsgrößen, innerhalb derer ein optimaler Betrieb der Batteriezellen gewährleistet ist, in der Regel fließend sind und bei Definition eines festgelegten Fensters für die Betriebsgröße häufig zu weit gehende Maßnahmen, wie beispielsweise das Abschalten der Batterieanordnung, ergriffen werden, die zum Schutz der einzelnen Batteriezellen in der Regel unangemessen sind und die Verwendbarkeit der Batterieanordnung z. B. für Traktionsanwendungen einschränken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Überwachung einer Steuerung zum Betreiben von Batteriezellen einer Batterieanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der eine Schutzmaßnahme nur dann ergriffen wird, wenn sie zum Schutz der einzelnen Batteriezellen notwendig ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Überwachen einer Steuerung für eine Batterieanordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung zum Überwachen einer Steuerung für eine Batterieanordnung und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Überwachen einer Steuerung für eine Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- – Durchführen einer Regelung zum Betreiben der Batterieanordnung, so dass mindestens ein Betriebsbereich der Batteriezellen eingehalten wird;
- – Überwachen einer Betriebsgröße bezüglich eines ersten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs und eines zweiten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs; und
- – Feststellen eines ersten Fehlers, wenn die Betriebsgröße für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs und innerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt.
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Eine Idee des obigen Überwachungsverfahrens besteht darin, die Funktion einer Steuerung zum Betreiben einer Batterieanordnung, und insbesondere zum Laden und Entladen, zu überwachen. In der Regel übernimmt die Steuerung die Funktion des Ladens und Entladens so, dass beim Laden keine höheren Zellenspannungen als eine Ladeschlussspannung und beim Entladen keine niedrigeren Zellenspannungen als die Entladeschlussspannung angenommen werden. Weiterhin übernimmt die Steuerung in der Regel eine Steuerung des Zellenstroms, so dass eine Strombegrenzung realisiert wird. Insgesamt berücksichtigt die Steuerung, dass Betriebsgrößen innerhalb von jeweiligen vorgegebenen Batteriezellenindividuellen Betriebsbereichen gehalten werden.
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Das obige Verfahren sieht nun vor, diese Steuerung zu überwachen, indem ein erstes Betriebsgrößenfenster vorgegeben wird, das eine erste Betriebsgrößenobergrenze größer als einen durch die Steuerung vorgegebenen oberen Grenzwert für eine Betriebsgröße und eine erste Betriebsgrößenuntergrenze kleiner als einen durch die Steuerung vorgegebenen unteren Grenzwert für die Betriebsgröße vorsieht. Der durch die erste Betriebsgrößenobergrenze und die erste Betriebsgrößenuntergrenze definierte erste Betriebsgrößenbereich stellt einen sicheren Betriebsgrößenbereich dar, wobei die Batteriezellen innerhalb dieses ersten Betriebsgrößenbereichs der Batterieanordnung zwar ohne Schädigung oder Zerstörung betrieben werden können, jedoch ein dauerhafter Betrieb innerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs aber außerhalb des Steuerungsbereichs eine Verstärkung bzw. Beschleunigung von Alterungseffekten zur Folge hätte.
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Darüber hinaus wird für die Betriebsgröße eine zweite Betriebsgrößenobergrenze und eine zweite Betriebsgrößenuntergrenze eines zweiten Betriebsgrößenfensters vorgegeben, die größer als die erste Betriebsgrößenobergrenze bzw. kleiner als die erste Betriebsgrößenuntergrenze ist und die einen zweiten Betriebsgrößenbereich vorgeben. Die Batteriezellen können innerhalb dieses zweiten Betriebsgrößenbereichs zwar noch betrieben werden, jedoch hätte bereits ein kurzzeitiger Betrieb innerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs aber außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs eine Verstärkung bzw. Beschleunigung von Alterungseffekten zur Folge. Befindet sich die Betriebsgröße für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs aber innerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs, so wird ein erster Fehler erkannt und eine erste Fehlerbehandlung durchgeführt.
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Während die Steuerung bereits Maßnahmen beinhaltet, um einen Lade- bzw. Entladevorgang der Batterieanordnung zu unterbrechen, wenn der vorgegebene Betriebsgrößenbereich zwischen der Ladeschlussspannung und der Entladeschlussspannung bzw. zwischen einer oberen Temperaturgrenze und einer unteren Temperaturgrenze oder dergleichen verlassen wird, dient das obige Verfahren zur weiteren Überwachung der Funktion der Steuerung, wobei unangemessene Maßnahmen zum Schutz der Batteriezellen verhindert werden.
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Weiterhin kann bei einem Fehler ein Stromkreis durch die Batterieanordnung unterbrochen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein zweiter Fehler festgestellt werden, sobald die Betriebsgröße außerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt. Befindet sich somit die Betriebsgröße außerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs, so wird ein zweiter Fehler erkannt und eine zweite Fehlerbehandlung durchgeführt. Z. B. wird in der zweiten Fehlerbehandlung der Stromkreis sofort unterbrochen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Betriebsgröße eine Zellenspannung, einen Ladezustand und/oder eine Zellentemperatur umfasst.
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Die Regelung zum Einhalten der Betriebsbereiche kann eine Stellgröße generieren, um die Betriebsgröße innerhalb des Betriebsbereiches zu halten.
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Weiterhin kann der Betriebsbereich kleiner sein als der erste Betriebsgrößenbereich und der zweite Betriebsgrößenbereich größer sein als der erste Betriebsgrößenbereich. Gemäß einer Ausführungsform kann die Regelung basierend auf mehreren Betriebsgrößen durchgeführt werden, so dass ein Betriebsbereich der Batteriezellen eingehalten wird, wobei die Betriebsgrößen bezüglich eines jeweiligen ersten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs und eines jeweils zweiten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs überwacht werden, und wobei ein erster Fehler festgestellt wird, wenn eine der Betriebsgrößen für mehr als eine jeweilige, vorgegebene Zeitdauer außerhalb des jeweiligen ersten Betriebsgrößenbereichs und innerhalb des jeweiligen zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Überwachen einer Batterieanordnung mit mehreren Batteriezellen vorgesehen, umfassend:
- – eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um
- • eine Steuerung bzw. Regelung zum Betreiben der Batterieanordnung durchzuführen, so dass mindestens ein Betriebsbereich der Batteriezellen beibehalten wird;
- • die Betriebsgröße bezüglich eines ersten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs und eines zweiten vorgegebenen Betriebsgrößenbereichs zu überwachen; und
- • einen ersten Fehler festzustellen, wenn die Betriebsgröße für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs und innerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems mit einer Batterieanordnung und einer Überwachungseinrichtung zum Überwachen einer oder mehrerer Betriebsgrößen der Batteriezellen der Batterieanordnung; und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Überwachen von Betriebsgrößen einer Batterieanordnung.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt ein Batteriemanagementsystem 1 mit einer Batterieanordnung 2 und einer Steuereinheit 3 zum Steuern von Lade- und Entladevorgängen der Batterieanordnung 2.
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Die Batterieanordnung 2 umfasst eine Reihe von Batteriezellen 21, die in Reihe geschaltet sind. Anstelle von einzelnen Batteriezellen 21 kann jeweils auch eine Parallelschaltung von Batteriezellen 21 vorgesehen sein, die mit anderen Parallelschaltungen von Batteriezellen 21 in Reihe geschaltet ist.
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Die Batteriezellen 21 können Lithium-Ionen-Zellen oder anderen wieder aufladbaren Batteriezellen 21 entsprechen, insbesondere Batteriezellen, die als Traktionsbatterie zum Betreiben eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs verwendet werden können.
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Es ist eine Zellenspannungsmesseinheit 4 vorgesehen, die die Zellenspannung jeder der Batteriezellen 21 bzw. jeder der Parallelschaltungen von Batteriezellen 21 misst und entsprechende Zellenspannungsangaben, z. B. als digitalisierte Spannungswerte, an die Steuereinheit 3 bereitstellt.
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Die Steuereinheit 3 weist eine erste Recheneinheit 31 auf, in der die Zellenspannungsangaben von der Zellenspannungsmesseinheit 4 bereitgestellt werden und die einen Regelalgorithmus durchführt, der sicherstellt, dass jede der Batteriezellen 21 beim Laden keine höhere Zellenspannung als eine vorgegebene Ladeschlussspannung und beim Entladen keine niedrigere Zellenspannung als eine vorgegebene Entladeschlussspannung annimmt. Der Regelalgorithmus der ersten Recheneinheit 31 stellt eine Stellgröße S, beispielsweise eine Angabe zu einem einzustellenden Lade- oder Entladestrom, an die Umgebung des Batteriemanagementsystems 1 bereit. Es ist vorgesehen, dass basierend auf der Stellgröße S von einem externen System (nicht dargestellt) ein von der Batterieanordnung 2 aufgenommener bzw. bereitgestellter Strom eingehalten wird und dadurch die Zellenspannungen in einem durch den Regelalgorithmus vorgegebenen Spannungs-Betriebsbereich (Betriebsbereich) gehalten werden.
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Es ist ein Abschaltelement 5 vorgesehen, das mit der Steuereinheit 3 verbunden ist. Das Abschaltelement 5 kann als Schütz, Relais oder sonstiger Leistungsschalter ausgebildet sein und ist zwischen dem Verbraucher und/oder Stromerzeuger und der Batterieanordnung 2 vorgesehen, um einen Stromkreis durch die Batterieanordnung 2 zu unterbrechen.
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Der Regelalgorithmus der ersten Recheneinheit 31 ist so ausgelegt, dass er einen lebensdaueroptimierten Betrieb der Batteriezellen 21 garantiert. So lange der Regelalgorithmus ordnungsgemäß funktioniert, stellt die erste Recheneinheit 31 weiterhin einen ersten Signalpegel (z. B. eine logische 1) eines ersten Freigabesignals FS1 zur Verfügung, das einem UND-Glied 33 der Steuereinheit 3 bereitgestellt wird. Der Signalpegel des ersten Freigabesignals FS1 zeigt bei ordnungsgemäßem Betrieb an, dass ein Stromkreis durch die Batterieanordnung 2 mithilfe des mit der Steuereinheit 3 verbundenen Abschaltelements 5 geschlossen sein soll. Arbeitet der Regelalgorithmus nicht ordnungsgemäß, so stellt die erste Recheneinheit 31 dem UND-Glied 33 einen zweiten Signalpegel (z. B. eine logische 0) des ersten Freigabesignals FS1 zur Verfügung.
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Die Steuereinheit 3 weist weiterhin eine zweite Recheneinheit 32 auf, die die korrekte Funktion der ersten Recheneinheit 31 kontrolliert. Dazu empfängt die zweite Recheneinheit 32 ebenfalls die Zellenspannungsangaben von der Zellenspannungsmesseinheit 4 und ermittelt, ob sich die Zellenspannungsangaben jeweils oberhalb einer vorgegebenen ersten Zellenspannungsobergrenze (erste Betriebsgrößenobergrenze) oder unterhalb einer vorgegebenen ersten Zellenspannungsuntergrenze (erste Betriebsgrößenuntergrenze) befinden. Die erste Zellenspannungsobergrenze liegt oberhalb der Ladeschlussspannung und die erste Zellenspannungsuntergrenze unterhalb der Entladeschlussspannung und beide definieren einen ersten Zellenspannungsbereich (ersten Betriebsgrößenbereich). Innerhalb des ersten Zellenspannungsbereichs und außerhalb des durch die erste Recheneinheit 31 einzuhaltenden Steuerungsbereichs können die Batteriezellen 21 zwar ohne Schädigung betrieben werden, jedoch ist ein dauerhafter Betrieb aufgrund von verstärkten Alterungseffekten nicht wünschenswert.
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Die zweite Recheneinheit 32 ist ausgebildet, um ein Über- bzw. Unterschreiten der ersten Zellenspannungsobergrenze bzw. der ersten Zellenspannungsuntergrenze für mehr als eine vorgegebene Spannungszeitdauer zu erkennen. Wird ein solcher Fall durch die zweite Recheneinheit 32 erkannt, so wird ein erster Signalpegel eines zweiten Freigabesignals FS2, der eine Freigabe, d. h. ein Schließen des Abschaltelements 5, signalisiert, zu einem zweiten Signalpegel, der ein Öffnen des Abschaltelements 5 signalisiert, geändert, um dem Abschaltelement 5 über die UND-Verknüpfung des UND-Glieds 33 die Freigabe zu entziehen.
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Weiterhin ist eine Überwachungseinheit 6 vorgesehen, die, ebenso wie die Zellenspannungsmesseinheit 4, die Zellenspannungen der einzelnen Batteriezellen 21 bzw. der Parallelschaltungen von Batteriezellen 21 misst und eine entsprechende Zellenspannungsangabe bereitstellt. Dies kann mit der Zellenspannungsmesseinheit 4 oder separat davon erfolgen. Die Zellenspannungsangaben werden für jede der Batteriezellen 21 bezüglich einer vorgegebenen zweiten Zellenspannungsobergrenze (zweite Betriebsgrößenobergrenze) und einer vorgegebenen zweiten Zellenspannungsuntergrenze (zweite Betriebsgrößenuntergrenze) überprüft, die einen zweiten Zellenspannungsbereich (zweiter Betriebsgrößenbereich) angeben.
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Die zweite Zellenspannungsobergrenze liegt höher als die erste Zellenspannungsobergrenze und die zweite Zellenspannungsuntergrenze liegt niedriger als die erste Zellenspannungsuntergrenze. Die zweite Zellenspannungsobergrenze und die zweite Zellenspannungsuntergrenze sind so gewählt, dass diese außerhalb des ersten Zellenspannungsbereichs aber innerhalb des zweiten Zellenspannungsbereichs einen erweiterten sicheren Zellenspannungsbereich definieren, in dem die Batteriezellen 21 zwar betrieben werden können, jedoch bereits ein kurzzeitiger Betrieb eine Verstärkung bzw. Beschleunigung von Alterungseffekten zur Folge hätte.
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Die Überwachungseinheit 6 generiert ein drittes Freigabesignal FS3, das ebenfalls dem UND-Glied 33 zugeführt wird und diesem angibt, ob das Abschaltelement 5 den Stromkreis mit der Batterieanordnung 2 schließen oder öffnen soll. Wird ein Über- bzw. Unterschreiten der zweiten Zellenspannungsobergrenze bzw. der Zellenspannungsuntergrenze festgestellt, so wird sofort ein erster Signalpegel des dritten Freigabesignals FS3, der eine Freigabe, d. h. ein Schließen des Abschaltelements 5 signalisiert, zu einem zweiten Signalpegel, der ein Öffnen des Abschaltelements 5 signalisiert, geändert. Durch die UND-Verknüpfung der Freigabesignale erfolgt ein Öffnen des Stromkreises durch die Batterieanordnung 2 mithilfe. des Abschaltelements 5, sobald mindestens eines der Freigabesignale FS1, FS2, FS3 den zweiten Signalpegel annimmt.
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Es ist eine Zellentemperaturmesseinheit 8 vorgesehen, die mit ersten Temperatursensoren 9 an jeder der Batteriezellen 21 in Verbindung steht, um Zellentemperaturangaben an die Steuereinheit 3 bereitzustellen. Basierend auf den Zellentemperaturangaben führt die erste Recheneinheit 31 die Regelung des Betriebs der Batterieanordnung 2 mithilfe der Stellgröße S aus. Die erste Recheneinheit 31 stellt die Stellgröße S also so bereit, dass eine vorgegebene Zellentemperaturobergrenze durch eine der Zellentemperaturangaben nicht überschritten oder eine vorgegebene Zellentemperaturuntergrenze durch eine der Zellentemperaturangaben nicht unterschritten wird, d. h. so dass die Zellentemperaturangaben innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs verbleiben. Bei ordnungsgemäßem Verhalten der ersten Recheneinheit 31 wird das erste Freigabesignal FS1 auf den ersten Signalpegel gesetzt, andernfalls wird es zu dem zweiten Signalpegel geändert.
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Weiterhin wird die Zellentemperaturangabe der zweiten Recheneinheit 32 bereitgestellt, die überprüft, ob die Zellentemperaturangabe innerhalb eines durch eine vorgegebene erste Zellentemperaturobergrenze und eine vorgegebene erste Zellentemperaturuntergrenze definierten ersten Temperaturbereichs liegt. Wird festgestellt, dass die Zellentemperaturangabe für jede der Batteriezellen 21 für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer außerhalb des vorgegebenen ersten Temperaturbereichs liegt, so wird das zweite Freigabesignal FS2 von einem ersten Signalpegel zu einem zweiten Signalpegel geändert, um den Stromkreis durch das Abschaltelement 5 zu unterbrechen.
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Die Überwachungseinheit 6 ist weiterhin mit zweiten Temperatursensoren 7 gekoppelt, die an jeder der Batteriezellen 21 angeordnet sind. Alternativ kann die Überwachungseinheit 6 auch mit den ersten Temperatursensoren 9 verbunden sein. Die Überwachungseinheit 6 überprüft jeweils die Zellentemperatur und beeinflusst das dritte Freigabesignal FS3, so dass bei Überschreiten einer vorgegebenen zweiten Zellentemperaturobergrenze und bei Unterschreiten einer vorgegebenen zweiten Zellentemperaturuntergrenze, die miteinander einen zweiten Temperaturbereich definieren, eine sofortige Änderung des Signalpegels des dritten Freigabesignals FS3 zu dem zweiten Signalpegel erfolgt.
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In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Überwachen einer Betriebsgröße, wie beispielsweise der Zellenspannung oder der Zellentemperatur, beschrieben. In Schritt S1 wird die Betriebsgröße durch eine geeignete Messeinheit gemessen und anschließend wird mithilfe der ersten Recheneinheit 31 ein Regelalgorithmus zur Steuerung eines Lade- oder Entladevorgangs mithilfe einer Stellgröße S basierend auf der gemessenen Betriebsgröße ausgeführt (Schritt S2). Stellt die erste Recheneinheit 31 in Schritt S3 fest, dass der Regelalgorithmus ordnungsgemäß arbeitet (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt.
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In der zweiten Recheneinheit 32 wird in Schritt S4 überprüft, ob die Betriebsgröße für jede der Batteriezellen 21 jeweils innerhalb eines zwischen einer ersten Betriebsgrößenobergrenze und einer ersten Betriebsgrößenuntergrenze definierten ersten Betriebsgrößenbereichs liegt. Wird in Schritt S4 festgestellt, dass die Betriebsgröße für jede der Batteriezellen 21 außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs liegt (Alternative: Nein), so wird das Verfahren mit Schritt S8 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Ja) wird des Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
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In Schritt S8 wird überprüft, ob die Betriebsgröße für jede der Batteriezellen 21 für mehr als eine vorgegebene Zeitdauer außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs liegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt. Andernfalls (alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
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Die Überwachung des Schritts S5 sieht eine Überprüfung dahingehend vor, ob die Betriebsgröße BG für jede der Batteriezellen 21 innerhalb eines zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt, der durch die zweite Betriebsgrößenobergrenze und die zweite Betriebsgrößenuntergrenze definiert ist. Wird in Schritt S5 festgestellt, dass die Betriebsgrößen innerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs liegen (Alternative: Ja), so wird das Abschaltelement 5 zum Schließen des Stromkreises der Batterieanordnung 2 angesteuert bzw. der Stromkreis mit der Batterieanordnung 2 bleibt geschlossen (Schritt S6). Anschließend wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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Wird in den Schritt S4 und S8, dass mindestens eine der gemessenen Betriebsgrößen für eine vorbestimmte Zeitdauer außerhalb des ersten Betriebsgrößenbereichs liegt, oder in Schritt S5 festgestellt, dass mindestens eine der gemessenen Betriebsgrößen außerhalb des zweiten Betriebsgrößenbereichs liegt, so wird in Schritt S7 die Freigabe zum Schließen des Stromkreises durch das Abschaltelement 5 aufgehoben und der Stromkreis mit der Batterieanordnung 2 wird geöffnet.
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In Schritt S4 kann weiterhin realisiert sein, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. beim Verlassen von Betriebsbereichen durch mehrere Betriebsgrößen, das Zulassen des Freigabesignals zurückgenommen wird, sobald ein Überschreiten einer Ladeschlussspannung oder ein Unterschreiten einer Entladeschlussspannung festgestellt wird, ohne dass jedoch die erste Betriebsgrößenobergrenze bzw. die erste Betriebsgrößenuntergrenze über- bzw. unterschritten wurde.
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Das in der 2 beschriebene Verfahren kann für verschiedene Betriebsgrößen gleichzeitig realisiert werden bzw. gemeinsam in einem Batteriemanagementsystem 1 implementiert sein. Insbesondere können als Betriebsgrößen die Zellenspannung, die Zellentemperatur, der Ladezustand der Zellen und dergleichen überprüft bzw. überwacht werden.
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Die Verfahrensschritte, die in Bezug auf 2 erläutert wurden, können in dem in Verbindung mit 1 beschriebenen Batteriemanagementsystem ausgeführt werden.
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Weiterhin können die in Verbindung mit dem Batteriemanagementsystem 1 der 1 beschriebenen Verfahrensschritte mit den mit Bezug auf 2 erläuterten Verfahrensschritten kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriemanagementsystem
- 2
- Batterieanordnung
- 3
- Steuereinheit
- 4
- Zellenspannungsmesseinheit
- 5
- Abschaltelement
- 6
- Überwachungseinheit
- 7
- zweiter Temperatursensor
- 8
- Zellentemperaturmesseinheit
- 9
- erster Temperatursensor
- 21
- Batteriezelle
- 31
- erste Recheneinheit
- 32
- zweite Recheneinheit
- 33
- UND-Glied
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010040031 A1 [0004]
- EP 2180574 A2 [0006]
- DE 102007038532 A1 [0007]
- DE 4225746 A1 [0008]
