DE102013220638A1 - Method for updating a performance target - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktualisieren einer Leistungsvorgabe in einem Batteriesystem (14), wobei das Batteriesystem (14) ein Batteriemanagementsystem (30) und eine Batterie (28) mit mehreren Batteriezellen (32) umfasst, mit folgenden Schritten:
a) Bereitstellen mindestens eines Zustandsparameters einer Batteriezelle (32);
b) Feststellen eines Leistungsverlustes der Batteriezelle (32) auf Basis des bereitgestellten Zustandsparameters;
c) Vergleichen des Zustandsparameters mit einem vorgegebenen Grenzwert der Batteriezelle (32), wenn ein Leistungsverlust festgestellt wurde; und
d) Ermitteln einer Leistungsvorgabe der Batterie (28) unter Berücksichtigung des bereitgestellten Zustandsparameters, wenn der vorgegebene Grenzwert der Batteriezelle (32) überschritten wurde.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges (10), ein Computerprogrammprodukt, ein Batteriesystem (14) und ein Fahrzeug (10) zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for updating a power specification in a battery system (14), wherein the battery system (14) comprises a battery management system (30) and a battery (28) with a plurality of battery cells (32), comprising the following steps:
a) providing at least one state parameter of a battery cell (32);
b) determining a power loss of the battery cell (32) based on the provided state parameter;
c) comparing the state parameter with a predetermined limit of the battery cell (32) when a power loss has been detected; and
d) determining a power specification of the battery (28) taking into account the provided state parameter when the predetermined limit value of the battery cell (32) has been exceeded.
The invention also relates to a method for operating a vehicle (10), a computer program product, a battery system (14) and a vehicle (10) for carrying out the method.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aktualisieren einer Leistungsvorgabe in einem Batteriesystem sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeuges. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm, ein Batteriesystem und ein Fahrzeug, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.The invention relates to a method for updating a power specification in a battery system and to a method for driving a vehicle. The invention also relates to a computer program, a battery system and a vehicle, which are set up to carry out the method.
In Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen werden Batteriesysteme eingesetzt, um elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeuges bereitzustellen. Derartige Batteriesysteme umfassen eine Batterie mit mehreren Batteriezellen und ein Batteriemanagementsystem, das die Batterie überwacht und steuert. Dazu sind die Batterie und deren Batteriezellen mit Sensoren ausgestattet, die dem Batteriemanagementsystem verschiedene Zustandsparameter, wie die aktuelle Batterietemperatur, den aktuellen Batteriestrom, die aktuellen Zellströme und die aktuellen Zellspannungen, bereitstellen. Ausgehend von den Zustandsparametern sind im Batteriemanagementsystem Managementfunktionen implementiert, die die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Batterie steigern.In electric vehicles or hybrid vehicles battery systems are used to provide electrical energy for driving the vehicle. Such battery systems include a battery having a plurality of battery cells and a battery management system that monitors and controls the battery. For this purpose, the battery and its battery cells are equipped with sensors that provide the battery management system with various state parameters, such as the current battery temperature, the current battery current, the current cell currents and the current cell voltages. Based on the state parameters, the battery management system implements management functions that increase battery life, reliability, and safety.
Eine Sicherheitsfunktion des Batteriemanagementsystems betrifft zum Beispiel das Überladen von Batteriezellen. Steigt die Zellspannung über einen vorgegebenen Wert, erreicht die Batteriezelle einen instabilen Zustand und kann beschädigt werden. Um derartige Situationen zu vermeiden, sieht das Batteriemanagementsystem Funktionen vor, die Grenzwerte für die Zellspannung festlegen, die aktuellen Zellspannungen überwachen und bei Überschreiten eines Grenzwertes Betriebsparameter der Batterie anpassen. A safety function of the battery management system relates, for example, to the overcharging of battery cells. If the cell voltage rises above a predetermined value, the battery cell reaches an unstable state and may be damaged. To avoid such situations, the battery management system provides functions that set cell voltage limits, monitor current cell voltages, and adjust operating parameters of the battery when a limit is exceeded.
Aus
In
Beim Implementieren von Sicherheitsfunktionen ist weiterhin zu berücksichtigen, dass der von den Sensoren erfasste Spannungsabfall nicht der eigentlichen Leerlaufspannung (OCV, Open Circuit Voltage) der Batteriezellen entspricht. Eine Korrektur durch den Spannungsabfall an den Innenwiderständen von zum Beispiel zwischengeschalteten Komponenten erfolgt dabei über Impedanz-Modelle, die in der Regel fehlerbehaftet sind. Zusätzlich ist der Innenwiderstand von Batteriezellen keine konstante Größe und erhöht sich mit der Zeit durch Alterungseffekte. Daher kann es zu Situationen kommen, in denen bei einer gleichbleibenden Leistungsfreigabe durch das Batteriemanagementsystem, der Zellspannungsgrenzwert überschritten wird. Als Reaktion wird die Zellspannung herabgesetzt oder die Batteriezelle abgeschaltet. Pulsationen im Zeitverlauf der Batteriespannung sind die Folge und belasten die Hardwarekomponenten der Batterie. Es entsteht also ein Konflikt zwischen Sicherheitsfunktionen, die die Zellspannung zum Schutz herabsetzen, und solchen, die die Lebensdauer der Batterie erhöhen.When implementing safety functions, it must also be taken into consideration that the voltage drop detected by the sensors does not correspond to the actual open circuit voltage (OCV) of the battery cells. A correction by the voltage drop across the internal resistances of, for example, intermediately connected components takes place via impedance models, which are usually faulty. In addition, the internal resistance of battery cells is not constant and increases over time due to aging effects. Therefore, situations may occur in which the cell voltage limit is exceeded with a consistent power release by the battery management system. In response, the cell voltage is lowered or the battery cell is turned off. Pulsations over time of the battery voltage are the result and burden the hardware components of the battery. Thus, a conflict arises between safety functions that lower the cell voltage for protection and those that increase the life of the battery.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Aktualisieren einer Leistungsvorgabe in einem Batteriesystem vorgeschlagen, das ein Batteriemanagementsystem und eine Batterie mit mehreren Batteriezellen umfasst. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- a) Bereitstellen von mindestens einem Zustandsparameter einer Batteriezelle;
- b) Feststellen eines Leistungsverlustes der Batteriezelle auf Basis des mindestens einen Zustandsparameters;
- c) Vergleichen des mindestens einen Zustandsparameters mit einem vorgegebenen Grenzwert der Batteriezelle, wenn ein Leistungsverlust festgestellt wurde; und
- d) Ermitteln einer Leistungsvorgabe der Batterie unter Berücksichtigung des mindestens einen Zustandsparameters, wenn der vorgegebene Grenzwert der Batteriezelle überschritten wurde.
- a) providing at least one state parameter of a battery cell;
- b) determining a power loss of the battery cell based on the at least one state parameter;
- c) comparing the at least one state parameter with a predetermined limit of the battery cell when a power loss has been detected; and
- d) determining a power specification of the battery taking into account the at least one state parameter when the predetermined limit value of the battery cell has been exceeded.
Bevorzugt ist das Verfahren zumindest teilweise als Modul, Routine oder Subroutine in einem Batteriemanagementsystem (BMS) implementiert. Dabei kann das Batteriemanagementsystem mehrere Subsysteme oder Submodule, wie eine Batterieüberwachungseinheit (BMU, Battery Monitoring Unit) und eine Batteriesteuereinheit (BCU, Battery Control Unit), umfassen. Das Verfahren kann in einem oder mehreren Subsystemen ausgeführt werden. Beispielsweise können die Schritte a), b) und c) in der Batterieüberwachungseinheit implementiert sein, während Schritt d) in der Batteriesteuereinheit implementiert sein kann. Das Verfahren kann auch vollständig in der Batterieüberwachungseinheit beziehungsweise in der Batteriesteuereinheit implementiert sein.Preferably, the method is at least partially implemented as a module, routine or subroutine in a battery management system (BMS). In this case, the battery management system may comprise a plurality of subsystems or submodules, such as a battery monitoring unit (BMU) and a battery control unit (BCU). The method may be performed in one or more subsystems. For example, steps a), b) and c) may be implemented in the battery monitoring unit while step d) may be implemented in the battery control unit. The method can also be implemented completely in the battery monitoring unit or in the battery control unit.
Zustandsparameter der Batteriezelle bezeichnen im vorliegenden Zusammenhang solche Parameter, die den aktuellen Zustand der Batteriezelle charakterisieren. In einer möglichen Ausführungsform wird als Zustandsparameter der Batteriezelle eine aktuelle Zellspannung Ui_ist und/oder ein aktueller Zellstrom Ii_ist der i-ten Batteriezelle bereitgestellt, wobei i eine ganze Zahl bezeichnet, die die einzelnen Batteriezellen der Batterie kennzeichnet. Dazu können die Batteriezellen Sensoreinheiten umfassen, die die Zustandsparameter, insbesondere die aktuelle Zellspannung Ui_ist und/oder den aktuellen Zellstrom Ii_ist, erfassen. Solche Sensoreinheiten können als Zellüberwachungsschaltung (CSC, Cell-Supervision-Circuit) am Ausgang der Batteriezellen realisiert sein. State parameters of the battery cell in the present context designate those parameters which characterize the current state of the battery cell. In one possible embodiment, a current cell voltage U i_act and / or a current cell current I i_ist of the i th battery cell is provided as the state parameter of the battery cell, where i denotes an integer which identifies the individual battery cells of the battery. For this purpose, the battery cells can comprise sensor units which detect the state parameters, in particular the current cell voltage U i_act and / or the current cell current I i_act . Such sensor units can be realized as a cell monitoring circuit (CSC, Cell Supervision Circuit) at the output of the battery cells.
Weiterhin kann das Batteriemanagementsystem oder ein Subsystem, wie die Batterieüberwachungseinheit oder die Batteriesteuereinheit, über eine Kommunikationsverbindung an die Batterie, beispielsweise die Sensoreinheiten, angebunden sein. Dabei kann die Kommunikationsverbindung ausgebildet sein, Zustandsparameter von den Sensoreinheiten an das Batteriemanagementsystem zu übermitteln. Bevorzugt überwacht das Batteriemanagementsystem die Zustandsparameter der Batteriezellen kontinuierlich. Das heißt die Zustandsparameter werden kontinuierlich an das Batteriemanagementsystem oder das Subsystem übermittelt, wobei die Übermittlungsrate durch die maximale Übertragungsrate der Kommunikationsverbindung begrenzt ist. Eine mögliche Umsetzung der Kommunikationsverbindung ist ein Control Area Network-Bus (CAN-Bus), wobei Daten gemäß eines CAN-Protokolls übermittelt werden, welches die maximale Bandbreite des CAN-Busses bestimmt.Furthermore, the battery management system or a subsystem, such as the battery monitoring unit or the battery control unit, via a communication link to the battery, such as the sensor units, be connected. In this case, the communication connection can be designed to transmit state parameters from the sensor units to the battery management system. Preferably, the battery management system continuously monitors the state parameters of the battery cells. That is, the state parameters are continuously transmitted to the battery management system or the subsystem, the transmission rate being limited by the maximum transmission rate of the communication link. A possible implementation of the communication connection is a control area network bus (CAN bus), wherein data is transmitted according to a CAN protocol, which determines the maximum bandwidth of the CAN bus.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Leistungsverlust festgestellt, indem auf Basis der bereitgestellten Zustandsparameter, insbesondere der aktuellen Zellspannung Ui_ist und/oder des aktuellen Zellstromes Ii_ist, eine aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle ermittelt wird und mit einer Sollleistung Pi_max_soll der Batteriezelle verglichen wird. In a further embodiment, the power loss is determined by determining a currently achievable power P i_max_actual of the battery cell based on the provided state parameters, in particular the current cell voltage U i_act and / or the current cell current I i_act , and comparing it with a setpoint power P i_max_setpoint of the battery cell becomes.
Die Sollleistung Pi_max_soll kann aus einem vorgegebenen Grenzwert für die Zellspannung Ui_max ermittelt werden nach
Dabei ist ein vorgegebener Grenzwert für den Strom Ii_max durch eine Leerlaufspannung Ui_OCV und einen Sollwert des Innenwiderstandes Ri_soll gegeben durch In this case, a predetermined limit value for the current I i_max is given by an open-circuit voltage U i_OCV and a desired value of the internal resistance R i_soll
Weiterhin entspricht die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Leistung, die die Batteriezelle ohne ein Überladen, also ohne Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes für die Zellspannung Ui_max, bereitstellen kann. Insbesondere kann die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle aus der aktuellen Zellspannung Ui_ist, dem aktuellen Zellstrom Ii_ist und einem aktuellen Innenwiderstand Ri_ist der Batteriezelle ermittelt werden. So kann der aktuelle Innenwiderstand Ri_ist der Batteriezelle ermittelt werden nach Furthermore, the currently achievable power P i_max_ist corresponds to the power that the battery cell can provide without overcharging, ie without exceeding the predetermined limit value for the cell voltage U i_max . In particular, the currently achievable power P i_max_ist of the battery cell can be determined from the current cell voltage U i_act , the current cell current I i_act and a current internal resistance R i_actual of the battery cell . Thus, the current internal resistance R i_ist of the battery cell can be determined according to
Daraus kann die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle ermittelt werden nach From this, the currently achievable power P i_max_act of the battery cell can be determined according to
In einer weiteren Ausführungsform wird die Sollleistung Pi_max_soll der Batteriezelle in Abhängigkeit von einer Betriebszeit oder einem Alter der Batteriezelle angepasst. Zu Beginn der Lebensdauer kann die Sollleistung Pi_max_soll einer Anfangsleistung der Batteriezelle entsprechen, die beispielsweise unmittelbar nach der Fertigung erfasst und gespeichert werden kann. Mit steigendem Alter der Batteriezelle kann die Sollleistung Pi_max_soll der Leistung entsprechen, die bei der vorangegangenen Aktualisierung der Leistungsvorgabe als aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle ermittelt und gespeichert wurde.In a further embodiment, the nominal power P i_max_soll of the battery cell is adjusted as a function of an operating time or an age of the battery cell. At the beginning of the service life, the setpoint power P i_max_soll can correspond to an initial power of the battery cell , which can be detected and stored, for example, immediately after production. With increasing age of the battery cell, the target power P i_max_soll may correspond to the power which was determined and stored as the current achievable power P i_max_ of the battery cell during the previous updating of the power specification .
In einer weiteren Ausführungsform liegt ein Leistungsverlust vor, wenn die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle einen bestimmten prozentualen Anteil der Solleistung Pi_max_soll der Batteriezelle unterschreitet. Den bestimmten prozentualen Anteil kann der Fachmann auf dem Gebiet der Batteriesysteme durch Routinemaßnahmen bestimmen und an die Gegebenheiten des Batteriesystems, insbesondere an den Typ der Batteriezellen, anpassen. Die Funktion zum Feststellen des Leistungsverlustes kann damit zunächst die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle ermitteln und diesen Wert mit der prozentualen Sollleistung Pi_max_soll vergleichen. Ist die aktuell erreichbare Leistung Pi_max_ist kleiner als die prozentuale Sollleistung Pi_max_soll, liegt ein Leistungsverlust vor.In a further embodiment, there is a power loss if the currently achievable power P i_max_ist of the battery cell falls below a certain percentage of the nominal power P i_max_soll of the battery cell . The specific percentage share can be determined by routine measures by the expert in the field of battery systems and adapted to the conditions of the battery system, in particular to the type of battery cells. The function for determining the power loss can thus first of all determine the currently achievable power P i_max_act of the battery cell and compare this value with the percentage nominal power P i_max_soll . If the currently achievable power P i_max_ist is less than the percentage setpoint power P i_max_soll , there is a power loss .
In einer weiteren Ausführungsform wird die aktuelle Zellspannung Ui_ist als Zustandsparameter mit dem vorgegebenen Grenzwert für die Zellspannung Ui_max der Batteriezelle verglichen und insbesondere ein Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes für die Zellspannung Ui_max festgestellt. So kann eine Komparatorfunktion im Sinne eines logischen Größer-Operators implementiert sein, die die aktuelle Zellspannung Ui_ist der Batteriezelle mit dem vorgegebenen Grenzwert für die Zellspannung Ui_max vergleicht und insbesondere das Überschreiten des Grenzwertes erkennt.In a further embodiment, the current cell voltage U i_ ist is compared as a state parameter with the predetermined limit value for the cell voltage U i_max of the battery cell and, in particular, an exceeding of the predetermined limit value for the cell voltage U i_max is established. Thus, a comparator function in the sense of a logical Greater operator can be implemented, which compares the current cell voltage U i_ist of the battery cell with the predetermined limit value for the cell voltage U i_max and in particular detects the exceeding of the limit value.
In einer weiteren Ausführungsform ist der vorgegebene Grenzwert ein maximaler Wert des Zustandsparameters, der kleiner oder gleich einem kritischen Wert des Zustandsparameters ist. Dabei bezeichnet ein kritischer Wert des Zustandsparameters den Wert, ab dem die Batteriezelle einen instabilen Zustand erreicht und beschädigt wird. Insbesondere kann der vorgegebene Grenzwert durch eine maximale Zellspannung Ui_max gegeben sein, die kleiner oder gleich einer kritischen Zellspannung ist. Für Lithium-Ionen Batteriezellen kann die kritische Zellspannung im Bereich von 4,1 bis 4,3 Volt, beispielsweise bei 4,25 Volt liegen. Für Nickel-Metall-Hybrid Batteriezellen kann die kritische Zellspannung im Bereich von 1,3 bis 1,6 Volt, beispielsweise bei 1,5 Volt liegen. Bevorzugt ist die maximale Zellspannung Ui_max kleiner als die kritische Zellspannung. So kann die maximale Zellspannung Ui_max einen prozentualen Anteil der kritischen Zellspannung betragen. Den prozentualen Anteil kann der Fachmann auf dem Gebiet der Batteriesysteme durch Routinemaßnahmen bestimmen und an die Gegebenheiten des Batteriesystems, insbesondere an den Typ der Batteriezellen, anpassen. In a further embodiment, the predetermined limit value is a maximum value of the state parameter that is less than or equal to a critical value of the state parameter. A critical value of the state parameter indicates the value at which the battery cell reaches an unstable state and is damaged. In particular, the predetermined limit value can be given by a maximum cell voltage U i_max that is less than or equal to a critical cell voltage. For lithium-ion battery cells, the critical cell voltage may be in the range of 4.1 to 4.3 volts, for example, 4.25 volts. For nickel metal hybrid battery cells, the critical cell voltage may range from 1.3 to 1.6 volts, for example 1.5 volts. Preferably, the maximum cell voltage U i_max is smaller than the critical cell voltage. Thus, the maximum cell voltage U i_max can be a percentage of the critical cell voltage. The percentage can be determined by those skilled in the field of battery systems by routine measures and adapt to the conditions of the battery system, in particular to the type of battery cells.
In einer weiteren Ausführungsform wird zum Ermitteln der Leistungsvorgabe die erreichbare Gesamtleistung der Batterie unter Berücksichtigung der aktuell erreichbaren Leistung Pi_max_ist der Batteriezelle bestimmt, deren Zustandsparameter den vorgegebenen Grenzwert überschritten hat. Die erreichbare Gesamtleistung der Batterie kann aus den Leistungen der einzelnen Batteriezellen ermittelt werden, wobei die Leistung der Batteriezelle, deren Zustandsparameter den vorgegebenen Grenzwert überschritten hat, mit der aktuell erreichbaren Leistung Pi_max_ist gleich gesetzt wird. Insbesondere wird die Leistung der Batteriezelle, deren Zustandsparameter den vorgegebenen Grenzwert überschritten hat, um den Faktor reduziert.In another embodiment, to determine the power specification, the achievable total power of the battery is determined taking into account the currently achievable power P i_max_act of the battery cell whose state parameter has exceeded the predetermined limit value. The achievable overall performance of the battery can be determined from the performance of the individual battery cells, wherein the performance of the battery cell , the state parameter has exceeded the predetermined limit, is set equal to the currently achievable power P i_max_ist . In particular, the power of the battery cell whose state parameter has exceeded the predetermined limit by the factor reduced.
Nach Ermitteln der Leistungsvorgabe kann diese als aktualisierter Wert der Leistungsvorgabe im Batteriemanagementsystem gespeichert werden. Ein vorangegangener Wert der Leistungsvorgabe kann damit überschrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Historie gespeichert werden, indem die Werte für die Leistungsvorgabe etwa nach Aktualität sortiert gespeichert werden. So kann die aktualisierte Leistungsvorgabe im Batteriemanagementsystem beispielsweise in Einheiten zum Steuern der Batterie, wie der Batteriesteuereinheit, berücksichtigt werden.Once the power specification has been determined, it can be stored as an updated value of the power specification in the battery management system. A previous value of the power specification can thus be overwritten. Alternatively or additionally, a history can be stored by storing the values for the performance specification sorted according to their actuality. For example, the updated power specification may be taken into account in the battery management system in units for controlling the battery, such as the battery control unit.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungsvorgabe der Batterie einem Antriebssystem und insbesondere einer Motorsteuereinheit des Antriebssystems bereitgestellt werden. So können das Batteriemanagementsystem, insbesondere die Batteriesteuereinheit, und das Antriebssystem, insbesondere die Motorsteuereinheit, an einen Kommunikationskanal, wie einen Fahrzeugbus, insbesondere einen CAN-Bus, angebunden sein. Beispielsweise weist das Batteriemanagementsystem, insbesondere die Batteriesteuereinheit, eine Kommunikationsschnittstelle auf, die eingerichtet ist, die Leistungsvorgabe an das Antriebssystem zu senden.In a further embodiment, the power specification of the battery can be provided to a drive system and in particular to a motor control unit of the drive system. Thus, the battery management system, in particular the battery control unit, and the drive system, in particular the engine control unit, to a communication channel, such as a vehicle bus, in particular a CAN bus, be connected. For example, the battery management system, in particular the battery control unit, has a communication interface which is set up to send the power specification to the drive system.
Weiter erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das das Antriebsystem mit einem Elektromotor und einer Motorsteuereinheit und das Batteriesystem umfasst. Dabei wird die Leistungsvorgabe gemäß einem der hierin beschriebenen Verfahren im Batteriesystem aktualisiert und dem Antriebssystem übermittelt. Das Antriebssystem ist dazu über eine Kommunikationsverbindung an das Batteriemanagementsystem angebunden. Beispielsweise ist die Kommunikationsverbindung ausgebildet, die aktualisierte Leistungsvorgabe über einen Kommunikationskanal, wie den Fahrzeugbus, insbesondere den CAN-Bus, vom Batteriemanagementsystem an das Antriebssystem zu übermitteln.Furthermore, according to the invention, a method for operating a vehicle is proposed which comprises the drive system with an electric motor and a motor control unit and the battery system. The power specification is updated according to one of the methods described herein in the battery system and transmitted to the drive system. The drive system is connected via a communication link to the battery management system. For example, the communication link is configured to transmit the updated power specification via a communication channel, such as the vehicle bus, in particular the CAN bus, from the battery management system to the drive system.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul, eine Routine oder eine Subroutine zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems in einem Fahrzeug handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, einer DVD, Blue-ray Disk, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.According to the invention, a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device. For example, the computer program may be a module, routine, or subroutine for implementing a battery management system in a vehicle. The computer program may be stored on a machine-readable storage medium, such as on a permanent or rewritable storage medium or in association with a computing device, such as a portable storage such as a CD-ROM, a DVD, Blue-ray disk, a USB stick or a memory card. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device, such as on a server or a cloud server, for example via a data network, such as the Internet, or a communication link, such as a telephone line or a wireless link.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriesystem zum Aktualisieren einer Leistungsvorgabe einer Batterie in einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Batteriesystem die Batterie mit mehreren Batteriezellen und das Batteriemanagementsystem umfasst. Dabei umfasst das Batteriesystem folgende Komponenten:
- a) eine Komponente zum Bereitstellen mindestens eines Zustandsparameters einer Batteriezelle;
- b) eine Komponente zum Feststellen eines Leistungsverlustes der Batteriezelle auf Basis des mindestens einen Zustandsparameters;
- c) eine Komponente zum Vergleichen des mindestens einen Zustandsparameters mit einem vorgegebenen Grenzwert der Batteriezelle, wenn ein Leistungsverlust festgestellt wurde; und
- d) eine Komponente zum Ermitteln einer Leistungsvorgabe der Batterie unter Berücksichtigung des mindestens einen Zustandsparameters, wenn der vorgegebene Grenzwert der Batteriezelle überschritten wurde.
- a) a component for providing at least one state parameter of a battery cell;
- b) a component for determining a power loss of the battery cell based on the at least one state parameter;
- c) a component for comparing the at least one state parameter with a predetermined limit of the battery cell when a power loss has been detected; and
- d) a component for determining a power specification of the battery taking into account the at least one state parameter when the predetermined limit value of the battery cell has been exceeded.
Bevorzugt ist das Batteriesystem zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Die Batterie des Batteriesystems kann als Lithium-Ionenbatterie oder Nickel-Metallhybridbatterie ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Batteriesystem mit einem Antriebssystem eines Fahrzeugs verbindbar sein. Preferably, the battery system is designed and / or set up to carry out the methods described herein. The battery of the battery system may be configured as a lithium-ion battery or a nickel-metal hybrid battery. Furthermore, the battery system can be connectable to a drive system of a vehicle.
Die Komponenten des Batteriesystems sind dabei als funktionale Einheiten zu sehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Komponenten des Batteriesystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software implementiert sind. Weiterhin können die Funktionen der Komponenten auch in Hardware beispielsweise durch Regler zum Aktualisieren der Leistungsvorgabe oder durch Sensoreinheiten zum Erfassen von Zustandsparametern realisiert sein. Bevorzugt sind eine oder mehrere Komponenten des Batteriesystems softwaretechnisch im Batteriemanagementsystem implementiert.The components of the battery system are to be seen as functional units that are not necessarily physically separated from each other. Thus, several components of the battery system can be implemented in a single physical unit, such as when multiple functions are implemented in software. Furthermore, the functions of the components can also be implemented in hardware, for example by controllers for updating the power specification or by sensor units for detecting state parameters. Preferably, one or more components of the battery system are implemented by software in the battery management system.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Fahrzeug mit dem hierin beschriebenen Batteriesystem vorgeschlagen, wobei das Batteriesystem mit einem Antriebssystem des Fahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie ein Hybridfahrzeug oder eine Elektrofahrzeug, das zumindest teilweise durch elektrische Energie einer Batterie mit mehreren Batteriezellen angetrieben wird. According to the invention, a vehicle is also proposed with the battery system described herein, wherein the battery system is connected to a drive system of the vehicle. Preferably, the vehicle is an electrically driven vehicle, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, which is at least partially driven by electrical energy of a battery having a plurality of battery cells.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäßen Verfahren und Systeme ermöglichen es, eine Batterie sicher über eine hohe Lebensdauer zu betreiben. Insbesondere wird durch das Aktualisieren der Leistungsvorgabe eine Leistungsbegrenzung der Batterie erreicht, die Konflikte zwischen Sicherheitsfunktionen und solchen Funktionen, die die Lebensdauer verlängern, vermeidet. So wird durch die Leistungsbegrenzung der Sicherheitsabstand zu kritischen Zustandsparametern eingehalten und gleichzeitig werden Pulsationen infolge von Sicherheitsmechanismen, wie das Herabsetzen der Zellspannung, reduziert. Dadurch können die Funktionen, die die Sicherheit und die Lebensdauer der Batterie betreffen, optimal aufeinander abgestimmt werden, um einen sicheren Betrieb und eine hohe Lebensdauer der Batterie zu gewährleisten.The methods and systems according to the invention make it possible to operate a battery safely over a long service life. In particular, updating the power setting achieves power limitation of the battery which avoids conflicts between safety functions and those functions which extend the life span. Thus, the power limitation keeps the safe distance to critical state parameters and at the same time reduces pulsations due to safety mechanisms, such as the lowering of the cell voltage. This allows the functions related to the safety and life of the battery to be optimally matched to ensure safe operation and long battery life.
Insbesondere werden bei dem Aktualisieren der Leistungsvorgabe Alterungseffekte in einzelnen Batteriezellen durch das Ermitteln des Leistungsverlusts berücksichtigt. So steigen die Innenwiderstände und Kapazitäten der Batteriezellen mit höher werdendem Alter unterschiedlich an. Die Überwachung des Leistungsverlusts der einzelnen Batteriezellen ermöglicht es, Alterungseffekte der einzelnen Batteriezellen zu berücksichtigen und die Leistungsvorgabe entsprechend anzupassen. Damit kann die Gesamtleistung der Batterie optimal und ohne Sicherheitsrisiken ausgenutzt werden.In particular, when updating the power setting, aging effects in individual battery cells are taken into account by determining the power loss. Thus, the internal resistance and capacity of the battery cells increase with increasing age differently. The monitoring of the power loss of the individual battery cells makes it possible to take into account the aging effects of the individual battery cells and to adjust the power setting accordingly. Thus, the overall performance of the battery can be exploited optimally and without security risks.
Weiterhin erfolgt eine Anpassung der Leistungsvorgabe der Batterie nur, wenn ein Zustandsparameter einer der Batteriezellen den vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dadurch wird eine stabile Leistungsvorgabe bereitgestellt, die nicht durch kurzzeitige Leistungsverluste in einer der Batteriezellen beeinflusst wird.Furthermore, an adaptation of the power specification of the battery only occurs when a state parameter of one of the battery cells exceeds the predetermined limit value. This provides a stable power setting that is not affected by momentary power losses in one of the battery cells.
Insgesamt wirkt sich der regulierende Eingriff durch die Leistungsbegrenzung der Batterie präventiv auf das Batteriesystem und insbesondere die Hardwarekomponenten aus. Darüberhinaus werden Leistungsverluste infolge von Leistungspulsationen während des Ladens der Batteriezellen aufgehoben, so dass eine optimale Leistung bei gleichzeitig schonendem Betrieb erzielt wird. Derartige Leistungspulsationen beim Laden entstehen, wenn Grenzwerte überschritten werden und das Batteriemanagementsystem anschießend die Leistung so drastische reduziert, dass Grenzwerte unterschritten werden. Wird die Leistungsvorgabe angepasst kommt es zu keiner Grenzwertüberschreitung oder -unterschreitung und Leistungspulsationen wird vorgebeugt. Letztlich wird dadurch auch die Lebensdauer der Batterie verlängert, da die Überschreitung von Grenzwerten zu einer vorzeitigen Alterung der Batterie führt.Overall, the regulatory intervention by the power limit of the battery has a preventive effect on the battery system and in particular the hardware components. In addition, power losses due to power pulsations during charging of the battery cells are canceled, so that optimum performance is achieved with simultaneous gentle operation. Such power pulsations during charging occur when limit values are exceeded and the battery management system subsequently drastically reduces the power so that limit values are undershot. If the performance target is adjusted, there will be no limit violation or undershoot and performance pulsations will be prevented. Ultimately, this also extends the life of the battery, as the exceeding of limits leads to premature aging of the battery.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente 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 components and elements are denoted by the same or similar reference numerals, and in individual cases to dispense with a repeated description of these components or elements. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Fahrzeug
Das Batteriesystem
Die BMU
Das Antriebssystem
In der BMU
Die Einheit
Liegt ein Leistungsverlust vor, erfolgt in der Einheit
Im Laufe der Betriebszeit der Batterie
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden derartige Spannungspulsationen vermieden, indem in der Einheit
Die BCU
Zusätzlich kann die aktualisierte Leistungsvorgabe über eine Schnittstelle
In einem ersten Schritt
In einem dritten Schritt
Bei Verringerung der Leistungsabgabe der Batteriezelle
Die aktualisierte Leistungsvorgabe wird weiterhin in dem BMS
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 limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009048174 A1 [0004] DE 102009048174 A1 [0004]
- DE 102010027711 A1 [0005] DE 102010027711 A1 [0005]
- DE 102012007157 A1 [0006] DE 102012007157 A1 [0006]
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2013
- 2013-10-14 DE DE201310220638 patent/DE102013220638A1/en active Pending
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