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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mehreren Batterieelementen und mit wenigstens einer Messvorrichtung zur Messung von Betriebsparametern mindestens eines der Batterieelemente, wobei zumindest eines der Batterieelemente mit der Messvorrichtung Messsignal übertragend verbunden ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Instandsetzen eines mehrere Batterieelemente aufweisenden Batteriesystems, bei dem eines der Batterieelemente vom Batteriesystem getrennt und anstatt des getrennten Batterieelementes ein anderes Batterieelement dem Batteriesystem hinzugefügt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem und einem Antriebsenergie übertragend mit dem Antriebssystem verbundenen Batteriesystem.
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Stand der Technik
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Batteriesysteme und Verfahren der eingangs genannten Art sowie Kraftfahrzeuge mit Batteriesystemen sind allgemein bekannt. Die Messvorrichtung leitet die gemessenen Betriebsparameter an ein Batteriemanagementsystem weiter, in dem die Betriebsparameter mit Grenzwerten verglichen werden und basierend auf dem Vergleich der Betrieb des Batterieelements gegebenenfalls angepasst wird. Beispielsweise werden am Batterieelement anliegende elektrische Spannungen temperaturabhängig im Lade- beziehungsweise Entladefall geändert.
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Ist das Batterieelement infolge von Alterung oder eines Defektes fehlerhaft, so muss es durch ein anderes Batterieelement ersetzt werden. In der Regel weist das neue Batterieelement andere Eigenschaften auf als das ersetzte Batterieelement, da das neue Batterieelement beispielsweise weniger gealtert ist. Wegen der geänderten Eigenschaften kann das neue Batterieelement jedoch zu einer Fehlermeldung führen, da dass Batteriemanagementsystem sich schlagartig ändernde Batterieelementeigenschaften als eine Fehlfunktion interpretiert.
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Bekannte Batteriesysteme lassen sich mit dem bekannten Verfahren also nicht ohne Weiteres instand setzen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem der eingangs genannten Art bereitgestellt, wobei die Messvorrichtung einen Datenspeicher zur nicht flüchtigen Speicherung von die gemessenen Betriebsparameter repräsentierenden Betriebsparameterdaten aufweist. Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitgestellt, bei dem Betriebsparameter des getrennten Batterieelements repräsentierende Betriebsparameterdaten aus dem Batteriesystem entfernt und Betriebsparameter des hinzugefügten Batterieelements repräsentierende Betriebsparameterdaten anstelle der Betriebsparameterdaten des getrennten Batterieelements dem Batteriesystem hinzugefügt werden. Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bereitgestellt, dessen Batteriesystem ein erfindungsgemäßes Batteriesystem ist.
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Vorteile der Erfindung
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Durch diese einfachen Maßnahmen stehen die Betriebsparameter repräsentierenden Betriebsparameterdaten des Batterieelementes zur Verfügung, um im Betrieb des Batteriesystems das Batterieelement zu steuern. Ist das Batterieelement jedoch zu ersetzen, so können mit dem neu hinzugefügten Batterieelement dem Batteriesystem ebenfalls die zum neu hinzugefügten Batterieelement gehörigen Betriebsparameterdaten zur Verfügung gestellt werden. Das Batteriesystem kann also nach dem Austausch des Batterieelementes ohne Weiteres in Betrieb genommen werden, ohne dass das Batteriemanagementsystem eine Fehlermeldung produziert oder dass das Batteriemanagementsystem die Betriebsparameterdaten des neuen Batterieelements erlernen muss. Der Austausch von Batterieelementen ist hierdurch im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vereinfacht.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
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So kann die den Datenspeicher aufweisende Messvorrichtung ausgestaltet sein, eine Historie der Betriebsparameter repräsentierende Daten zu speichern. Die Historie kann regelmäßig bestimmte und gespeicherte und/oder zu vorbestimmten Ereignissen bestimmte und gespeicherte Betriebsparameterdaten umfassen. Alternativ können Änderungen der Betriebsparameter als Betriebsparameterdaten gespeichert werden. Beispielsweise repräsentieren die Betriebsparameterdaten einen zeitlichen Verlauf der Betriebsparameter. Der Betriebsparameter kann ein in das Batterieelement hinein geleiteter oder aus dem Batterieelement entnommener elektrischer Strom, eine an Anschlusskontakten des Batterieelements anliegende elektrische Spannung, eine Dauer eines Strom- oder Spannungspulses, die Temperatur des Batterieelements, der Ladezustand oder eine Ladezustandsänderung, ein sogenannter State of Charge Swing, des Batterieelements oder ein innerer Druck des Batterieelements sein.
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Das Batteriesystem kann wenigstens einen Sensor, der den Betriebsparameter in ein den Betriebsparameter repräsentierendes Messsignal wandelt, aufweisen, wobei der Sensor im oder am Batterieelement oder in der Messvorrichtung angeordnet sein kann. Der Sensor ist vorzugsweise Messsignal übertragend mit dem Datenspeicher verbunden. Beispielsweise ist der Sensor ein Temperatursensor, der die Temperatur des Batterieelementes misst und hierzu beispielsweise am oder im Batterieelement angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Batteriesystem noch einen Spannungssensor oder einen Stromsensor zur Messung der an Kontaktelementen des Batterieelementes anliegenden elektrischen Spannung oder von in das oder aus dem Batterieelement fließenden elektrischen Stroms aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Batteriesystem einen Drucksensor zur Messung des inneren Drucks als Betriebsparameter aufweisen.
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Die Messvorrichtung kann eine Ausgleichseinheit zum Ausgleichen von elektrischen Parametern des Batterieelementes aufweisen. Die Ausgleichseinheit passt beispielsweise einen Ladezustand des Batterieelementes an einen Sollzustand und beispielsweise an Ladezustände anderer Batterieelemente an.
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Jedem der Batterieelemente kann eine und insbesondere genau eine Messvorrichtung mit jeweils einem Datenspeicher für die Betriebsparameterdaten zugeordnet sein, sodass die Betriebsparameterdaten jeweils eines der Batterieelemente in jeweils einer der Messvorrichtungen gespeichert werden können. Die Speicherung der Betriebsparameterdaten eines der Batterieelemente kann dabei unabhängig von der Speicherung der Betriebsparameterdaten eines anderen der Batterieelemente vorgenommen werden.
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Das Batteriesystem kann mehrere Batterieelemente in Form von Batteriezellen aufweisen, sodass die durch das Batteriesystem zur Verfügung gestellte elektrische Leistung beim Entwurf des Batteriesystems an eine geforderte elektrische Leistung angepasst werden kann. Eine der Batteriezellen kann beispielsweise mit einer anderen der Batteriezellen in Reihe geschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine der Batteriezellen parallel zu einer der anderen Batteriezellen geschaltet sein.
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Da Batteriesysteme oftmals eine Vielzahl und beispielsweise mehr als einhundert Batteriezellen aufweisen können, kann es ausreichen, Betriebsparameter mehrerer Batteriezellen mit einer Messvorrichtung zu überwachen. Das Batterieelement kann also ein mehrere Batteriezellen aufweisendes Batteriemodul sein, dessen Betriebsparameter gemessen werden. Die die gemessenen Betriebsparameter repräsentierenden Betriebsparameterdaten werden in der die Betriebsparameter messenden Messvorrichtung gespeichert. Ferner kann die Messvorrichtung einen Betriebsparameter des Batteriemoduls sowie einen Betriebsparameter für jede der Batteriezellen bestimmen und als Betriebsparameterdaten speichern.
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Die Batteriezellen basieren vorzugsweise auf Lithium-Technologie und sind vorzugsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen. Das Kraftfahrzeug ist zumindest teilweise oder vollständig elektrisch antreibbar und zum Beispiel ein Hybrid- oder ein Elektro-Fahrzeug, wie etwa ein Automobil.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Batteriesystems; und
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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1 zeigt einen Teil eines Batteriesystems 1 schematisch mit einem Batterieelement 2 und einer Messvorrichtung 3, die Messsignal übertragend mit dem Batterieelement 2 verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das Batterieelement 2 ein beispielsweise fünf Batteriezellen 4 aufweisendes Batteriemodul, wobei die Batteriezellen 4 innerhalb des Batterieelements 2 beispielhaft durch Verbindungselemente 5 miteinander in Reihe geschaltet sind. Die nicht zwei der Batteriezellen 4 miteinander verbindenden Verbindungselemente 5’ können zum Anschluss weiterer Batterieelemente 2 oder zum Anschluss von Quellen oder Senken, also beispielsweise ein elektrischer Verbraucher, elektrischer Energie verwendbar sein. Das Batteriesystem 1 weist vorzugsweise mehrere Batterieelemente 2 auf.
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Die Messvorrichtung 3 ist im Ausführungsbeispiel der 1 mit einem Messsignalwandler 6 versehen, der durch Messleitungen 7 mit dem Batterieelement 2 Messsignal übertragend verbunden ist. Die Messleitungen 7 verbinden den Messsignalwandler 6 beispielsweise mit den Verbindungselementen 5, 5’, um anliegende elektrische Spannungen zu messen. Ein weiterer Sensor, etwa ein Temperatursensor 8, der an oder im Batterieelement 2 angeordnet ist und die Betriebstemperatur des Batterieelementes 2 misst, leitet ein die Temperatur repräsentierendes Messsignal über eine der Messleitungen 7 an den Messsignalwandler 6.
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Der Messsignalwandler 6 wandelt die Messsignale in Betriebsparameterdaten, beispielsweise digitale Daten, die der Messsignalwandler 6 über eine Datenleitung 9 zur Verfügung stellt. Durch die Datenleitung 9 können die in Daten gewandelten Betriebsparameter beispielsweise an das Batteriemanagementsystem ausgebbar sein. Der Messsignalwandler 6 wandelt also die gemessenen Betriebsparameter in Betriebsparameterdaten.
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Zusätzlich oder alternativ zur Datenleitung 9 weist die Messvorrichtung 3 eine Datenleitung 10 auf, welche den Messsignalwandler 6 Daten übertragend mit einem Datenspeicher 11 verbindet. Der Datenspeicher 11 ist vorzugsweise ein Bestandteil der Messvorrichtung 3 und vorzugsweise in diese integriert. Beispielsweise kann der Datenspeicher 11 auf der gleichen Leiterplatte wie der Messsignalwandler 6 oder zusammen mit dem Messsignalwandler 6 in einem Gehäuse der Messvorrichtung 3 angeordnet sein. Der Datenspeicher 11 ist vorzugsweise dimensioniert, um mehrere Betriebsparameterdaten, zum Beispiel in Datensätzen, oder sogar eine Historie der Betriebsparameter dauerhaft, also nicht flüchtig, zu speichern. Die gespeicherten Betriebsparameterdaten kann die Messvorrichtung 3 über die Datenleitung 9 ausgeben.
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Das Batterieelement 2 und die Messvorrichtung 3 können als separate Bauteile oder als eine Einheit ausgebildet vorliegen. Der Datenspeicher 11 kann in der Messvorrichtung 3 oder außerhalb der Messvorrichtung 3 und dann Daten übertragend mit der Messvorrichtung 3 angeordnet sein.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau dem Ausführungsbeispiel der 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden ist der Kürze halber lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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2 zeigt das Verfahren 20 zum Instandsetzen des Batteriesystems 1 schematisch mit mehreren beispielhaft aufeinanderfolgend dargestellten Verfahrensschritten 21 bis 26. Mit dem Verfahrensschritt 21 startet das Verfahren 20. Beispielsweise wird das Batteriesystem 1 oder das Batterieelement 2 im Schritt 21 aus einem Kraftfahrzeug ausgebaut.
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Im Verfahrensschritt 22 wird das Batterieelement 2 vom Batteriesystem 1 getrennt. Nach dem Trennen werden im Verfahrensschritt 23 Betriebsparameterdaten des getrennten Batterieelementes 2 aus dem Batteriesystem 1 entfernt. Beispielsweise können die Betriebsparameter des entfernten Batterieelementes 2 gelöscht werden. Alternativ kann der die Betriebsparameterdaten enthaltende Datenspeicher 11, womöglich mit der Messvorrichtung 3, zusammen mit dem Batterieelement 2 aus dem Batteriesystem 1 entfernt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel folgt der Verfahrensschritt 23 auf den Verfahrensschritt 22. Alternativ kann auch zunächst der Verfahrensschritt 23 auf den Verfahrensschritt 21 und der Verfahrensschritt 22 auf den Verfahrensschritt 23 folgen, insbesondere wenn die Daten gelöscht werden.
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Im nun folgenden Verfahrensschritt 24 wird ein neues Batterieelement 2, das das entfernte Batterieelement 2 ersetzen soll, dem Batteriesystem 1 hinzugefügt und beispielsweise in dieses eingebaut. Im auf den Verfahrensschritt 24 folgenden Verfahrensschritt 25 werden dem Batteriesystem 1 zum hinzugefügten Batterieelement 2 zugehörige Betriebsparameterdaten hinzugefügt. Beispielsweise können die neuen Betriebsparameterdaten in der Messvorrichtung 3, die mit dem neu hinzugefügten Batterieelement 2 Messsignal leitend verbunden oder zu verbinden ist, gespeichert werden. Alternativ kann der die Betriebsparameter des neuen Batterieelements 2 enthaltende Datenspeicher 11, gegebenenfalls zusammen mit dem Batterieelement 2 und/oder der Messvorrichtung 3, dem Batteriesystem 1 hinzugefügt werden. Wie bereits bei den Verfahrensschritten 22 und 23 kann auch zuerst der Verfahrensschritt 25 und erst danach der Verfahrensschritt 24 ausgeführt werden.
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Im nun folgenden Verfahrensschritt 26 endet das Verfahren 20. Im Verfahrensschritt 26 kann das Batteriesystem 1 beispielsweise in das Kraftfahrzeug eingebaut werden.
