DE102014213167A1 - Method for regulating an output voltage of a battery system and for carrying out the method trained battery system - Google Patents

Method for regulating an output voltage of a battery system and for carrying out the method trained battery system Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems (1) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (2), welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen (2) des Batteriesystems (1) jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem (1) zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit (5) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden und zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit (15) generiert wird und die Batteriezellen (2) mit der wenigstens einen generierten Umschaltwahrscheinlichkeit (15) den jeweiligen Schaltzustand ändern. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Batteriesystem (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen (10) und eine Regeleinheit (16), wobei die Batteriezellen (2) jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen (10) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können.The present invention relates to a method for regulating an output voltage of a battery system (1) having a plurality of battery cells (2) which are electrically connected in such a way that battery cells (2) of the battery system (1) respectively correspond to the battery system (1) according to a first switching state. are switched and electrically bridged according to a second switching state, wherein for adapting an actual output voltage (3) of the battery system (1) to a desired output voltage at least one switch-on probability (5) is generated and the battery cells (1) with the at least one generated Switch-on probability (5) the battery system (1) are switched on and additionally a switching probability (15) is generated and the battery cells (2) with the at least one generated switching probability (15) change the respective switching state. Furthermore, the present invention relates to a battery system (1) designed for carrying out the method according to the invention comprising a plurality of electrically interconnected battery cells (2), a plurality of drive circuits (10) and a control unit (16), wherein the battery cells (2) each by means of the drive circuits (10) the battery system (1) can be switched on or can be electrically bypassed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen des Batteriesystems jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden.The invention relates to a method for controlling an output voltage of a battery system having a plurality of battery cells, which are electrically connected such that battery cells of the battery system are respectively connected to the battery system according to a first switching state and are electrically bridged according to a second switching state, wherein for adapting an actual Output voltage of the battery system to a target output voltage at least one switch-on probability is generated and the battery cells are connected to the at least one generated switch-on probability the battery system.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriesystem umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen, eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen und eine Regeleinheit zur Regelung einer durch die Batteriezellen bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems, wobei den Batteriezellen jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen zugewiesen ist und die Batteriezellen jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen dem Batteriesystem zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können.Furthermore, the invention relates to a battery system comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, a plurality of drive circuits and a control unit for controlling an output voltage of the battery system provided by the battery cells, wherein the battery cells each one of the drive circuits is assigned and the battery cells each by means of the drive circuits Battery system can be switched on or can be electrically bypassed.

Stand der TechnikState of the art

Zur Erfüllung von Anforderungen an Batteriesysteme hinsichtlich deren Kapazität und/oder Leistung ist es bekannt, Batteriezellen elektrisch miteinander zu verschalten. Insbesondere ist es dabei bekannt, eine Mehrzahl von Batteriezellen elektrisch in Reihe zu einem Batteriestrang zu verschalten und diese Batteriestränge wiederum elektrisch parallel miteinander zu verschalten. Um eine geforderte Ausgangsspannung durch das Batteriesystem bereitzustellen, ist es ferner bekannt, solche Batteriestränge und/oder einzelne Batteriezellen eines Batteriesystems dem Batteriesystem zuzuschalten, sodass diese Batteriezellen einen Spannungsbeitrag zur Ausgangsspannung liefern. Ebenso ist es zur Bereitstellung einer geforderten Ausgangsspannung bekannt, Batteriezellen des Batteriesystems elektrisch zu überbrücken, um die Batteriezellen auf diese Weise von dem Batteriesystem zu trennen, sodass diese keinen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems liefern.To meet requirements of battery systems in terms of their capacity and / or performance, it is known to electrically interconnect battery cells. In particular, it is known to interconnect a plurality of battery cells electrically in series with a battery string and to connect these battery strings in turn electrically in parallel with each other. In order to provide a required output voltage through the battery system, it is also known to connect such battery strings and / or individual battery cells of a battery system to the battery system, so that these battery cells provide a voltage contribution to the output voltage. Likewise, in order to provide a required output voltage, it is known to electrically bridge battery cells of the battery system in order to disconnect the battery cells from the battery system in such a way that they do not contribute any voltage to the output voltage of the battery system.

Problematisch hierbei ist insbesondere, dass die einzelnen Batteriezellen bezüglich deren Kapazität und deren Innenwiderstand Abweichungen aufweisen, insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen, sodass die Batteriezellen üblicherweise voneinander abweichende Ladezustände aufweisen.The problem here is in particular that the individual battery cells with respect to their capacity and their internal resistance have deviations, especially for manufacturing reasons, so that the battery cells usually have divergent states of charge.

Aus den Druckschriften KR 2003-92464 , KR 2007-66293 und US 2005/053092 sind Batteriesysteme bekannt, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine vorgegebene Soll-Ausgangsspannung des Batteriesystems die einzelnen Batteriezellen zufällig ein- beziehungsweise ausgeschaltet werden und somit entweder einen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems leisten oder nicht.From the pamphlets KR 2003-92464 . KR 2007-66293 and US 2005/053092 battery systems are known which comprise a plurality of battery cells, wherein for adapting an actual output voltage of the battery system to a predetermined desired output voltage of the battery system, the individual battery cells are switched on or off randomly and thus either make a contribution to the output voltage of the battery system or not ,

Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, eine Einschaltwahrscheinlichkeit zu generieren, wobei die Batteriezellen mit dieser Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden. Ist ein Batteriesystem beispielsweise ausgebildet, eine maximale Ausgangsspannung von 400 Volt bereitzustellen, wobei sämtliche Batteriezellen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung miteinander verschaltet sind, und wird eine Soll-Ausgangsspannung von 300 Volt gefordert, so wird eine Einschaltwahrscheinlichkeit von 75 % vorgegeben, um die vorgegebene Soll-Ausgangsspannung zu erreichen.Furthermore, it is known in the prior art to generate a switch-on probability, wherein the battery cells are switched to the battery system with this switch-on probability. For example, if a battery system is designed to provide a maximum output voltage of 400 volts, with all the battery cells interconnected to provide the output voltage, and a target output voltage of 300 volts is required, a turn-on probability of 75 percent is set to achieve the predetermined target voltage. To reach output voltage.

Diese Einschaltwahrscheinlichkeit wird vorteilhafterweise über einen zentralen Kommunikations-Bus des Batteriesystems den Batteriezellen beziehungsweise entsprechenden Ansteuerungsschaltungen der Batteriezellen kommuniziert. Insbesondere ist es dabei bekannt, dass jede Batteriezelle selber einen der Batteriezelle zugeordneten Gütefaktor bestimmt, welcher beispielsweise von der Batteriezellspannung dieser Batteriezelle, der Batteriezelltemperatur und/oder dem Ladezustand der Batteriezelle (SOC, SOC: State of Charge) abhängen kann.This switch-on probability is advantageously communicated to the battery cells or corresponding drive circuits of the battery cells via a central communication bus of the battery system. In particular, it is known that each battery cell itself determines a battery cell associated quality factor, which may depend for example on the battery cell voltage of this battery cell, the battery cell temperature and / or the state of charge of the battery cell (SOC, SOC: State of charge).

Unter Berücksichtigung des Gütefaktors der Batteriezelle und der vorgegebenen Einschaltwahrscheinlichkeit werden dann Batteriezellen dem Batteriesystem zugeschaltet. Dabei wird im Mittel die Soll-Ausgangsspannung eingestellt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Fall eintreten kann, dass die Batteriezellen so geschaltet werden, dass eine große Abweichung der Ist-Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung auftritt. Dies würde dann durch die Regelung dadurch korrigiert werden, dass die Einschaltwahrscheinlichkeit entsprechend angepasst wird. Dabei kann es jedoch zu unerwünschten Ausreißern der Ist-Ausgangsspannung kommen. Würde zur Vermeidung dieser Problematik die Einschaltwahrscheinlichkeit nicht erneut vorgegeben, wäre nachteiligerweise ein autonomes Cell-Balancing nicht mehr realisiert.Taking into account the quality factor of the battery cell and the predetermined switch-on probability then battery cells are connected to the battery system. In this case, the target output voltage is set on average. A disadvantage of this method is that the case may occur that the battery cells are switched so that a large deviation of the actual output voltage from the target output voltage occurs. This would then be corrected by the regulation in that the switch-on probability is adjusted accordingly. However, this can lead to undesirable outliers of the actual output voltage. If, in order to avoid this problem, the switch-on probability would not be redefined, disadvantageously an autonomous cell balancing would no longer be realized.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Regelung der Ausgangsspannung eines Batteriesystems zu verbessern. Insbesondere soll eine verbesserte Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung eines Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung erzielt werden. Dabei sollen vorteilhafterweise starke Abweichungen der Ist-Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung vermieden werden. Ein autonomes Cell-Balancing soll dabei vorteilhafterweise weiterhin ermöglicht sein. Against this background, it is an object of the present invention to improve the regulation of the output voltage of a battery system. In particular, an improved adaptation of an actual output voltage of a Battery system can be achieved to a desired output voltage. It should advantageously be avoided strong deviations of the actual output voltage of the desired output voltage. An autonomous cell balancing should advantageously continue to be possible.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen des Batteriesystems jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, vorgeschlagen, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden, und wobei zur Anpassung der Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an die Soll-Ausgangsspannung zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit den jeweiligen Schaltzustand ändern.To achieve the object, a method for controlling an output voltage of a battery system with a plurality of battery cells, which are electrically connected such that battery cells of the battery system are respectively connected to the battery system according to a first switching state and are electrically bypassed according to a second switching state, proposed for adapting an actual output voltage of the battery system to a desired output voltage at least one switch-on probability is generated and the battery cells are switched to the battery system with the at least one generated switch-on probability, and wherein for adapting the actual output voltage of the battery system to the desired output voltage additionally a switching probability is generated and change the battery cells with the generated switching probability the respective switching state.

Die Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise diejenige Wahrscheinlichkeit, dass eine elektrisch überbrückte Batteriezelle dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll. Vorzugsweise weist die Einschaltwahrscheinlichkeit einen Wert zwischen 0 und 1 auf.The switch-on probability is advantageously the probability that an electrically bridged battery cell is to be connected to the battery system. The switch-on probability preferably has a value between 0 and 1.

Die Umschaltwahrscheinlichkeit ist vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine Batteriezelle überhaupt deren Schaltzustand ändert, also insbesondere von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand wechselt oder von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand wechselt. Dabei ist es vom Prinzip her möglich, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit ebenfalls einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann.The switchover probability is advantageously the probability that a battery cell changes its switching state at all, ie in particular changes from the first switching state to the second switching state or changes from the second switching state to the first switching state. It is possible in principle that the switching probability can also assume a value between 0 and 1.

Eine Batteriezelle des Batteriesystems ist vorteilhafterweise immer entweder dem Batteriesystem zugeschaltet oder elektrisch überbrückt, wobei die Batteriezelle durch eine Veränderung der Verschaltung, insbesondere durch Ansteuerung von Schaltelementen, von einem Schaltzustand in den anderen Schaltzustand wechseln kann, also beispielsweise von dem Schaltzustand „elektrisch überbrückt“ zu dem Schaltzustand „dem Batteriesystem zugeschaltet“ wechseln kann.A battery cell of the battery system is advantageously always either connected to the battery system or electrically bridged, the battery cell by a change in the interconnection, in particular by driving switching elements, from one switching state in the other switching state can change, so for example, from the switching state "electrically bypassed" can switch to the switching state "connected to the battery system".

Ist eine Batteriezelle des Batteriesystems dem Batteriesystem zugeschaltet, so liefert diese Batteriezelle vorteilhafterweise einen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems. Beim Laden des Batteriesystems werden dem Batteriesystem zugeschaltete Batteriezellen zudem vorteilhafterweise nachgeladen.If a battery cell of the battery system is connected to the battery system, this battery cell advantageously provides a voltage contribution to the output voltage of the battery system. When charging the battery system, battery cells connected to the battery system are also advantageously recharged.

Ist eine Batteriezelle des Batteriesystems elektrisch überbrückt, so liefert diese Batteriezelle vorteilhafterweise keinen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems. Beim Laden des Batteriesystems werden elektrisch überbrückte Batteriezellen zudem vorteilhafterweise nicht nachgeladen.If a battery cell of the battery system is electrically bridged, this battery cell advantageously provides no voltage contribution to the output voltage of the battery system. When charging the battery system electrically bridged battery cells are also advantageously not recharged.

Durch die Generierung einer Umschaltwahrscheinlichkeit zusätzlich zu der Einschaltwahrscheinlichkeit und der zentralen Übertragung dieser Umschaltwahrscheinlichkeit und der Einschaltwahrscheinlichkeit an die Batteriezellen eines Batteriesystems werden Abweichungen zwischen der Ist-Ausgangsspannung und der Soll-Ausgangsspannung vorteilhafterweise reduziert. By generating a switching probability in addition to the switch-on probability and the central transmission of this switching probability and the switch-on probability to the battery cells of a battery system deviations between the actual output voltage and the target output voltage are advantageously reduced.

Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei geringen Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung kleine Werte aufweist, sodass quasi die Bereitschaft einer Batteriezelle deren Schaltzustand zu ändern geringer ist und starke Abweichungen von dem Soll-Wert bei Vorgabe einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeit somit vorteilhafterweise vermieden werden. Geringe Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung sind dabei insbesondere Abweichungen um weniger als sieben Prozent.For this purpose, it is provided in particular that the switching probability with small deviations between the actual output voltage and nominal output voltage has small values, so that virtually the readiness of a battery cell to change its switching state is lower and thus strong deviations from the desired value when specifying a new switch-on probability advantageously be avoided. Small deviations between the actual output voltage and the desired output voltage are in particular deviations of less than seven percent.

Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei großen Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung große Werte aufweist, sodass quasi die Bereitschaft einer Batteriezelle deren Schaltzustand zu ändern größer ist und somit vorteilhafterweise eine schnellere und bessere Anpassung der Ist-Ausgangsspannung an die Soll-Ausgangsspannung bei Vorgabe einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeit somit erzielt werden kann. Große Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung sind dabei insbesondere Abweichungen um mehr als zwanzig Prozent.Furthermore, it is provided in particular that the switching probability has large values for large deviations between the actual output voltage and the desired output voltage, so that the readiness of a battery cell to change its switching state is greater, and thus advantageously a faster and better adaptation of the actual output voltage to the Target output voltage can thus be achieved when setting a new switch-on probability. Large deviations between the actual output voltage and the desired output voltage are in particular deviations of more than twenty percent.

Vorteilhafterweise hängt die Änderung des Schaltzustandes nach wie vor von dem von der jeweiligen Batteriezelle bestimmten Gütefaktor ab, wobei die Bestimmung des Gütefaktors insbesondere wie im Stand der Technik bekannt erfolgt. Der Gütefaktor kann dabei insbesondere von dem Ladezustand der Batteriezelle und/oder der Batteriezelltemperatur der Batteriezelle und/oder der Batteriezellspannung der Batteriezelle abhängen.Advantageously, the change in the switching state still depends on the quality factor determined by the respective battery cell, the determination of the quality factor taking place in particular as known in the prior art. The quality factor may in particular depend on the state of charge of the battery cell and / or the battery cell temperature of the battery cell and / or the battery cell voltage of the battery cell.

Durch die Vorgabe von Einschaltwahrscheinlichkeit und Umschaltwahrscheinlichkeit bei Berücksichtigung des jeweiligen Gütefaktors der jeweiligen Batteriezelle ist vorteilhafterweise ein autonomes Cell-Balancing ermöglicht, vorteilhafterweise unter Vermeidung des Auftretens von großen Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung. By specifying the switch-on probability and switchover probability taking into account the respective quality factor of the respective battery cell, autonomous cell balancing is advantageously made possible, advantageously while avoiding the occurrence of large deviations between the actual output voltage and the desired output voltage.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder die wenigstens eine Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung generiert werden, vorzugsweise als Funktion der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung. In particular, it is provided that the at least one switch-on probability and / or the at least one switchover probability are generated as a function of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage, preferably as a function of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung generiert. Das heißt, dass es bei dieser Ausgestaltung für die Größe der zu generierenden Umschaltwahrscheinlichkeit ohne Bedeutung ist, ob die Ist-Ausgangsspannung größer oder kleiner ist als die Soll-Ausgangsspannung.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the switching probability is generated as a function of the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage. This means that it is irrelevant in this embodiment for the size of the switching probability to be generated, whether the actual output voltage is greater or less than the desired output voltage.

Besonders bevorzugt wird die Umschaltwahrscheinlichkeit proportional zu dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung generiert. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die Größe der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit linear ansteigend zu einer Zunahme des Betrags der Differenz aus Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung verhält.Particularly preferably, the switching probability is generated in proportion to the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage. In particular, it is provided that the magnitude of the generated switchover probability increases linearly in relation to an increase in the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage.

Vorteilhafterweise ist die Umschaltwahrscheinlichkeit größer als null. Das heißt, dass stets eine von 0 verschiedene Umschaltwahrscheinlichkeit generiert wird, sodass ein Umschalten der Batteriezellen zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand grundsätzlich stets ermöglicht ist, wenn auch gegebenenfalls die Wahrscheinlichkeit für ein solches Umschalten gering ist. Somit ist vorteilhafterweise auch ein autonomes Cell-Balancing, insbesondere unter Berücksichtigung des Gütefaktors der jeweiligen Batteriezelle, weiterhin ermöglicht. Advantageously, the switching probability is greater than zero. This means that a switching probability other than 0 is always generated, so that a switchover of the battery cells between the first switching state and the second switching state is always possible, even if the probability for such a switching is possibly low. Thus, an autonomous cell balancing, in particular taking into account the quality factor of the respective battery cell, is advantageously also possible.

Bei einer Generierung der Umschaltwahrscheinlichkeit basierend auf einer Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion, insbesondere einer linearen Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion, weist die Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion vorteilhafterweise einen vorgegebenen Offset bei Übereinstimmung von Ist-Ausgangsspannung mit Soll-Ausgangsspannung auf. Dieser Offset kann insbesondere einen Wert zwischen 0,001 und 0,01 aufweisen. Die Umschaltwahrscheinlichkeit ist dann vorteilhafterweise immer wenigstens so groß, wie der vorgegebene Offset.In a generation of the switching probability based on a switching probability function, in particular a linear switching probability function, the switching probability function advantageously has a predetermined offset when the actual output voltage matches the desired output voltage. In particular, this offset can have a value between 0.001 and 0.01. The switching probability is then advantageously always at least as large as the predetermined offset.

Als weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit und/oder eine Zunahme der Umschaltwahrscheinlichkeit begrenzt wird, wenn der Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung einen vordefinierten Wert überschreitet. Vorteilhafterweise ist der Wert als absoluter Wert, beispielsweise als ein Wert von 20 Volt oder mehr, und/oder als relativer Wert, beispielsweise als Abweichung um mehr als 15 %, vordefiniert. Wird dieser vordefinierte Wert überschritten, so ist als eine Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass die generierte Umschaltwahrscheinlichkeit auf einem Maximalwert begrenzt ist, insbesondere einen Wert zwischen 0,6 und 0,9. Als weitere Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei einem Überschreiten des vordefinierten Wertes zwar weiterhin mit weiter zunehmenden Betragswerten der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung ansteigt, allerdings weniger stark als bei Betragswerten, die kleiner sind, als der vordefinierte Wert.As a further particularly advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the switching probability and / or an increase in the switching probability is limited when the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage exceeds a predefined value. Advantageously, the value is predefined as an absolute value, for example as a value of 20 volts or more, and / or as a relative value, for example as a deviation of more than 15%. If this predefined value is exceeded, it is provided as an embodiment variant that the generated switching probability is limited to a maximum value, in particular a value between 0.6 and 0.9. As a further embodiment variant, it is provided that the switchover probability, when the predefined value is exceeded, continues to increase with further increasing magnitude values of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage, but less strongly than in the case of magnitude values that are smaller than the predefined value ,

Zwar können zur Generierung der Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder der Umschaltwahrscheinlichkeit diverse bekannte Reglertypen, wie Regler mit D-Anteilen, eingesetzt werden. Bevorzugt vorgesehen ist allerdings, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit mittels eines I-Reglers oder eines PI-Reglers generiert wird. Die Umschaltwahrscheinlichkeit wird vorzugsweise mittels eines P-Reglers generiert.Although various known types of controllers, such as controllers with D components, can be used to generate the switch-on probability and / or the switchover probability. However, it is preferably provided that the at least one switch-on probability is generated by means of an I controller or a PI controller. The switching probability is preferably generated by means of a P-controller.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Zuschalten der Batteriezellen zu dem Batteriesystem für jede Batteriezelle entweder mit positiver Polarität oder mit negativer Polarität erfolgen kann, wobei zur Anpassung der Ist-Ausgangsspannung an die Soll-Ausgangsspannung eine positive Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten positiven Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem mit positiver Polarität zugeschaltet werden und/oder eine negative Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten negativen Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem mit negativer Polarität zugeschaltet werden. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Batteriezellen in einer Vollbrücken-Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind. According to a further advantageous embodiment variant of the method according to the invention, it is provided that the connection of the battery cells to the battery system for each battery cell can take place either with positive polarity or with negative polarity, wherein for adapting the actual output voltage to the desired output voltage, a positive switch-on probability is generated and the battery cells with the generated positive switch-on probability are connected to the battery system with positive polarity and / or a negative switch-on probability is generated and the battery cells with the generated negative switch-on probability are connected to the battery system with negative polarity. In particular, it is provided that the battery cells are connected in a full-bridge configuration to a battery string of the battery system.

Die positive Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine überbrückte Batteriezelle mit positiver Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll. The positive switch-on probability is advantageously the probability that a bridged battery cell with positive polarity should be connected to the battery system.

Die negative Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine überbrückte Zelle mit negativer Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll. The negative switch-on probability is advantageously the probability that a bridged cell with negative polarity should be connected to the battery system.

Die positive Einschaltwahrscheinlichkeit weist dabei vorzugsweise ein positives Vorzeichen auf, die negative Einschaltwahrscheinlichkeit vorzugsweise ein negatives Vorzeichen. The positive switch-on probability preferably has a positive sign, the negative switch-on probability preferably a negative sign.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriesystem umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen, eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen und eine Regeleinheit zur Regelung einer durch die Batteriezellen bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems vorgeschlagen, wobei den Batteriezellen jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen zugewiesen ist und die Batteriezellen jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen dem Batteriesystem zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können, wobei das Batteriesystem vorteilhafterweise ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. To achieve the object mentioned above, a battery system comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, a plurality of drive circuits and a control unit for controlling an output voltage of the battery system provided by the battery cells is proposed, wherein the battery cells are each assigned one of the drive circuits and the battery cells can each be connected to the battery system by means of the driving circuits or can be electrically bridged, wherein the battery system is advantageously designed to carry out a method according to the invention.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem ein zur Bereitstellung der für den Betrieb eines Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie ausgebildetes Batteriesystem ist. Die Batteriezellen sind dabei vorteilhafterweise sekundäre Batteriezellen, das heißt nachladbare Akkumulatorzellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen. In particular, it is provided that the battery system is a battery system designed to provide the electrical energy required for the operation of a hybrid, plug-in hybrid or electric vehicle. The battery cells are advantageously secondary battery cells, that is, rechargeable battery cells, preferably lithium-ion cells.

Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang aufweist, wobei ein Batteriestrang vorteilhafterweise jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst. Vorzugsweise weist das Batteriesystem mehrere Batteriestränge auf, wobei die Batteriestränge vorteilhafterweise elektrisch parallel geschaltet sind. In particular, it is provided that the battery system has at least one battery string, wherein a battery string advantageously each comprises a plurality of battery cells. Preferably, the battery system has a plurality of battery strings, wherein the battery strings are advantageously connected in parallel electrically.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang umfasst, wobei die Batteriezellen jeweils in einer Halbbrücken-Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind. According to a particularly advantageous embodiment of the battery system according to the invention it is provided that the battery system comprises at least one battery string, wherein the battery cells are each connected in a half-bridge configuration to a battery string of the battery system.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems sieht vor, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang umfasst, wobei die Batteriezellen jeweils in einer Vollbrücken-Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind. Durch die Vollbrücken-Konfiguration ist eine Batteriezelle des Batteriesystems vorteilhafterweise jeweils derart elektrisch verschaltet, dass mittels der zugehörigen Schaltelemente diese Batteriezelle dem Batteriesystem mit positiver Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden kann, mit negativer Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden kann und elektrisch überbrückt werden kann, wobei die Batteriezellen vorteilhafterweise – bis auf den Schaltmoment als solchen – sich in einem dieser Schaltzustände befindet. Another particularly advantageous embodiment of the battery system according to the invention provides that the battery system comprises at least one battery string, wherein the battery cells are each connected in a full-bridge configuration to a battery string of the battery system. Due to the full bridge configuration, a battery cell of the battery system is advantageously electrically connected in each case such that the battery cell can be connected to the battery system with positive polarity of the battery system by means of the associated switching elements can be connected to the battery system with negative polarity and can be electrically bridged, the Battery cells advantageously - except for the switching torque as such - is in one of these switching states.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass die einer Batteriezelle zugewiesene Ansteuerungsschaltung wenigstens ein Schaltelement, wenigstens einen Treiber, wenigstens eine Mikrocontrollerschaltung und wenigstens eine Schnittstelle umfasst. Die Mikrocontrollerschaltung ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, über die wenigstens eine Schnittstelle die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit zu empfangen. Vorteilhafterweise ist die Mikrocontrollerschaltung darüber hinaus ausgebildet, basierend auf der wenigstens einen Einschaltwahrscheinlichkeit und der Umschaltwahrscheinlichkeit ein Ansteuersignal zu erzeugen. Dieses Ansteuersignal wird vorteilhafterweise an den wenigstens einen Treiber übertragen. Der Treiber ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erzeugten Ansteuersignal das wenigstens eine Schaltelement zu schalten. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Schaltelement ein Transistor ist, vorzugsweise ein MOSFET (MOSFET: metal oxide semiconductor field-effect transistor). Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass das Batteriesystem ein Bus-System umfasst, vorzugsweise einen CAN-Bus (CAN: Controller Area Network), über welchen jeweils die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit an die Batteriezellen übertragen wird, vorzugsweise zentral übertragen wird.According to a further particularly advantageous embodiment of the battery system according to the invention, it is provided that the drive circuit assigned to a battery cell comprises at least one switching element, at least one driver, at least one microcontroller circuit and at least one interface. The microcontroller circuit is advantageously designed to receive the at least one switch-on probability and the switching probability via the at least one interface. Advantageously, the microcontroller circuit is furthermore designed to generate a drive signal based on the at least one switch-on probability and the switchover probability. This drive signal is advantageously transmitted to the at least one driver. The driver is advantageously designed to switch the at least one switching element as a function of the generated drive signal. In particular, it is provided that the switching element is a transistor, preferably a MOSFET (MOSFET: metal oxide semiconductor field-effect transistor). In particular, it is further provided that the battery system comprises a bus system, preferably a CAN bus (CAN: Controller Area Network), via which in each case the at least one switch-on probability and the switching probability is transmitted to the battery cells, preferably centrally transmitted.

Vorteilhafterweise umfasst das Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem. Das Batteriemanagementsystem umfasst dabei vorzugsweise die Regeleinheit. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Regeleinheit des Batteriemanagementsystems, vorzugsweise die Battery Control Unit (BCU) ausgebildet ist, die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit zu generieren. Der Regeleinheit werden dabei insbesondere die Ist-Ausgangsspannung und die Soll-Ausgangsspannung zugeführt. In Abhängigkeit der Differenz der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung wird dabei vorteilhafterweise aus einer Einschaltwahrscheinlichkeitsfunktion die wenigstens eine Eingangswahrscheinlichkeit und/oder aus einer Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion die Umschaltwahrscheinlichkeit generiert. Die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit sind dabei vorteilhafterweise die Stellgrößen der Regelung der Ausgangsspannung.Advantageously, the battery system comprises a battery management system. The battery management system preferably comprises the control unit. In particular, it is provided that a control unit of the battery management system, preferably the Battery Control Unit (BCU) is designed to generate the at least one switch-on probability and / or the switching probability. The control unit in particular the actual output voltage and the target output voltage are supplied. Depending on the difference between the desired output voltage and the actual output voltage, the at least one input probability and / or from a switching probability function is advantageously made of a switch-on probability function Switchover probability generated. The at least one switch-on probability and the switching probability are advantageously the control variables of the regulation of the output voltage.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:Further advantageous details, features and design details of the invention are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments illustrated in the figures. Showing:

1 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem; 1 in a simplified schematic representation of an embodiment of a battery system according to the invention;

2 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem; 2 in a simplified schematic representation of another embodiment of a battery system according to the invention;

3 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Einschaltwahrscheinlichkeit und einer Umschaltwahrscheinlichkeit; 3 in a schematic representation of an embodiment of a generation of a switch-on probability and a switching probability;

4 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Einschaltwahrscheinlichkeit und einer Umschaltwahrscheinlichkeit; und 4 in a schematic representation of another embodiment for generating a switch-on probability and a switching probability; and

5 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung 5 in a schematic representation of an embodiment of a generation of a switching probability as a function of the amount of the difference of the desired output voltage and the actual output voltage

Das in 1 dargestellte Batteriesystem 1 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen 2, wobei aus Gründen der besseren Übersicht lediglich eine Batteriezelle 2 mit einer der Batteriezelle 2 zugeordneten Ansteuerungsschaltung 10 dargestellt ist. Diese Anordnung von Batteriezelle 2 mit Ansteuerungsschaltung 10 wiederholt sich dabei mehrfach, wie durch die Punktierungen bei dem Batteriesystem 1 symbolisch dargestellt ist.This in 1 illustrated battery system 1 includes a plurality of electrically interconnected battery cells 2 , For reasons of better overview, only a battery cell 2 with one of the battery cell 2 associated drive circuit 10 is shown. This arrangement of battery cell 2 with drive circuit 10 Repeats several times, as by the punctures in the battery system 1 is shown symbolically.

Die Batteriezellen 2 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Halbbrücken-Konfiguration 7 über den Batteriestrang 6 dem Batteriesystem 1 zuschaltbar beziehungsweise elektrisch überbrückbar. Dies hängt dabei von der Schalterstellung der Schaltelemente 14 ab. Die Schaltelemente 14 werden dabei durch die der jeweiligen Batteriezelle 2 zugeordnete Ansteuerungsschaltung 10 angesteuert. Das Schaltelement 14 kann dabei insbesondere durch Transistoren realisiert sein. Die einer Batteriezelle 2 jeweils zugeordnete Ansteuerungsschaltung 10 umfasst dabei eine Schnittstelle 11, eine Mikrocontrollerschaltung 12 und einen Treiber 13.The battery cells 2 are at the in 1 illustrated embodiment in a half-bridge configuration 7 over the battery string 6 the battery system 1 switchable or electrically bridged. This depends on the switch position of the switching elements 14 from. The switching elements 14 are doing by the respective battery cell 2 associated drive circuit 10 driven. The switching element 14 can be realized in particular by transistors. The one battery cell 2 respectively associated drive circuit 10 includes an interface 11 , a microcontroller circuit 12 and a driver 13 ,

Das Batteriesystem 1 umfasst ferner eine Regeleinheit 16, wobei vorteilhafterweise die Battery Control Unit des Batteriesystems 1 als Regeleinheit ausgebildet ist. Der Regeleinheit 16 wird dabei die Ist-Ausgangsspannung 3 des Batteriesystems 1 als Eingangsgröße zugeführt. Die Regeleinheit 16 ist dabei ausgebildet in Abhängigkeit der Ist-Ausgangsspannung 3 und der vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung eine Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und eine Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zu generieren. Die Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 werden dabei über einen Kommunikationsbus des Batteriesystems 1 an die Ansteuerungsschaltung 10 übertragen. The battery system 1 further comprises a control unit 16 , wherein advantageously the battery control unit of the battery system 1 is designed as a control unit. The control unit 16 becomes the actual output voltage 3 of the battery system 1 supplied as input. The control unit 16 is designed as a function of the actual output voltage 3 and the predetermined target output voltage a switch-on probability 5 and a switching probability 15 to generate. The switch-on probability 5 and the switching probability 15 are doing over a communication bus of the battery system 1 to the drive circuit 10 transfer.

Über die Schnittstelle 11 werden dabei die Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit an die Mikrocontrollerschaltung 12 übertragen. Vorteilhafterweise ist die Mikrocontrollerschaltung 12 ausgebildet, einen der Batteriezelle 2 zugeordneten Gütefaktor zu bestimmen. In die Bestimmung dieses Gütefaktors fließen insbesondere Batteriezellparameter ein, wie insbesondere die Batteriezellspannung, die Batteriezelltemperatur und der Ladezustand der Batteriezelle. Ein guter Batteriezellzustand führt dabei zu einem hohen Gütefaktor, ein schlechter Batteriezellzustand zu einem niedrigen Gütefaktor.About the interface 11 In this case, the switch-on probability and the switching probability are transmitted to the microcontroller circuit 12 transfer. Advantageously, the microcontroller circuit is 12 trained, one of the battery cell 2 to determine the associated quality factor. In particular, battery cell parameters flow into the determination of this quality factor, in particular the battery cell voltage, the battery cell temperature and the state of charge of the battery cell. A good battery cell state leads to a high quality factor, a poor battery cell state to a low quality factor.

Die Mikrocontrollerschaltung 12 ist ferner ausgebildet, basierend auf der empfangenen Einschaltwahrscheinlichkeit 5, der empfangenen Umschaltwahrscheinlichkeit 15 und dem der Batteriezelle 2 zugeordneten Gütefaktor zu bestimmen, ob der Schaltzustand der Batteriezelle 2 geändert wird, also die Batteriezelle 2 dem Batteriesystem 1 zugeschaltet werden soll oder elektrisch überbrückt werden soll. Ist der Gütefaktor hoch, so begünstigt dies ein Zuschalten der Batteriezelle 2 zu dem Batteriesystem 1. Ist der Gütefaktor niedrig, so begünstigt dies ein Überbrücken der Batteriezelle 2. Die Mikrocontrollerschaltung 12 sendet dabei zum Überbrücken der Batteriezelle 2 beziehungsweise zum Zuschalten der Batteriezelle 2 zu dem Batteriesystem 1 ein entsprechendes Schaltsignal an den Treiber 13, welcher dann die Schaltelemente 14 entsprechend schaltet.The microcontroller circuit 12 is further configured based on the received switch-on probability 5 , the received switching probability 15 and the battery cell 2 assigned quality factor to determine whether the switching state of the battery cell 2 is changed, so the battery cell 2 the battery system 1 should be switched or electrically bridged. If the quality factor is high, this favors a connection of the battery cell 2 to the battery system 1 , If the quality factor is low, this favors bridging the battery cell 2 , The microcontroller circuit 12 sends to bridge the battery cell 2 or for connecting the battery cell 2 to the battery system 1 a corresponding switching signal to the driver 13 , which then the switching elements 14 switches accordingly.

Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 ist dabei vorteilhafterweise proportional zu dem Betrag der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert der Batterieausgangsspannung. Damit wird für den Fall, dass die gewünschte Soll-Ausgangsspannung erreicht ist, die Umschaltwahrscheinlichkeit auf ein Minimum reduziert, sodass nur wenige Batteriezellen überhaupt umschalten. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass es mit einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeitsvorgabe zu einem Zustand kommt, in dem die Abweichung der Ist-Ausgangsspannung 3 von der Soll-Ausgangsspannung extrem hoch wird.The switching probability 15 is advantageously proportional to the amount of deviation between the actual and setpoint of the battery output voltage. Thus, in the event that the desired target output voltage is reached, the switching probability is reduced to a minimum, so that only a few battery cells ever switch. As a result, it is advantageously prevented that a new switch-on probability specification leads to a state in which the deviation of the actual output voltage occurs 3 becomes extremely high from the target output voltage.

2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des in 1 gezeigten und im Zusammenhang mit 1 erläuterten Batteriesystems 1. Die Batteriezellen 2 des Batteriesystems 1 sind dabei im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Vollbrücken-Konfiguration 8 an dem Batteriestrang 6 angeschlossen. Durch die Vollbrücken-Konfiguration 8 können die Batteriezellen 2 vorteilhafterweise entweder mit negativer Polarität oder mit positiver Polarität dem Batteriesystem 1 zugeschaltet werden. Hierbei können Batteriezellen 2 mit negativer Polarität vorteilhafterweise durch die Batteriezellen 2 mit positiver Polarität geladen werden, wodurch vorteilhafterweise ein autonomes Cell-Balancing weiter verbessert durchführbar ist. Zudem können die Batteriezellen 2 elektrisch überbrückt werden. Die Regeleinheit 16 ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet eine Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und eine Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zu generieren, welche an die einer jeweiligen Batteriezelle 2 zugeordneten Ansteuerungsschaltung 10 übertragen werden. 2 shows an advantageous embodiment variant of in 1 shown and related to 1 explained battery system 1 , The battery cells 2 of the battery system 1 are in contrast to the in 1 illustrated embodiment of a full bridge configuration 8th on the battery string 6 connected. Through the full bridge configuration 8th can the battery cells 2 advantageously with either negative polarity or positive polarity to the battery system 1 be switched on. This can be battery cells 2 with negative polarity advantageously by the battery cells 2 be charged with positive polarity, which advantageously further autonomous cell balancing is feasible. In addition, the battery cells can 2 be electrically bridged. The control unit 16 is advantageously formed a switch-on probability 5 and a switching probability 15 to generate, which to a respective battery cell 2 associated drive circuit 10 be transmitted.

Gemäß einer vorteilhaften nicht dargestellten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Batteriezellen eines Batteriesystems in einer Halbbrücken-Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen ist und eine weitere Anzahl von Batteriezellen dieses Batteriesystems in einer Vollbrücken-Konfiguration an einen Batteriestrang dieses Batteriesystems angeschlossen ist.According to an advantageous embodiment, not shown, it can be provided that a number of battery cells of a battery system is connected in a half-bridge configuration to a battery string of the battery system and a further number of battery cells of this battery system is connected in a full-bridge configuration to a battery string of this battery system.

3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine Realisierung der Regeleinheit 16. Mittels einer Summiereinheit 17 wird die Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 gebildet. Anhand der Differenz aus Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 wird die Einschaltwahrscheinlichkeit 5 mittels eines ersten Reglers 18, vorzugsweise mittels eines I- oder PI-Reglers, generiert. Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 wird anhand eines zweiten Reglers 19, vorzugsweise eines Proportional-Reglers, aus der Differenz der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 generiert. 3 shows a schematic representation of an advantageous embodiment of an implementation of the control unit 16 , By means of a summation unit 17 becomes the difference from the target output voltage 4 and the actual output voltage 3 educated. Based on the difference between the setpoint output voltage 4 and the actual output voltage 3 is the turn-on probability 5 by means of a first regulator 18 , preferably by means of an I or PI controller generated. The switching probability 15 is based on a second regulator 19 , preferably a proportional controller, from the difference of the desired output voltage 4 and the actual output voltage 3 generated.

Gemäß einer in 4 dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass zur Generierung der Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zunächst mittels eines Betragswertbilders 20 der Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 gebildet wird. Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 wird dann mittels des zweiten Reglers 19 proportional zu dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 generiert.According to a in 4 illustrated advantageous embodiment variant is provided that for generating the switching probability 15 first by means of a magnitude value images 20 the amount of the difference from the target output voltage 4 and the actual output voltage 3 is formed. The switching probability 15 is then using the second controller 19 proportional to the amount of the difference from the desired output voltage 4 and the actual output voltage 3 generated.

In 5 ist eine besonders vorteilhafte Kennlinie als Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion PUM (|ΔU|) zur Generierung der Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag |ΔU| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung dargestellt. Auf der x-Achse 21 des dargestellten Koordinatensystems ist dabei der Betrag |ΔU| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung aufgetragen. Auf der y-Achse 22 des dargestellten Koordinatensystems ist entsprechend der jeweilige Wert für die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM aufgetragen. Für Werte von |ΔU|, die in dem Intervall [0, |ΔU|G] liegen, verläuft die in 5 dargestellte vorteilhafte Kennlinie linear. Die Kennlinie weist dabei einen Offset 23 auf, welcher insbesondere bei einer nur geringen Abweichung der Ist-Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung, also bei |ΔU| ≈ 0, sicherstellt, dass eine gewisse Umschaltwahrscheinlichkeit PUM bestehen bleibt, sodass insbesondere „schwache“ Batteriezellen, also insbesondere Batteriezellen mit einem geringen Gütefaktor, sich trotzdem abschalten können und somit ein aktives Cell-Balancing weiterhin ermöglicht wird. Bei |ΔU| = 0 weist die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM dabei den Wert PUM min auf, wobei PUM min insbesondere einen Wert zwischen 0,001 und 0,01 aufweisen kann. Es sind aber insbesondere auch größere Werte für PUMmin denkbar.In 5 is a particularly advantageous characteristic curve as switching probability function P UM (| ΔU |) for generating the switching probability as a function of the amount | ΔU | the difference between the target output voltage and the actual output voltage shown. On the x-axis 21 of the illustrated coordinate system is the amount | ΔU | the difference between the desired output voltage and the actual output voltage applied. On the y-axis 22 the coordinate system shown is plotted according to the respective value for the switching probability P UM . For values of | ΔU | that occur in the interval [0, | ΔU | G ], the in 5 illustrated advantageous characteristic linear. The characteristic curve has an offset 23 on, which in particular with only a small deviation of the actual output voltage from the target output voltage, ie at | ΔU | ≈ 0, ensures that a certain switching probability remains P UM , so that in particular "weak" battery cells, ie in particular battery cells with a low quality factor, can still switch off and thus an active cell balancing is still possible. With | ΔU | = 0, the switching probability P UM has the value P UM min , where P UM min may in particular have a value between 0.001 and 0.01. But in particular also larger values for P UMmin are conceivable.

Die in 5 dargestellte Kennlinie ist darüber hinaus derart beschaffen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM auf einen Wert PUMmax begrenzt wird, wenn der Betrag |ΔU| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung einen vordefinierten Wert |ΔU|G überschreitet. Die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM steigt dann vorteilhafterweise auch bei größer werdendem Betrag |ΔU| nicht weiter an. PUM max kann dabei insbesondere einen Wert zwischen 0,6 und 0,9 aufweisen.In the 5 In addition, the characteristic curve shown is such that the switching probability P UM is limited to a value P UMmax if the magnitude | ΔU | the difference between the target output voltage and the actual output voltage has a predefined value | ΔU | G exceeds. The switching probability P UM then advantageously increases even as the amount | ΔU | increases not further. P UM max can in particular have a value between 0.6 and 0.9.

Gemäß einer weiteren in 5 nicht dargestellten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Kennlinie PUM (|ΔU|) auch für Werte größer |ΔU|G weiter ansteigt, vorteilhafterweise allerdings deutlich geringer als in dem Intervall [0, |ΔU|G]. Die Abhängigkeit der Umschaltwahrscheinlichkeit PUM für |ΔU| größer |ΔU|G ist dabei vorteilhafterweise gering.According to another in 5 Not shown embodiment variant is provided that the characteristic P UM (| ΔU |) also for values greater | ΔU | G continues to rise, but advantageously much less than in the interval [0, | ΔU | G ]. The dependence of the switching probability P UM on | ΔU | greater | ΔU | G is advantageously low.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The exemplary embodiments illustrated in the figures and explained in connection therewith serve to explain the invention and are not restrictive of it.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • KR 2003-92464 [0005] KR 2003-92464 [0005]
  • KR 2007-66293 [0005] KR 2007-66293 [0005]
  • US 2005/053092 [0005] US 2005/053092 [0005]

Claims (11)

Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems (1) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (2), welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen (2) des Batteriesystems (1) jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem (1) zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an eine Soll-Ausgangsspannung (4) wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit (5) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an die Soll-Ausgangsspannung (4) zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit (15) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit (15) den jeweiligen Schaltzustand ändern.Method for regulating an output voltage of a battery system ( 1 ) with a plurality of battery cells ( 2 ), which are electrically connected such that battery cells ( 2 ) of the battery system ( 1 ) in each case according to a first switching state of the battery system ( 1 ) are switched on and electrically bridged according to a second switching state, wherein for adapting an actual output voltage ( 3 ) of the battery system ( 1 ) to a desired output voltage ( 4 ) at least one switch-on probability ( 5 ) and the battery cells ( 1 ) with the at least one generated switch-on probability ( 5 ) the battery system ( 1 ), characterized in that for adapting the actual output voltage ( 3 ) of the battery system ( 1 ) to the desired output voltage ( 4 ) additionally a switching probability ( 15 ) and the battery cells ( 1 ) with the generated switching probability ( 15 ) change the respective switching state. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) in Abhängigkeit von der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) generiert werden.Method according to Claim 1, characterized in that the at least one switch-on probability ( 5 ) and / or the switching probability ( 15 ) as a function of the difference from the desired output voltage ( 4 ) and the actual output voltage ( 3 ) to be generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) generiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching probability ( 15 ) in dependence on the amount of the difference from the desired output voltage ( 4 ) and the actual output voltage ( 3 ) is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) proportional zu dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) generiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching probability ( 15 ) proportional to the amount of the difference from the desired output voltage ( 4 ) and the actual output voltage ( 3 ) is generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) größer als null ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching probability ( 15 ) is greater than zero. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) und/oder eine Zunahme der Umschaltwahrscheinlichkeit (15) begrenzt wird, wenn der Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) einen vordefinierten Wert überschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching probability ( 15 ) and / or an increase in the switching probability ( 15 ) is limited when the amount of the difference from the target output voltage ( 4 ) and the actual output voltage ( 3 ) exceeds a predefined value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) mittels eines I-Reglers oder eines PI-Reglers generiert wird und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) mittels eines P-Reglers generiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one switch-on probability ( 5 ) is generated by means of an I-controller or a PI-controller and / or the switching probability ( 15 ) is generated by means of a P-controller. Batteriesystem (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen (10) und eine Regeleinheit (16) zur Regelung einer durch die Batteriezellen (2) bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems (1), wobei den Batteriezellen (2) jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen (10) zugewiesen ist und die Batteriezellen (2) jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen (10) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.Battery system ( 1 ) comprising a plurality of electrically interconnected battery cells ( 2 ), a plurality of drive circuits ( 10 ) and a control unit ( 16 ) for controlling a through the battery cells ( 2 ) provided output voltage of the battery system ( 1 ), whereby the battery cells ( 2 ) each one of the drive circuits ( 10 ) and the battery cells ( 2 ) each by means of the drive circuits ( 10 ) the battery system ( 1 ) can be switched on or electrically bridged, characterized in that the battery system ( 1 ) is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 7. Batteriesystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) wenigstens einen Batteriestrang (6) umfasst, wobei die Batteriezellen (2) jeweils in einer Halbbrücken-Konfiguration (7) an einen Batteriestrang (6) des Batteriesystems (1) angeschlossen sind. Battery system ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the battery system ( 1 ) at least one battery string ( 6 ), wherein the battery cells ( 2 ) each in a half-bridge configuration ( 7 ) to a battery string ( 6 ) of the battery system ( 1 ) are connected. Batteriesystem (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) wenigstens einen Batteriestrang (6) umfasst, wobei die Batteriezellen (2) jeweils in einer Vollbrücken-Konfiguration (8) an einen Batteriestrang (6) des Batteriesystems (1) angeschlossen sind.Battery system ( 1 ) according to claim 8 or claim 9, characterized in that the battery system ( 1 ) at least one battery string ( 6 ), wherein the battery cells ( 2 ) each in a full-bridge configuration ( 8th ) to a battery string ( 6 ) of the battery system ( 1 ) are connected. Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Batteriezelle (2) zugewiesene Ansteuerungsschaltung (10) wenigstens ein Schaltelement (14), wenigstens einen Treiber (13), wenigstens eine Mikrocontrollerschaltung (12) und wenigstens eine Schnittstelle (11) umfasst, wobei die Mikrocontrollerschaltung (12) ausgebildet ist, über die wenigstens eine Schnittstelle (11) die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit zu empfangen und darauf basierend ein Ansteuersignal zu erzeugen, und wobei der Treiber (13) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erzeugten Ansteuersignal das wenigstens eine Schaltelement (14) zu schalten.Battery system ( 1 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the one battery cell ( 2 ) assigned drive circuit ( 10 ) at least one switching element ( 14 ), at least one driver ( 13 ), at least one microcontroller circuit ( 12 ) and at least one interface ( 11 ), wherein the microcontroller circuit ( 12 ) is formed, via the at least one interface ( 11 ) receive the at least one switch-on probability and the switching probability and generate a drive signal based thereon, and wherein the driver ( 13 ) is formed, in dependence on the generated drive signal, the at least one switching element ( 14 ) to switch.
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