DE102022213355A1 - Method for regulating a current of an electrical energy storage system, electrical energy storage system and device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Regeln eines Stroms eines elektrischen Energiespeichersystems (1) mittels einer Schaltvorrichtung (3),wobei ein Spannungssollwert und ein Stromsollwert und/oder ein Leistungssollwert für das elektrische Energiespeichersystem (1) vorgegeben werden,wobei eine aktuelle Spannung und ein aktueller Strom und/oder eine aktuelle Leistung des elektrischen Energiespeichersystems (1) ermittelt werden,wobei mittels des Spannungssollwerts und der aktuellen Spannung ein Spannungsfehler bestimmt wird und mittels des Stromsollwerts und des aktuellen Stroms ein Stromfehler bestimmt wird und/oder mittels des Leistungssollwerts und der aktuellen Leistung ein Leistungsfehler bestimmt wird,wobei der Spannungsfehler und der Stromfehler und/oder der Leistungsfehler verglichen werden und der Spannungsfehler oder der Stromfehler oder der Leistungsfehler zur Regelung des Stroms verwendet wird.Method for regulating a current of an electrical energy storage system (1) by means of a switching device (3), wherein a voltage setpoint and a current setpoint and/or a power setpoint are specified for the electrical energy storage system (1), wherein a current voltage and a current current and/or a current power of the electrical energy storage system (1) are determined, wherein a voltage error is determined by means of the voltage setpoint and the current voltage, and a current error is determined by means of the current setpoint and the current current, and/or a power error is determined by means of the power setpoint and the current power, wherein the voltage error and the current error and/or the power error are compared and the voltage error or the current error or the power error is used to regulate the current.
Description
Feld der ErfindungField of invention
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln Stroms eines elektrischen Energiespeichersystems, ein elektrisches Energiespeichersystem und eine Vorrichtung.The present invention relates to a method for controlling current of an electrical energy storage system, an electrical energy storage system and a device.
Stand der TechnikState of the art
Die
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Regeln eines Stroms eines elektrischen Energiespeichersystems mittels einer Schaltvorrichtung besteht darin, dass ein Spannungssollwert und ein Stromsollwert und/oder ein Leistungssollwert für das elektrische Energiespeichersystem vorgegeben werden, wobei eine aktuelle Spannung und ein aktueller Strom und/oder eine aktuelle Leistung des elektrischen Energiespeichersystems ermittelt werden, wobei mittels des Spannungssollwerts und der aktuellen Spannung ein Spannungsfehler bestimmt wird und mittels des Stromsollwerts und des aktuellen Stroms ein Stromfehler bestimmt wird und/oder mittels des Leistungssollwerts und der aktuellen Leistung ein Leistungsfehler bestimmt wird, wobei der Spannungsfehler und der Stromfehler und/oder der Leistungsfehler verglichen werden und der Spannungsfehler oder der Stromfehler oder der Leistungsfehler zur Regelung des Stroms verwendet wird.The core of the invention in the method for regulating a current of an electrical energy storage system by means of a switching device is that a voltage setpoint and a current setpoint and/or a power setpoint are specified for the electrical energy storage system, wherein a current voltage and a current current and/or a current power of the electrical energy storage system are determined, wherein a voltage error is determined by means of the voltage setpoint and the current voltage and a current error is determined by means of the current setpoint and the current current and/or a power error is determined by means of the power setpoint and the current power, wherein the voltage error and the current error and/or the power error are compared and the voltage error or the current error or the power error is used to regulate the current.
Hintergrund der Erfindung ist, dass der Strom des elektrischen Energiespeichersystems in einem kritischen Betriebszustand schnell begrenzt werden kann. Dazu ist vorteilhafterweise die Schaltvorrichtung Bestandteil des elektrischen Energiespeichersystems. Die Schaltvorrichtung wird von einer Regeleinheit des elektrischen Energiespeichersystems unmittelbar geregelt.The background of the invention is that the current of the electrical energy storage system can be quickly limited in a critical operating state. For this purpose, the switching device is advantageously part of the electrical energy storage system. The switching device is directly controlled by a control unit of the electrical energy storage system.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the subclaims.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Strom geregelt, indem die Schaltvorrichtung wiederholt, insbesondere periodisch, geöffnet und geschlossen wird. Dadurch kann ein einfacher Ein-Aus-Schalter zur Regelung verwendet werden.According to an advantageous embodiment, the current is regulated by repeatedly, in particular periodically, opening and closing the switching device. This allows a simple on-off switch to be used for regulation.
Von Vorteil ist es dabei, wenn ein Tastverhältnis und/oder eine Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung derart ausgewählt wird, dass ein Strom und/oder eine Leistung des elektrischen Energiespeichersystems eingestellt wird.It is advantageous if a duty cycle and/or a switching frequency of the switching device is selected such that a current and/or a power of the electrical energy storage system is set.
Vorteilhafterweise wird dabei der Strom und/oder die Leistung des elektrischen Energiespeichersystems in Laderichtung und/oder in Entladerichtung reduziert. Dadurch ist eine Überlastung des elektrischen Energiespeichersystems vermeidbar und die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichersystems kann verlängert werden.Advantageously, the current and/or the power of the electrical energy storage system is reduced in the charging direction and/or in the discharging direction. This prevents the electrical energy storage system from becoming overloaded and the service life of the electrical energy storage system can be extended.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn zur Auswahl des Spannungsfehlers oder des Stromfehlers oder des Leistungsfehlers ein Auswahlalgorithmus und/oder eine Minimalwerterkennung verwendet wird. Somit ist ein systematischer Messfehler und/oder ein fehlerhafter Sensor erkennbar und ausgleichbar.It is also advantageous if a selection algorithm and/or minimum value detection is used to select the voltage error, current error or power error. This means that a systematic measurement error and/or a faulty sensor can be identified and compensated for.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der Strom mittels eines Proportional-Integral-Reglers geregelt wird. Dabei wird der Stromfehler oder der Spannungsfehler oder der Leistungsfehler als Eingangsgröße für den Proportional-Integral-Regler verwendet.It is also advantageous if the current is controlled using a proportional-integral controller. The current error or the voltage error or the power error is used as the input variable for the proportional-integral controller.
Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem aufweisend einen elektrischen Energiespeicher, eine Schaltvorrichtung, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und eine Regeleinheit, besteht darin, dass ein Strom des elektrischen Energiespeichersystems mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das Verfahren bezogenen Ansprüche regelbar ist.The core of the invention in the electrical energy storage system comprising an electrical energy storage device, a switching device, a voltage sensor, a current sensor and a control unit is that a current of the electrical energy storage system can be controlled by means of a method as described above or according to one of the claims related to the method.
Hintergrund der Erfindung ist, dass der Strom des elektrischen Energiespeichersystems in einem kritischen Betriebszustand schnell begrenzt werden kann. Dabei sind die Schaltvorrichtung und die Regeleinheit Bestandteil des elektrischen Energiespeichersystems. Die Regeleinheit ist eingerichtet, die Schaltvorrichtung unmittelbar zu regeln. Das elektrische Energiespeichersystem kann so vor Überströmen geschützt werden, so dass die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des elektrischen Energiespeichersystems verbessert werden.The background of the invention is that the current of the electrical energy storage system can be quickly limited in a critical operating state. The switching device and the control unit are components of the electrical energy storage system. The control unit is designed to directly control the switching device. The electrical energy storage system can thus be protected from overcurrents, so that the reliability and service life of the electrical energy storage system are improved.
Von Vorteil ist es dabei, wenn die Regeleinheit einen Proportional-Integral-Regler aufweist. Dabei ist der Proportional-Integral-Regler eingerichtet, den Stromfehler oder den Spannungsfehler oder den Leistungsfehler als Eingangsgröße zu verwenden.It is advantageous if the control unit has a proportional-integral controller. The proportional-integral controller is set up to use the current error or the voltage error or the power error as an input variable.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das elektrische Energiespeichersystem ein Dämpfungsglied aufweist, insbesondere eine Dämpfungsinduktivität und/oder eine Dämpfungskapazität. Dadurch sind Überspannungen, die bei den Schaltvorgängen der Schaltvorrichtung entstehen können, vermeidbar.Furthermore, it is advantageous if the electrical energy storage system has an attenuator in particular a damping inductance and/or a damping capacitance. This makes it possible to avoid overvoltages that can arise during the switching operations of the switching device.
Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, besteht darin, dass die Vorrichtung ein elektrisches Energiespeichersystem wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Energiespeichersystem bezogenen Ansprüche aufweist.The essence of the invention in the device, in particular vehicle, is that the device has an electrical energy storage system as described above or according to one of the claims related to the electrical energy storage system.
Hintergrund der Erfindung ist, dass das elektrische Energiespeichersystem vor Überströmen geschützt werden kann, wodurch sich die Zuverlässigkeit und Lebensdauer verbessert. Dadurch ist die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichersystems für die Vorrichtung verbesserbar.The background of the invention is that the electrical energy storage system can be protected from overcurrents, thereby improving reliability and service life. This improves the availability of the electrical energy storage system for the device.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can be combined with one another as desired, provided this makes sense. Other possible embodiments, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.In the following section, the invention is explained using exemplary embodiments from which further inventive features can arise, but to which the scope of the invention is not limited. The exemplary embodiments are shown in the drawings.
Es zeigen:
-
1 einen Schaltplan eines elektrischen Energiespeichersystems 1, das mit einem Verbraucher 6 verbunden ist, und -
2 ein Ablaufdiagramm eineserfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Regeln eines Stroms eines elektrischen Energiespeichersystems 1 mittels einerSchaltvorrichtung 3.
-
1 a circuit diagram of an electrical energy storage system 1 connected to a consumer 6, and -
2 a flow chart of amethod 100 according to the invention for regulating a current of an electrical energy storage system 1 by means of aswitching device 3.
In
Der Stromsensor 5, der elektrische Energiespeicher 2 und die Schaltvorrichtung 3 bilden eine Reihenschaltung, die sich von dem ersten elektrischen Anschluss 7 zu dem zweiten elektrischen Anschluss 8 erstreckt. Parallel geschaltet zu dem ersten elektrischen Anschluss 7 und dem zweiten elektrischen Anschluss 8 ist der Spannungssensor 4 angeordnet.The
Gemäß einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Schaltvorrichtung 3 und dem ersten elektrischen Anschluss 7 ein Dämpfungsglied angeordnet, insbesondere eine Dämpfungsinduktivität und/oder eine Dämpfungskapazität.According to an embodiment not shown in the figures, an attenuation element, in particular a damping inductance and/or a damping capacitance, is arranged between the
Der Verbraucher 6 ist elektrisch leitend mit dem ersten elektrischen Anschluss 7 verbunden.The consumer 6 is electrically connected to the first
Die Schaltvorrichtung 3 weist zumindest eine steuerbare Schalteinheit auf, die vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgeführt ist, insbesondere als MOSFET.The
Die Regeleinheit 9 ist datenleitend mit dem elektrischen Energiespeicher 2, der Schaltvorrichtung 3, dem Spannungssensor 4 und dem Stromsensor 5 verbunden. Die Regeleinheit 9 ist eingerichtet, Messwerte des Spannungssensors 4 und/oder des Stromsensors 5 und/oder Statusparameter des elektrischen Energiespeichers 2 zu empfangen und auszuwerten. Weiterhin ist die Regeleinheit 9 eingerichtet, die Schaltvorrichtung 3 zu schalten beziehungsweise zu öffnen und zu schließen.The
In
- In einem
ersten Verfahrensschritt 101 wird ein Stromsollwert und/oder ein Leistungssollwert für das elektrische Energiespeichersystem 1 vorgegeben.
- In a
first method step 101, a current setpoint and/or a power setpoint for the electrical energy storage system 1 is specified.
In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird der aktuelle Strom des elektrischen Energiespeichersystems 1 ermittelt, insbesondere mittels des Stromsensors 5 gemessen. Alternativ wird die aktuelle Leistung des elektrischen Energiespeichersystems 1 ermittelt, insbesondere wobei der aktuelle Strom und die aktuelle Spannung gemessen werden, beispielsweise mittels des Stromsensors 5 und/oder des Spannungssensors 4, und aus diesen Werten die aktuelle Leistung berechnet wird.In a
In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird mittels des Stromsollwerts und des aktuellen Stroms ein Stromfehler bestimmt. Alternativ wird mittels des Leistungssollwerts und der aktuellen Leistung ein Leistungsfehler bestimmt.In a
In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird ein Spannungssollwert für das elektrische Energiespeichersystem 1 vorgegeben. Vorzugsweise wird der vierte Verfahrensschritt 104 gleichzeitig mit dem ersten Verfahrensschritt 101 durchgeführt.In a
In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird die aktuelle Spannung in dem elektrischen Energiespeichersystem 1 ermittelt, insbesondere mittels des Spannungssensors 4 gemessen. Vorzugsweise wird der fünfte Verfahrensschritt 105 gleichzeitig mit dem zweiten Verfahrensschritt 102 durchgeführt.In a
In einem sechsten Verfahrensschritt 106 wird mittels des Spannungssollwerts und der aktuellen Spannung ein Spannungsfehler bestimmt. Vorzugsweise wird der sechste Verfahrensschritt 106 gleichzeitig mit dem dritten Verfahrensschritt 103 durchgeführt.In a
In einem siebten Verfahrensschritt 107 werden der Spannungsfehler und der Stromfehler und/oder der Leistungsfehler einer Auswerteeinheit zugeführt und einer der Fehler für die weitere Regelung ausgewählt. Dazu wird ein Auswahlalgorithmus und/oder ein Minimalwert verwendet.In a
In einem achten Verfahrensschritt 108 wird der im siebten Verfahrensschritt 107 ausgewählte Fehler der Regeleinheit 9 zugeführt. Vorzugsweise ist die Regeleinheit 9 als Proportional-Integral-Regler ausgeführt.In an
In einem neunten Verfahrensschritt 109 wird die Schaltvorrichtung 3 von der Regeleinheit 9 angesteuert. Dabei wird die Schaltvorrichtung 3 wiederholt geöffnet und geschlossen, so dass der Strom und/oder die Leistung des elektrischen Energiespeichersystems 1 in Laderichtung und/oder in Entladerichtung reduziert wird. Dabei wird ein Tastverhältnis und/oder eine Schaltfrequenz der Schaltvorrichtung 3 derart ausgewählt, dass ein gewünschter Strom und/oder eine gewünschte Leistung eingestellt wird.In a
Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.An electrical energy storage device is understood here to mean a rechargeable energy storage device, in particular having an electrochemical energy storage cell and/or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and/or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, the energy storage cell is designed as a lithium polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.
Vorzugsweise weist der elektrische Energiespeicher eine Nennspannung auf, die kleiner ist als 60 V, insbesondere wobei die Nennspannung 48 V oder 24 V oder 12 V beträgt.Preferably, the electrical energy storage device has a nominal voltage which is less than 60 V, in particular wherein the nominal voltage is 48 V or 24 V or 12 V.
Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug verstanden, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.A vehicle is understood here to be a land vehicle, for example a passenger car or a truck, or an aircraft or a watercraft, in particular a vehicle that is at least partially electrically powered. The vehicle is, for example, a battery-electric vehicle that has a purely electric drive, or a hybrid vehicle that has an electric drive and an internal combustion engine.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01R0031360000 Ipc: H02J0007000000 |
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| R163 | Identified publications notified |