WO2018224284A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines elektrischen energiespeichersystems - Google Patents

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WO2018224284A1
WO2018224284A1 PCT/EP2018/062935 EP2018062935W WO2018224284A1 WO 2018224284 A1 WO2018224284 A1 WO 2018224284A1 EP 2018062935 W EP2018062935 W EP 2018062935W WO 2018224284 A1 WO2018224284 A1 WO 2018224284A1
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electrical energy
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Christoph Brochhaus
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention describes a method for operating an electrical energy storage system, comprising a plurality of electrical energy storage units.
  • a battery management system typically ensures the safe and reliable operation of associated battery cells and existing battery systems by currents, voltages, temperatures, insulation resistance and possibly other physical
  • the above sizes can be used to implement control functions that, among other things, can increase the service life, reliability and safety of the battery system.
  • a battery system is usually subdivided into modules which contain battery cells and often also form a spatial unit.
  • a battery system consist of 8 modules, each module 12 battery cells are installed.
  • the voltage sensors can be electrically connected, for example, directly to a central control unit or can also be electrically connected to a respective module control unit which forwards the recorded data, for example in compressed form, to the central control unit.
  • the functionality of the sensors installed in a battery system such as the voltage tion sensors, is therefore of great importance for the operation of the battery system.
  • a failure of a voltage sensor which can be detected for example by means of a self-test, for example, can lead to safety reasons that the battery system can no longer be taken or supplied electrical energy.
  • US 2016/0082859 A1 describes a method for the battery management of an electrically driven vehicle having a plurality of battery modules, wherein the vehicle has a control unit and a sort order for the plurality of battery modules is calculated. Depending on the position in the sort order, the battery modules are activated or not.
  • Document DE 10 2013 203 174 A1 describes a method for increasing the available capacity in a battery string having a plurality of battery cells.
  • the battery cells are adjusted as a function of the amount of electric charge actually present in the battery cells.
  • At least one aging state variable of the plurality of electrical energy storage units is determined within the method.
  • An aging state variable can be, for example, an electrical resistance of an electrical energy storage unit.
  • the charge state variable may in particular be an electrical voltage of an electrical energy storage unit.
  • the two mentioned method steps can also be carried out in a changed order.
  • a further charge state variable of a first electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units is determined as a function of the charge state variable of a second electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units, wherein the determination takes place at a different time from the aforementioned determination step.
  • the aging state variable of the first electrical energy storage unit and the aging state variable of the second electrical energy storage unit fulfill at least one predefined criterion.
  • a further charge state variable can advantageously be determined for this first energy storage unit, whereby a further advantage stems from the fact that this determination is based on the predefined criterion, whereby the electrical energy storage units, for example, in their electrical Behavior only slightly different.
  • the electrical energy storage system is subsequently operated using the further charge state variable of the first electrical energy storage unit.
  • the entire electrical energy storage system can continue to operate safely even in the event of failure of individual voltage sensors or generally the lack of corresponding measured values, for example, to bring it to a safe state with appropriate advance notice to a user. On an immediate fast shutdown with corresponding adverse consequences for the user or individual system components can thus be dispensed with.
  • the aging state variables of the plurality of electrical energy storage units are expediently sorted, for example in ascending numerical order, the predefined criterion comprising the sorting order.
  • the aging state variable of the second electrical energy storage unit in this sorting can be directly adjacent to the aging state variable of the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit or the charge state variable of the second electrical energy storage unit can thus be used to determine the further charge state variable of the first electrical energy storage unit.
  • the further charge state variable of the first electrical energy storage unit is determined as a function of the previously determined charge state variable of the first electrical energy storage unit.
  • the known state of charge state of the first electrical energy storage unit is thus used in order to support a subsequent determination of the further state of charge state.
  • already known values of the state of charge magnitude can be used, for example to serve for the initialization of a mathematical model, and on the other hand, the accuracy of the determination of the further state of charge state increases in an advantageous manner by the use of the already known values.
  • the mathematical model may include, for example, differential equations or algebraic equations.
  • a data-based map can also be part of the mathematical model.
  • the functionality of a device for determining a state of charge of the first electrical energy storage unit in particular comprising a voltage detection device is checked, with limited or lack of functionality of the device for determining a state of charge of the first electrical energy storage unit as described above, the further state of charge state is determined.
  • the further state of charge state is determined.
  • the electrical energy storage system is operated in such a way that a first limit value of the further charge state variable is not exceeded and / or a second limit value of the charge state variable of the electrical energy storage device is not undershot.
  • a sufficient distance to possibly the safety of the electrical energy storage system compromising voltage ranges can be specified.
  • a voltage value of 4.2 V can be used for the first limit value and a voltage value of 3.0 V for the second limit value.
  • the electrical energy storage system for example, despite the lack of measurement data with respect to the first electrical energy storage unit can be operated safely.
  • the further charge state variable may only move in a corridor of the charge state of 30% to 70%. The charge state typically moves in the range between 0% and 100% and can be regarded as currently available charge quantity.
  • the at least one predefined criterion comprises a maximum difference of the aging state variables.
  • the electrical energy storage system comprises a multiplicity of electrical energy storage units, and the further charge state variable of the first electrical energy storage unit is determined based on charge state variables of a further plurality of electrical energy storage units.
  • the aging state variable of the first electrical energy storage unit and the aging state variables of the further plurality of electrical energy storage units fulfill the at least one predefined criterion.
  • the second electrical energy storage unit is part of the further plurality of electrical energy storage units.
  • the further charge state variable of the first electrical energy storage unit is determined as a function of a change over time of a charge state variable.
  • This may, for example, be the change with time of the state of charge of the second electrical energy storage unit or also the temporal change, which results from a difference between a value of the state of charge of the first electrical energy storage unit and a value of the state of charge of the second electrical energy storage unit.
  • a last measured value of the first electrical energy storage unit considered to be valid in the temporal change can also be taken into account.
  • the accuracy of the method is advantageously increased.
  • not only static information is considered, but also the dynamic information of the temporal change.
  • This embodiment is also possible in the determination based on the further plurality of electrical energy storage units, for example by determining an average time change for the further plurality of electrical energy storage units.
  • the predefined criterion expediently comprises a respective spatial position of the electrical energy storage units in the electrical energy storage system.
  • the same or very similar thermal conditions prevail, for example, at the spatial position of the second electrical energy storage unit, which thus causes a similar aging behavior of the second electrical energy storage unit.
  • the electrical energy storage unit are combined into subgroups, for example modules, and thus a corresponding electrical energy storage unit of another subgroup is used to determine the further charge state variable.
  • An electric energy storage unit may in particular be understood to be an electrochemical battery cell and / or a battery module having at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack having at least one battery module.
  • the electric energy storage unit may be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack.
  • the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack.
  • a capacitor is possible as an electrical energy storage unit.
  • the subject matter of the disclosure is a device for operating an electrical energy storage system, which comprises at least one means, in particular an electronic battery management device, which is set up to carry out the steps of the method according to one of the disclosed embodiments.
  • the at least one means can be, for example, a battery management control unit and corresponding power electronics, for example an inverter, as well
  • An electronic control unit in particular in the form of an electronic battery management device, can also be such a means.
  • An electronic control unit may, in particular, comprise an electronic control unit which, for example, has a microcontroller and / or an application-specific hardware component, e.g. an ASIC may be understood, but may also include a personal computer or a programmable logic controller.
  • the subject matter of the disclosure is an electrical energy storage system which comprises a plurality of electrical energy storage units and a device described above for operating an electrical energy storage system.
  • the advantages mentioned apply accordingly.
  • the subject matter of the disclosure is the use of the electrical energy storage system in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically operated hand tools, in portable devices for telecommunications or data processing and in household appliances. The advantages mentioned apply accordingly.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrical Energy Appsys system according to the prior art
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a first embodiment
  • FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a second embodiment
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a third embodiment
  • FIG. 5 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a fourth embodiment
  • Figure 6 is a representation of a time course of a calculated according to the inventive method state of charge state.
  • Figure 7 is a schematic representation of an apparatus for operating an electrical energy storage system. Embodiments of the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical energy storage system 1, more specifically a battery system 1, as known from the prior art.
  • the battery system 1 has a battery management control unit 2, which is connected via a data line 6 to three voltage detection devices 4.
  • the voltage detection devices 4 are each spatially associated with a so-called module 3, which summarizes several battery cells 7 spatially. From each belonging to a respective module 3 battery cell 7 corresponding test leads 5 are guided to the respective voltage detection device 4. The respective battery cell voltage is thus supplied to the respective voltage detection device 4 via these measuring lines 5.
  • the respective modules are connected to each other by means of corresponding module connector 8 electrically conductive.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention according to a first embodiment.
  • a so-called health state also called “state of health” (SOH)
  • SOH state of health
  • Charge amount based - the so-called capacity of the electrical energy storage unit which is based on a nominal value.
  • a mathematical model of the electrical energy storage unit and corresponding control engineering structures such as an observer can be used for this purpose. For example, health conditions arise in the
  • a second step S12 an electrical voltage of the plurality of electrical energy storage units is then determined in each case, wherein the electrical voltage of an electrical energy storage unit can be regarded as an indicator of the state of charge. Furthermore, it is especially for the safety of the electrical energy storage system relevant that the electric energy storage system constituting electrical energy storage units do not exceed a certain voltage limit or not fall below.
  • a third step S13 a further electrical voltage of a first electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units is subsequently determined, this being done at a different time from the second step S12 and depending on the electrical voltage of a second electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units.
  • the health status of the first electrical energy storage unit and the health status of the second electrical energy storage unit fulfill a predefined criterion.
  • the predefined criterion is that the health statuses differ only by a predefined percentage.
  • the electrical energy storage system is then operated using the determined further electrical voltage of the first electrical energy storage unit.
  • the first step Sil may occur after the second step S12.
  • FIG. 3 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a second embodiment.
  • a plurality of electrical energy storage units which comprises an electrical energy storage system, each have an electrical voltage which prevails between the typically two pole terminals of an electrical energy storage unit.
  • a health status based on a respective internal resistance value is determined for the plurality of electrical energy storage units.
  • a nominal internal resistance value for example, health conditions in the range between 100% and 120% result, since the internal resistance typically increases with increasing age of the electrical energy storage unit. Thus, the state of health can be considered an aging condition.
  • the ascertained health status values of the plurality of electrical energy storage units are sorted in ascending order, wherein a descending sorting is also possible.
  • the sorting sequence serves as a predefined criterion, which in a fourth step S24 is to be taken into account when determining a further electrical voltage of a first electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units based on an electrical voltage of a second electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units.
  • the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit directly follow each other, which indicates a similar aging behavior. Furthermore, the determination in the first step S21 and the determination in the fourth step S24 are made at different times.
  • FIG. 4 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a third embodiment.
  • the mode of operation of a first step S31 corresponds to that of the above-described first step Sil and the mode of operation of a second step S32 of the second step S12 described above.
  • a third step S33 the operability of a device for determining a voltage, which comprises a voltage detection device described above, is checked. Upon detection of a limited or complete lack of functionality of the device, which may for example result from the breakage of a measuring line, a fourth step S34 is carried out.
  • a temporal change of an electrical voltage is determined. This is done by a value of the electrical voltage of the first electrical energy storage unit that has last been regarded as valid and a more recent determined value of the electrical voltage the second electrical energy storage unit, a difference value is formed, which is set to a corresponding time difference value of the two points in time of the determination in relation.
  • a further electrical voltage of the first electrical energy storage unit of the plurality of electrical energy storage units is determined by using the last determined valid value of the electrical voltage of the first electrical energy storage unit as the starting value and a corresponding temporal change of the electrical Voltage due to an energy storage or -aus Grandeung on the determined time change of the electrical voltage is mapped.
  • a sixth step S36 the electrical energy storage system is then operated using the further electrical voltage of the first electrical energy storage unit such that a first limit of the further electrical voltage of the first electrical energy storage unit is not exceeded and a second limit of the electrical voltage of the first electrical energy storage unit not is fallen short of.
  • a value for the electrical voltage of 4.2 V can be used as the first limit value and a value of 2.8 V as the second limit value.
  • FIG. 5 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a fourth embodiment.
  • the electrical energy storage system to a plurality of electrical energy storage units I to IX, which as in
  • Figure 1 shown in spatially associated modules 3 are arranged.
  • a first step S41 as described above in the first step Sil, an aging state based on the capacity of the respective electrical energy storage unit is respectively determined for the electrical energy storage units I to IX.
  • the state of charge of the electrical energy storage units I to IX is determined in a second step S42.
  • the state of charge typically ranges between 0% and 100% and can be considered as the currently available amount of charge.
  • the charge state of a first electrical energy storage unit I of the plurality of electrical energy storage units I to IX is subsequently determined again at a later time than the two preceding steps, this being dependent on the charge states of a plurality of electrical energy storage units VI, VI II takes place, which are in other modules than the first electrical energy storage unit I.
  • the aging states of the plurality of electrical energy storage units I to IX determined in the first step S41 were sorted by modules.
  • the plurality of electrical energy storage units VI, VI II within the modular sort order the same rank as a predefined criterion as the first electrical energy storage unit I.
  • the used for later determination electrical energy storage units VI, VI II have a similar electrical behavior as the first electrical energy storage unit I. This is again exemplified in the following two tables.
  • the charging states of the electrical energy storage units VI, VI II are used in the calculation in the third step S43, since the electrical energy storage units VI, VII I have the same rank within the modular sorting as the electrical energy storage unit I.
  • FIG. 6 shows a representation of a time profile 64 of a state of charge quantity calculated according to the method according to the invention.
  • the state of charge is an electrical voltage that is typically between two poles of an electrical energy storage unit prevails.
  • the electrical voltage is plotted on the ordinate axis and the time course on the abscissa axis.
  • the device for detecting voltage on an electrical energy storage unit whose curve 64 calculated according to the method according to the invention is shown in dashed lines is no longer functional.
  • the last known voltage value of this electrical energy storage unit is 3.85 volts.
  • this electrical energy storage unit is part of an existing from four electrical energy storage units electrical energy storage system.
  • Time courses 61, 62, 63 of the electrical voltages of the remaining three electrical energy storage units are also shown. Furthermore, it has been determined that the aging state based on the capacity of the time-varying electric energy storage unit 62 is equal to the aging state of the electric energy storage unit with the non-functional voltage detection device. For time points after the point in time 1, the last known valid value of this electrical energy storage unit, ie 3.85 V, and corresponding later determined voltage values of the electrical energy storage unit are thus used to determine the electrical voltage of the electrical energy storage unit with the no longer functioning voltage detection device same aging state used. Thus, the time profile 64 of the electrical voltage results, even if no currently detected voltage values are present due to the failure of the device for voltage detection.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of a device 72 for operating an electrical energy storage system.
  • corresponding measured values which are used within the method of the invention to be carried out on the device are read in via corresponding sensors 71.
  • Corresponding control commands which result from the method according to the invention, are output by the device 72 to corresponding electrical or electronic components 73.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten, mit den folgenden Schritten beschrieben. Es wird jeweils mindestens eine Alterungszustandsgröße, insbesondere einelektrischer Widerstand, der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheitenermittelt. Weiterhin wird jeweils mindestens eine Ladezustandsgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt. Weiterhin wird eine weitere La- dezustandsgröße einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten zu einem von dem vorstehenden Schritt verschiedenen Zeitpunkt in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Ener- giespeichereinheiten ermittelt, wobei die Alterungszustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und die Alterungszustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit mindestens ein vordefiniertes Kriterium erfül- len. Weiterhin wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit be- trieben.

Description

Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersys- tems
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten.
Stand der Technik
Elektronische Steuergeräte werden im Automobilumfeld heutzutage in zuneh- mender Zahl eingesetzt. Beispielsweise ist für elektrisch angetriebenen Fahrzeuge die Entwicklung von Batterien mit einem zugehörigen Batteriemanagementsystem notwendig. Ein Batteriemanagementsystem gewährleistet dabei typischerweise die sichere und zuverlässige Funktion von zugeordneten Batteriezellen und daraus bestehender Batteriesysteme, indem es Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und gegebenenfalls weitere physikalische
Größen der Batteriezellen beziehungsweise des gesamten Batteriesystems überwacht und steuert. Mithilfe der genannten Größen lassen sich Steuerungsfunktionen realisieren, die unter anderem Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern können.
Ein Batteriesystem ist üblicherweise in Module unterteilt, welche Batteriezellen enthalten und oftmals auch eine räumliche Einheit bilden. Beispielsweise kann ein Batteriesystem aus 8 Modulen bestehen, wobei je Modul 12 Batteriezellen verbaut sind. Um die elektrischen Spannungen der einzelnen Batteriezellen zu erfassen, sind entsprechende Spannungssensoren vorgesehen. Dabei können die Spannungssensoren beispielsweise direkt mit einem zentralen Steuergerät elektrisch verbunden sein oder auch mit einem jeweiligen Modulsteuergerät elektrisch verbunden sein, welches die aufgezeichneten Daten beispielsweise in komprimierter Form an das zentrale Steuergerät weitergibt. Die Funktionsfähig- keit der in einem Batteriesystem verbauten Sensoren, beispielsweise der Span- nungssensoren, ist somit von großer Bedeutung für den Betrieb des Batteriesystems. Ein Ausfall eines Spannungssensors, der beispielsweise mittels eines Selbsttests erkannt werden kann, kann beispielsweise dazu führen, dass aus Sicherheitsgründen dem Batteriesystem keine elektrische Energie mehr entnommen oder zugeführt werden kann.
Die Druckschrift US 2016/0082859 AI beschreibt ein Verfahren für das Batteriemanagement eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mit einer Mehrzahl an Batteriemodulen, wobei das Fahrzeug ein Steuergerät aufweist und eine Sortierreihenfolge für die Mehrzahl an Batteriemodulen berechnet wird. Ja nach Position in der Sortierreihenfolge werden die Batteriemodule aktiviert oder nicht.
Die Druckschrift DE 10 2013 203 174 AI beschreibt ein Verfahren, um die verfügbare Kapazität in einem Batteriestrang mit mehreren Batteriezellen erhöhen. Dabei erfolgt ein Angleichen der Batteriezellen in Abhängigkeit der tatsächlich in den Batteriezellen vorhandenen elektrischen Ladungsmenge.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung
Offenbart wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Dabei wird innerhalb des Verfahrens jeweils mindestens eine Alterungszu- standsgröße der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt. Eine Alterungszustandsgröße kann dabei beispielsweise ein elektrischer Widerstand einer elektrischen Energiespeichereinheit sein.
Weiterhin wird jeweils mindestens eine Ladezustandsgröße der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt. Dabei kann die Ladezustandsgröße insbesondere eine elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit sein. Die beiden genannten Verfahrensschritte können auch in geänderter Reihenfolge durchgeführt werden. Anschließend wird in einem weiteren Schritt eine weitere Ladezustandsgröße einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, wobei die Ermittlung zu einem von dem vorgenannten Ermittlungsschritt verschiedenen Zeitpunkt erfolgt. Zusätzlich erfüllen die Alterungs- zustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und die Alterungs- zustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit mindestens ein vordefiniertes Kriterium. Dies kann beispielsweise umfassen, dass sich Werte ihrer Innenwiderstände nur um einen vordefinierten Betrag unterscheiden oder dass die Alterungszustandsgrößen die geringste Differenz innerhalb der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten aufweisen. Dies lässt auf ein ähnliches Alterungsverhalten beziehungsweise auf ein ähnliches Verhalten unter elektrischer Belastung für die entsprechenden elektrischen Energiespeichereinheiten schließen. Somit kann beispielsweise bei Ausfall eines Spannungssensors der ersten elektrischen Energiespeichereinheit dennoch in vorteilhafter Weise für diese erste Energiespeichereinheit eine weitere Ladezustandsgröße ermittelt werden, wobei ein weiterer Vorteil daher rührt, dass diese Ermittlung auf dem vordefinierten Kriterium basiert, wodurch sich die elektrischen Energiespeichereinheiten beispielsweise in ihrem elektrischen Verhalten nur geringfügig unterscheiden.
In einem weiteren Schritt wird anschließend das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit betrieben. Somit kann das gesamte elektrische Energiespeichersystem auch bei Ausfall einzelner Spannungssensoren beziehungsweise allgemein dem Fehlen entsprechender Messwerte dennoch sicher weiter betrieben werden, beispielsweise um es, mit entsprechender Vorankündigung an einen Benutzer, in einen sicheren Zustand zu überführen. Auf eine unmittelbare schnelle Abschaltung mit entsprechenden nachteiligen Folgen für den Benutzer beziehungsweise einzelne Systemkomponenten kann somit verzichtet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche. Zweckmäßigerweise werden die Alterungszustandsgrößen der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten sortiert, beispielsweise in aufsteigender numerischer Reihenfolge, wobei das vordefinierte Kriterium die Sortierreihenfolge umfasst. Beispielsweise kann die Alterungszustandsgröße der zweiten elektri- sehen Energiespeichereinheit in dieser Sortierung direkt benachbart zu der Alterungszustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sein und die zweite elektrische Energiespeichereinheit beziehungsweise die Ladezustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit somit zur Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeicher- einheit verwendet werden.
Zweckmäßigerweise wird die weitere Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit in Abhängigkeit der zuvor ermittelten Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. In vorteilhafter Weise wird somit die bekannte Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit eingesetzt, um eine zeitlich danach erfolgende Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße zu unterstützen. Zum einen können somit bereits bekannte Werte der Ladezustandsgröße verwendet werden, beispielsweise um zur Initialisierung eines mathematischen Modells zu dienen, und zum anderen erhöht sich durch die Verwendung der bereits bekannten Werte die Genauigkeit der Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße in vorteilhafter Weise. Das mathematische Modell kann beispielsweise Differentialgleichungen oder algebraische Gleichungen umfassen. Weiterhin kann auch ein datenbasiertes Kennfeld Bestandteil des mathematischen Modells sein.
Zweckmäßigerweise wird die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit, insbesondere umfassend eine Spannungserfassungsvorrichtung, überprüft, wobei bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit wie oben beschrieben die weitere Ladezustandsgröße ermittelt wird. Somit kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass verfälschte beziehungsweise falsche Werte der Vorrichtung zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße in die Ermittlung der Ladezustandsgröße beziehungsweise in die Ermittlung der weiteren Ladezu- Standsgröße einfließen. Dadurch erhöht sich in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Energiespeichersystems. Zweckmäßigerweise wird das elektrische Energiespeichersystem derart betrieben, dass ein erster Grenzwert der weiteren Ladezustandsgröße nicht überschritten wird und/oder ein zweiter Grenzwert der Ladezustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit nicht unterschritten wird. Somit kann in vorteilhafter Weise ein ausreichender Abstand zu möglicherweise die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems kompromittierenden Spannungsbereichen vorgegeben werden. Für den ersten Grenzwert kann beispielsweise ein Spannungswert von 4,2 V und für den zweiten Grenzwert ein Spannungswert von 3,0 V verwendet werden. Dadurch kann das elektrische Energiespeichersystem beispielsweise trotz fehlender Messdaten bezüglich der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sicher betrieben werden. Beispielsweise kann auch vorgegeben werden, dass sich die weitere Ladezustandsgröße nur in einem Korridor des Ladezustands von 30 % bis 70 % bewegen darf. Der Ladezustand bewegt sich dabei typischerweise im Bereich zwischen 0 % und 100 % und kann als aktuell verfügbare Ladungsmenge angesehen werden.
Zweckmäßigerweise umfasst das mindestens eine vordefinierte Kriterium eine maximale Differenz der Alterungszustandsgrößen. Somit ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass zur Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße elektrische Energiespeichereinheiten verwendet werden, die ein ähnliches Verhalten wie die erste elektrische Energiespeichereinheit aufweisen. Dies erhöht die Genauigkeit und Qualität der Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße.
Zweckmäßigerweise umfasst das elektrische Energiespeichersystem eine Vielzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten und die weitere Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit wird basierend auf Ladezustandsgrößen einer weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt. Dabei erfüllen die Alterungszustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und die Alterungszustandsgrößen der weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten das mindestens eine vordefinierte Kriterium. Weiterhin ist die zweite elektrische Energiespeichereinheit Teil der weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten. Somit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass Abweichungen zwischen den elektrischen Energiespeichereinheiten geringere Auswirkungen auf die Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit haben als bei einer Einzelbetrachtung. Somit wird die Robustheit des Verfahrens gesteigert.
Zweckmäßigerweise wird die weitere Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderung einer Ladezustandsgröße ermittelt. Dies kann beispielsweise die zeitliche Änderung der Ladezustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sein oder auch die zeitliche Änderung, welches sich aus einem Differenzwert zwischen einem Wert der Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und einem Wert der Ladezustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ergibt. Somit kann beispielsweise auch ein letzter als gültig angesehener Messwert der ersten elektrischen Energiespeichereinheit bei der zeitlichen Änderung berücksichtigt werden. Durch die Berücksichtigung der zeitlichen Änderung wird in vorteilhafter Weise die Genauigkeit des Verfahrens erhöht. Es werden somit nicht nur statische Informationen berücksichtigt, sondern zusätzlich die dynamische Information der zeitlichen Änderung. Diese Ausgestaltung ist auch bei der Ermittlung basierend auf der weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten möglich, indem beispielsweise eine durchschnittliche zeitliche Änderung für die weitere Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt wird.
Zweckmäßigerweise umfasst das vordefinierte Kriterium bei der Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit eine jeweilige räumliche Position der elektrischen Energiespeichereinheiten dem elektrischen Energiespeichersystem. Somit wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass beispielsweise an der räumlichen Position der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit gleiche beziehungsweise sehr ähnliche thermische Bedingungen herrschen, was somit ein ähnliches Alterungsverhalten der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit bedingt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die elektrischen Energiespeichereinheit zu Untergruppen, beispielsweise zu Modulen, zusammengefasst sind und somit zur Ermittlung der weiteren Ladezustandsgröße eine entsprechende elektrische Energiespeichereinheit einer anderen Untergruppe herangezogen wird. Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektro chemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeicher einheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen- Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel- Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, welche mindestens ein Mittel umfasst, insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementgerät, das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einer der offenbarten Ausgestaltungen durchzuführen. Die vorgenannten Vorteile gelten entsprechend. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Wechselrichter, sowie
Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als elektronisches Batteriemanagementgerät, kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, welches eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten und eine oben beschriebenen Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems umfasst. Die genannten Vorteile gelten entsprechend. Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung die Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten. Die genannten Vorteile gelten entsprechend.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt u in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichersys tems gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Figur 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform;
Figur 5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform;
Figur 6 eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer nach dem erfindungs gemäßen Verfahren berechneten Ladezustandsgröße; und
Figur 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems. Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskompo- nenten oder gleiche Verfahrensschritte.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeicher- systems 1, genauer gesagt eines Batteriesystems 1, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dabei weist das Batteriesystem 1 ein Batteriemanagement- Steuergerät 2 auf, welches über eine Datenleitung 6 mit drei Spannungserfas- sungsvorrichtungen 4 verbunden ist. Die Spannungserfassungsvorrichtungen 4 sind dabei jeweils räumlich einem sogenannten Modul 3 zugeordnet, welches mehrere Batteriezellen 7 räumlich zusammenfasst. Von jeder zu einem jeweiligen Modul 3 gehörenden Batteriezelle 7 sind entsprechende Messleitungen 5 zu der jeweiligen Spannungserfassungsvorrichtung 4 geführt. Über diese Messleitungen 5 wird somit die jeweilige Batteriezellspannung der jeweiligen Spannungserfassungsvorrichtung 4 zugeführt. Die jeweiligen Module sind dabei mittels entsprechender Modulverbinder 8 elektrisch leitend miteinander verbunden. Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt Sil wird für eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten, die ein elektrisches Energiespeichersystem umfasst, jeweils ein sogenannter Gesundheitszustand, auch„State of Health" (SOH) genannt, ermittelt, welcher als Alterungszustand angesehen wer- den kann. Dieser kann beispielsweise auf der aktuellen, maximal speicherbaren
Ladungsmenge basieren - der sogenannten Kapazität der elektrischen Energiespeichereinheit-, welche auf einen Nominalwert bezogen wird. Weiterhin kann dazu beispielsweise ein mathematisches Modell der elektrischen Energiespeichereinheit und entsprechende regelungstechnische Strukturen wie ein Beobach- ter eingesetzt werden. So ergeben sich beispielsweise Gesundheitszustände im
Bereich zwischen 80 % und 100 %.
In einem zweiten Schritt S12 wird anschließend jeweils eine elektrische Spannung der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, wobei die elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit als Indikator für deren Ladezustand angesehen werden kann. Weiterhin ist es insbesondere für die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems relevant, dass die das elektrische Energiespeichersystem konstituierenden elektrischen Energiespeichereinheiten eine gewisse Spannungsgrenze nicht überschreiten beziehungsweise nicht unterschreiten. In einem dritten Schritt S13 wird anschließend eine weitere elektrische Spannung einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, wobei dies zu einem von dem zweiten Schritt S12 verschiedenen Zeitpunkt und in Abhängigkeit der elektrischen Spannung einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten geschieht. Weiterhin erfüllen der Gesundheitszustand der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und der Gesundheitszustand der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit in dem dritten Schritt S13 ein vordefiniertes Kriterium. Das vordefinierte Kriterium ist dabei, dass sich die Gesundheitszustände nur um einen vordefinierten Prozentsatz voneinander unterscheiden. In einem vierten Schritt S14 wird anschließend das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der ermittelten weiteren elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit betrieben. Alternativ kann der erste Schritt Sil nach dem zweiten Schritt S12 erfolgen.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S21 wird für eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten, die ein elektrisches Energiespeichersystem umfasst, jeweils eine elektrische Spannung, welche zwischen den typischerweise zwei Polanschlüssen einer elektrischen Energiespeichereinheit herrscht, ermittelt.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt S22 für die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten jeweils ein Gesundheitszustand basierend auf einem jeweiligen Innenwiderstandwert ermittelt. Durch den Bezug des jeweiligen Innen- widerstandswertes auf einen nominalen Innenwiderstandwert ergeben sich beispielsweise Gesundheitszustände im Bereich zwischen 100 % und 120 %, da der Innenwiderstand typischerweise mit zunehmendem Alter der elektrischen Energiespeichereinheit zunimmt. Somit kann der Gesundheitszustand als Alterungszustand angesehen werden. Anschließend werden in einem dritten Schritt S23 die ermittelten Gesundheitszustandswerte der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten aufsteigend sortiert, wobei auch eine absteigende Sortierung möglich ist. Die Sortierreihenfolge dient hierbei als vordefiniertes Kriterium, welches in einem vierten Schritt S24 bei der Ermittlung einer weiteren elektrischen Spannung einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten basierend auf einer elektrischen Spannung einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespei- chereinheiten zu berücksichtigen ist. In der sich ergebenden Sortierreihenfolge folgen die erste elektrische Energiespeichereinheit und die zweite elektrische Energiespeichereinheit direkt aufeinander, was auf ein ähnliches Alterungsverhalten hindeutet. Weiterhin erfolgt die Ermittlung in dem ersten Schritt S21 und die Ermittlung in dem vierten Schritt S24 zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Anschließend wird in einem fünften Schritt S25 das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der ermittelten weiteren elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit betrieben. Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Funktionsweise eines ersten Schrittes S31 entspricht dabei der des oben beschriebenen ersten Schrittes Sil und die Funktionsweise eines zweiten Schrittes S32 der des oben beschriebenen zweiten Schrittes S12.
In einem dritten Schritt S33 wird die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Spannung, welche eine oben beschriebene Spannungserfassungs- vorrichtung umfasst, überprüft. Bei Feststellung einer eingeschränkten oder vollständig fehlenden Funktionsfähigkeit der Vorrichtung, welche beispielsweise von dem Bruch einer Messleitung herrühren kann, wird ein vierter Schritt S34 ausgeführt.
In dem vierten Schritt S34 wird eine zeitliche Änderung einer elektrischen Spannung ermittelt. Dies geschieht, indem aus einem letzten als gültig angesehenen ermittelten Wert der elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und einem aktuelleren ermittelten Wert der elektrischen Spannung der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ein Differenzwert gebildet wird, der zu einem entsprechenden zeitlichen Differenzwert der beiden Zeitpunkte der Ermittlung in Relation gesetzt wird. Anschließend wird in einem fünften Schritt S35 eine weitere elektrische Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, indem der letzte als gültig angesehene ermittelte Wert der elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit als Startwert verwendet wird und eine entsprechende zeitliche Ände- rung der elektrischen Spannung aufgrund einer Energieeinspeicherung beziehungsweise -ausspeicherung über die ermittelte zeitliche Änderung der elektrischen Spannung abgebildet wird.
In einem sechsten Schritt S36 wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der weiteren elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit dann derart betrieben, dass ein erster Grenzwert der weiteren elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit nicht überschritten wird und ein zweiter Grenzwert der elektrischen Spannung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit nicht unterschritten wird. Als erster Grenz- wert kann beispielsweise ein Wert für die elektrische Spannung von 4,2 V verwendet werden und als zweiter Grenzwert ein Wert von 2,8 V.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform. Dabei weist das elektrische Energiespeichersystem eine Vielzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten I bis IX auf, welche wie in
Figur 1 gezeigt in räumlich zusammengehörenden Modulen 3 angeordnet sind. In einem ersten Schritt S41 wird, wie oben bei dem ersten Schritt Sil beschrieben, für die elektrischen Energiespeichereinheiten I bis IX jeweils ein Alterungszustand basierend auf der Kapazität der jeweiligen elektrischen Energiespeicher- einheit ermittelt.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt S42 jeweils der Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheiten I bis IX ermittelt. Der Ladezustand bewegt sich dabei typischerweise im Bereich zwischen 0 % und 100 % und kann als ak- tuell verfügbare Ladungsmenge betrachtet werden. In einem dritten Schritt S43 wird anschließend zu einem späteren Zeitpunkt als zu den beiden vorangegangenen Schritten der Ladezustand einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit I der Vielzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten I bis IX erneut ermittelt, wobei dies in Abhängigkeit der Ladezustände einer Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten VI, VI I I erfolgt, welche sich in anderen Modulen als die erste elektrische Energiespeichereinheit I befinden. Weiterhin wurden die in dem ersten Schritt S41 ermittelten Alterungszu- stände der Vielzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten I bis IX modulweise sortiert. Innerhalb der Ermittlung in dem dritten Schritt S43 weist die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten VI, VI I I innerhalb der modulweisen Sortierreihenfolge den gleichen Rang als vordefiniertes Kriterium auf wie die erste elektrische Energiespeichereinheit I. Somit wird erreicht, dass die zur späteren Ermittlung herangezogenen elektrischen Energiespeichereinheiten VI, VI I I ein ähnliches elektrisches Verhalten aufweisen wie die erste elektrische Energiespeichereinheit I. Dies ist in den nachstehenden beiden Tabellen nochmals beispielhaft verdeutlicht.
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Wie zu sehen ist, werden in der Berechnung in dem dritten Schritt S43 die Ladezustände der elektrischen Energiespeichereinheiten VI, VI II herangezogen, da die elektrischen Energiespeichereinheiten VI, VII I innerhalb der modulweisen Sortierung den gleichen Rang aufweisen wie die elektrische Energiespeichereinheit I. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem in einem vierten Schritt S44 unter Verwendung des erneut ermittelten Ladezustands betrieben.
Figur 6 zeigt eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufes 64 einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Ladezustandsgröße. Dabei ist die Ladezustandsgröße eine elektrische Spannung, die zwischen den typischerweise zwei Polen einer elektrischen Energiespeichereinheit herrscht. Auf der Ordina- tenachse ist die elektrische Spannung abgetragen und auf der Abszissenachse der zeitliche Verlauf. Zu einem Zeitpunkt 1 wird festgestellt, dass die Vorrichtung zur Spannungserfassung an einer elektrischen Energiespeichereinheit, deren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneter Verlauf 64 gestrichelt dargestellt ist, nicht mehr funktionsfähig ist. Der letzte als gültig bekannte Spannungswert dieser elektrischen Energiespeichereinheit beträgt 3,85 Volt. Weiterhin ist diese elektrische Energiespeichereinheit Bestandteil eines aus vier elektrischen Energiespeichereinheiten bestehenden elektrischen Energiespeichersystems. Zeitliche Verläufe 61, 62, 63 der elektrischen Spannungen der übrigen drei elektrischen Energiespeichereinheiten sind ebenfalls dargestellt. Weiterhin wurde ermittelt, dass der Alterungszustand basierend auf der Kapazität der elektrischen Energiespeichereinheit mit dem zeitlichen Verlauf 62 gleich dem Alterungszustand der elektrischen Energiespeichereinheit mit der nicht mehr funktionsfähigen Vorrichtung zur Spannungserfassung ist. Für Zeitpunkte nach dem Zeitpunkt 1 werden somit zur Ermittlung der elektrischen Spannung der elektrischen Energiespeichereinheit mit der nicht mehr funktionsfähigen Vorrichtung zur Spannungserfassung der letzte als gültig bekannte Messwert dieser elektrischen Energiespeichereinheit, also 3,85 V, und entsprechende später ermittelte Spannungswerte der elektrischen Energiespeichereinheit mit dem gleichen Alterungszustand verwendet. Somit ergibt sich der zeitliche Verlauf 64 der elektrischen Spannung, auch wenn aufgrund des Ausfalls der Vorrichtung zur Spannungserfassung keine aktuell erfassten Spannungswerte mehr vorliegen.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 72 zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems. Dabei werden entsprechende Messwerte, die innerhalb des auf der Vorrichtung auszuführenden erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, über entsprechende Sensoren 71 eingelesen. Entsprechende Steuerbefehle, welches sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, werden von der Vorrichtung 72 an entsprechende elektrische beziehungsweise elektronische Bauteile 73 ausgegeben.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems (1), umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7), mit den folgenden Schritten:
a) Ermitteln jeweils mindestens einer Alterungszustandsgröße, insbesondere eines elektrischen Widerstands, der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7);
b) Ermitteln jeweils mindestens einer Ladezustandsgröße, insbesondere einer elektrischen Spannung, der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7);
c) Ermitteln einer weiteren Ladezustandsgröße einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) zu einem von Schritt b) verschiedenen Zeitpunkt in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (7) der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7), wobei die Alterungszustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) und die Alterungszustandsgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (7) mindestens ein vordefiniertes Kriterium erfüllen;
d) Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems (1) unter Verwendung der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend:
e) Sortieren der Alterungszustandsgrößen der Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7), wobei das mindestens eine vordefinierte Kriterium die Sortierreihenfolge umfasst.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin im Schritt c) die weitere Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) in Abhängigkeit der in Schritt b) ermittelten Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) ermittelt wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: f) Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7), insbesondere umfassend eine Spannungserfassungsvorrichtung (4), wobei bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit Schritt c) ausgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt d) das elektrische Energiespeichersystem (1) derart betrieben wird, dass ein erster Grenzwert der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) nicht überschritten wird und/oder ein zweiter Grenzwert der Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) nicht unterschritten wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) das mindestens eine vordefinierte Kriterium eine maximale Differenz der Alterungszustandsgrößen umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrische Energiespeichersystem (1) eine Vielzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) umfasst und in Schritt c) das Ermitteln der weiteren Ladezustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) basierend auf Ladezustandsgrößen einer weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) erfolgt, wobei die Alterungszustandsgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (7) und die Alterungszustandsgrößen der weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) das mindestens eine vordefinierte Kriterium erfüllen und die zweite elektrische Energiespeichereinheit (7) Teil der weiteren Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) das Ermitteln in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderung einer Ladezustandsgröße erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Schritt c) das mindestens eine vordefinierte Kriterium eine jeweilige räumliche Position der elektrischen Energiespeichereinheiten (7) in dem elektrischen Energiespeichersystem (1) umfasst.
10. Vorrichtung (2, 72) zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems (1), umfassend mindestens ein Mittel (2, 72), insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementgerät (72), das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
11. Elektrisches Energiespeichersystem (1), umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten (7) und eine Vorrichtung (2, 72) gemäß Anspruch 10.
12. Verwendung eines elektrischen Energiespeichersystems (1) gemäß Anspruch 11 in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten.
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