AT527966A1 - Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems (10), insbesondere eines Fahrzeugbatteriesystems, mit mehreren in Reihe geschal- teten Batterieeinheiten (12), umfassend die Schritte: (a) Messen von Ausgangsspan- nungen der Batterieeinheiten (12) und, wenn die Differenz zwischen zwei Ausgangs- spannungen von unterschiedlichen Batterieeinheiten (12) einen Schwellwert über- schreitet: (b) Durchführen eines Balancings zum Ladungsausgleich zwischen den beiden Batterieeinheiten (12), bis die die Differenz zwischen den zwei Ausgangs- spannungen angeglichen ist, (c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), und dabei: (d) Messen der Zeiträume zwischen denen Balancings durchgeführt werden, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch die Schritte: (e) Ermitteln einer Änderung der Zeiträume über mehrere Messungen, und (f) Regeln des Batteriesystems (10) in Abhängigkeit der in Schritt (e) detektierten Änderung.

Description

Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems mit mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten in Abhängigkeit von Zeiträumen zwischen denen Balancings durchgeführt werden, ein Batteriemanagementsystem und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens und einem Datenträgersignal, welches ein solches Computerprogrammprodukt überträgt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf bekannten Verfahren zur Batterieregelung, welche bekanntermaßen mit Batteriemanagementsystemen durchgeführt werden. Batteriemanagementsysteme dienen zur Überwachung, Regelung und zum Schutz von Akkumulatoren. Sie können einen Ladezustand erkennen, dem Tiefentladeschutz oder dem Überladeschutz dienen und werden sowohl in vielen mobilen Geräten als auch in batteriebetriebenen Fahrzeugen angewendet.

Es ist bekannt, dass bei der Reihenschaltung mehrerer Batteriezellen zu einer Batterie, insbesondere bei Lithiumbatterien, die einzelnen Batteriezellen aufgrund von Fertigungstoleranzen, Alterung oder technischen Problemen im Laufe der Lade- und Entladezyklen unterschiedlich hohe Ausgangsspannungen aufweisen können.

Um die Kapazität und Lebensdauer einer Batterie oder eines Batteriepacks aufrecht

zu erhalten oder zu erhöhen wird ein Balancing zwischen Batterieeinheiten durchgeführt. Balancing beschreibt einen Ladungstransfer, bei dem die Spannungen der einzelnen Batterieeinheiten ausgeglichen werden. Ein solches Balancing ist bei in Reihe geschalteten Batterieeinheiten notwendig. Parallelgeschaltete Batterieeinheiten glei-

chen sich von selbst aus, da sie direkt miteinander verbunden sind.

Derartige Balancings benötigen einen gewissen Zeitraum, um abgeschlossen zu werden. Grundsätzlich gilt, dass je höher der zum Ausgleich notwendige Ladungstransfer ist, desto länger dauert das Balancing.

Batteriemanagementsysteme können unter anderem Aufgaben der Diagnose und Fehlerbehebung eines Batteriesystems erfüllen. Hierzu können Parameter wie Spannungen, Strom, Temperatur oder Ladezustand überwacht werden.

Einige der auftretenden Fehler kann das Batteriemanagementsystem direkt beheben, andere erfordern eine aufwändigere Reparatur oder einen Austausch des Batteriesystems. Beispielsweise kann ein Zellungleichgewicht, also ungleiche Spannungen oder Ladezustände einzelner Zellen im Batteriesystem dadurch ausgeglichen werden, dass das Batteriemanagementsystem mittels eines Schaltvorgangs ein Balancing initiiert. Andere Schäden wie eine verringerte Kapazität einzelner Batteriezellen oder anderer Batterieeinheiten, altersbedingte Schäden, interne Kurzschlüsse oder Kontaktfehler, umweltbedingte Schäden, wie durch Feuchtigkeit, Salz, ungewöhnliche Temperaturen oder auch mechanische Schäden erfordern dagegen häufig eine Reparatur oder einen Austausch der betroffenen Batterieeinheiten oder des Batteriesystems. Eine Früherkennung derartiger Schäden ist für den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Batteriesystems hilfreich.

Eine Methode, Schäden zu detektieren, ist, die Dauer eines notwendigen Balancings zu messen und diesen Zeitraum mit den Zeiträumen von zuvor notwendigen Balancings zu vergleichen. Diese Dauer wird im weiteren auch als Balancinglänge be-

zeichnet.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass es nicht möglich ist, manche der Fehler ausreichend frühzeitig zu erkennen und es weiter nicht möglich ist, unterschiedlichen Ursachen der verschiedenen Fehler mit ausreichender Sicherheit von-

einander zu unterscheiden.

Eine ungenaue Fehlererkennung kann zu häufigeren Ausfällen und einem erhöhten Wartungsaufwand führen, was die Betriebskosten erhöht und die Verfügbarkeit des Systems verringert. Ferner können nicht erkannte oder falsch interpretierte Fehler zu gefährlichen Situationen führen, wie zum Beispiel thermal runaways, verkürzte Lebensdauer, erhöhten Betriebskosten und beschädigten Elementen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches Ausfälle eines Batteriemanagementsystems verringert und dessen Verfügbarkeit erhöht.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Batteriemanagementsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 9 und ein Datenträgersignal gemäß Anspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bezie-

hungsweise werden kann.

Erfindungsgemäß soll ein Verfahren ein Regeln eines Batteriesystems, insbesondere eines Fahrzeugbatteriesystems, mit mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten ermöglichen. Ein solches Verfahren zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

(a) Messen von Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten und, wenn die Differenz zwischen zwei Ausgangsspannungen von unterschiedlichen Batterieeinheiten

einen Schwellwert überschreitet:

(b) Durchführen eines Balancings zum Ladungsausgleich zwischen den beiden Batterieeinheiten, bis die die Differenz zwischen den zwei Ausgangsspannungen angeglichen ist,

(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), und dabei:

(d) Messen der Zeiträume zwischen denen Balancings durchgeführt werden, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch die Schritte:

(e) Ermitteln einer Änderung der Zeiträume über mehrere Messungen, und

(f) Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der in Schritt (e) detektierten Änderung.

Der Kerngedanke eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei einem Batteriesystem, welches einen Schwellwert als Bedingung zur Durchführung eines Balancings nutzt, die Länge zwischen zwei oder mehr Balancings als aussagekräfti-

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ger Parameter genutzt werden kann, um die Ursache von Fehlfunktionen zu erkennen. Überraschenderweise ist dieser Parameter so aussagekräftig, dass eine besonders zuverlässige Detektion von Fehlern erreicht werden kann. Insbesondere können auch Fehler, die bei anderen Verfahren regelmäßig falsch-positiv detektiert werden, mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden und Regelung des Batteriesystems verbessert werden. Im Ergebnis können die Ausfälle des Batteriesystems hierdurch verringert und dessen Verfügbarkeit erhöht werden.

Das Verfahren kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein.

Ein Batteriesystem umfasst mehrere Batteriezellen, Batteriemodule und/oder Batteriepacks. Fahrzeugbatteriesysteme dienen der elektrischen Energieversorgung von batteriebetriebenen Fahrzeugen und weisen Hochvoltbatterien auf. Das Batteriesystem kann auch ein stationäres Batteriesystem sein. Die Betriebsmodi und Fehlerursachen können sich zwischen Fahrzeugbatteriesystemen und stationärem Batteriesystem unterscheiden. Beispielsweise sind regenerative Betriebsmodi in stationären Batteriesystemen häufiger einsetzbar als in Fahrzeugbatteriesystemen. Fehlerursachen, die durch Temperaturwechsel oder Vibration ausgelöst werden, sind dagegen in Fahrzeugbatteriesystemen wahrscheinlicher. Das Regeln des Batteriesystems kann diese Unterschiede berücksichtigen und daher in Abhängigkeit der Art des Batteriesystems durchgeführt werden. Das Regeln wird insbesondere in Hinblick auf festgelegte Optimierungsziele durchgeführt. Diese sind je nach Einsatzgebiet des Batteriesystems und persönlichen Präferenzen gewählt. Optimierungsziele können eine lange Batteriesystemlebensdauer, eine kurze Ladezeit, eine Langsame Entladezeit, eine Testmöglichkeit von Batterieparametern oder Kombinationen solcher Optimierungsziele sein oder umfassen. Als Batterieeinheiten werden Batteriezellen, Batteriemodule und/oder Batteriepacks verstanden. Der Schwellwert ist vorzugsweise vorher festgelegt und vom Batteriesystem und/oder den Batterieeinheiten abhängig, insbesondere davon welche nominale Ausgangsspannung das Batteriesystem oder die Batterieeinheiten haben. Das Durchführen eines Balancings wird vom Batteriemanagementsystem durch einen Schaltvorgang initiiert. Ein solches Balancing findet grundsätzlich zwischen zwei nebeneinander angeordneten Batterieeinheiten statt. Das Balancing kann aktiv oder passiv erfolgen. Passives Balancing gleicht den Ladezustand der Batterieeinheiten an einem bestimmten Punkt aus. Hierbei können

alle Batterieeinheiten entweder gleichzeitig einen maximalen oder minimalen Ladezustand (SOC) erreichen. Dies kann erreicht werden, indem denjenigen Zellen mit höherem Ladezustand Energie entzogen wird. Beim aktiven Balancing wird die Energie von geladenen Batterieeinheiten auf Batterieeinheiten mit einem niedrigeren Ladezustand umverteilt. Passives Balancing verbraucht einen Teil der Energie des Batteriesystems und hat daher einen schlechteren Wirkungsgrad als aktives Balancing. Das Balancing zum Ladungsausgleich wird bis zu einem Punkt durchgeführt, an dem die Differenz der Ausgangsspannungen der unterschiedlichen Batterieeinheiten angeglichen ist. Dies bedeutet, dass sie näher beieinanderliegen als vor dem Ladungsausgleich. Hierzu kann ebenfalls ein Schwellwert definiert sein, bei dem von einem Angleichen ausgegangen wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die beiden Ausgangsspannungen nach dem Angleichen bis auf einen Messfehler identisch sind. Das Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der in Schritt (e) detektierenden Änderung kann insbesondere eine Reduktion der Leistungsabgabe der Batterieeinheiten, eine intensivere Überwachung verschiedener Betriebsparameter des Batteriesystems, eine Unterbrechung eines Ladevorgangs, eine Aktivierung von Schutzschaltungen, eine Aktivierung eines aktiven oder passiven Kühlsystems, eine Aktivierung einer Datenaufzeichnung für eine spätere Analyse, eine Änderung der Betriebsparameter wie beispielsweise ein Deaktivieren eines Schnellladevorgangs, oder das Umschalten auf konservativere und/oder langsamere, die Batterie schonendere Ladestrategien, um ein sicheres Betriebsfenster zu gewährleisten und weitere Alterung zu minimieren, eine Abschaltung einzelner Batterieeinheiten oder auch eine Abschaltung des Batteriesystems umfassen. Das Regeln kann insbesondere auch ein Steuern umfassen oder sein und ist daher breit auszulegen. Die Änderung der Zeiträume kann eine Erhöhung oder eine Reduktion sein. Viele der Fehler zeigen sich jedoch durch eine Reduktion. Das Wiederholen der Schritte (a) und (b) wird vorzugsweise so lange durchgeführt, bis eine Abbruchbedingung erreicht ist. Die Abbruchbedingung kann eine Betriebsunterbrechung des Batteriesystems sein, beispielsweise durch einen externen Trigger.

Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt (e) ferner die Balancinglängen der mehreren Messungen ermittelt werden und in Schritt (f) das Batteriesystem zusätzlich in Abhängigkeit der Balancinglängen geregelt wird.

Die Balancinglängen werden jeweils vom Beginn eines Balancings bis zum Abschluss des Balancings gemessen. Es handelt sich somit um zeitliche Größen. Für die Größe der Balancinglänge ist auch der Begriff der „Balancing time“ bekannt. Eine Regelung des Batteriesystems in Abhängigkeit der in Schritt (f) detektierenden Änderung der Zeiträume zwischen denen Balancings geschaltet werden und der Balancinglängen erhöht die Genauigkeit der Detektion eines Fehlers weiter und verringert damit die Ausfallrate des Batteriesystems in noch größerem Maße.

Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn das Batteriesystem in Schritt (f) derart geregelt wird, dass es abgeschaltet wird.

Eine Abschaltung ist eine der effektivsten Sicherheitsmaßnahmen. Insbesondere können durch die Abschaltung besonders gravierende Effekte wie beispielsweise Thermisches Durchgehen (thermal runaway) verhindert werden, die bei einem Weiterbetrieb des Batteriesystems oder der betroffenen Batterieeinheit gegebenenfalls

aufgetreten wären. Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das Verfahren ferner den Schritt umfasst:

(e2) Berechnen einer Balancingfrequenz über die in Schritt (d) gemessenen Zeiträume und/oder über die in Schritt (e) ermittelten Änderung der Zeiträume, wobei das Regeln des Batteriesystems in Schritt (f) in Abhängigkeit der Balancingfrequenz erfolgt.

Die Balancingfrequenz kann über eine periodische Anpassung der Zeiträume und/oder über eine periodische Anpassung der Änderung der Zeiträume berechnet werden. Mit der Balancingfrequenz lässt sich die Analyse der Daten weiter verbessern und das Batteriesystem dadurch genauer bezüglich möglicher Fehler analysie-

ren.

Bei diesem zuletzt genannten Verfahren können zusätzliche Vorteile erreicht werden, wenn das Verfahren ferner den Schritt umfasst:

(e3) Berechnen einer Änderung der Balancingfrequenz, wobei das Regeln des Batteriesystems in Schritt (f) in Abhängigkeit der Änderung der Balancingfrequenz erfolgt. Die Änderung der Balancingfrequenz kann über die Ableitung der Balancingfrequenz berechnet werden. Auch hierdurch ist eine weitere Erhöhung der Genauigkeit

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der Fehleranalyse möglich. Insbesondere können einige der im Batteriesystem auftretenden möglichen Fehler hierdurch besonders früh erkannt werden.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit eines Nutzungsprofils durchgeführt wird.

Nutzungsprofile von Batteriesystemen sind wesentlich für die Verwaltung und Optimierung von Batterielebensdauer und Effizienz. Diese Profile variieren stark, je nach Anwendungsbereich und Art der Batterie. Die Art der Nutzung hängt stark vom Einsatzbereich ab. Beispielsweise haben Batterien in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ein anderes Nutzungsprofil als solche in Energiespeichersystemen für erneuerbare Energien oder in tragbaren Elektronikgeräten. Die Häufigkeit und Intensität der Lade- und Entladezyklen beeinflussen die Lebensdauer der Batterie. Tiefentladungen und häufiges vollständiges Aufladen können die Batterielebensdauer verkürzen. Ferner ist die Betriebstemperatur für die Leistung und Lebensdauer von Batterien entscheidend. Extreme Temperaturen, sowohl hohe als auch niedrige, können die Batterieleistung negativ beeinflussen. Eine in Schritt (f) detektierte Änderung der Zeiträume zwischen denen Balancings durchgeführt werden kann daher stark vom jeweiligen Nutzungsprofil beeinflusst werden. Die Einbeziehung des Nutzungsprofil in die Regelung des Batteriesystems kann daher die Genauigkeit der Regelung weiter

verbessern und damit die zuvor diskutierten Vorteile weiter verstärken.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das Batteriesystem ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und das Verfahren ferner die Schritte umfasst: (d4) Messen einer vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, zwischen der Balancings geschaltet werden, (e4) Ermitteln einer Änderung der Wegstrecke über mehrere Messungen, und (f4) Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der in Schritt (e4) detektierten Änderung.

Mit den Schritten (d4), (e4) und (f4) kann nicht nur die Betriebsdauer, sondern auch die Betriebsweise des Fahrzeugs zum Regeln des Batteriesystems genutzt werden. Die Regelung kann hierdurch weiter verbessert werden.

Weitere Vorteile werden erzielt, wenn das Verfahren ferner die Schritte umfasst: Bestimmen der zwischen den Balancings im Batteriesystem jeweils umgesetzten La-

demengen und/oder Energiemengen, Ermitteln einer Änderung der umgesetzten La-

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demengen und/oder einer Änderung der umgesetzten Energiemengen über mehrere Messungen, und Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der Änderung der umgesetzten Lademengen und/oder der Änderung der umgesetzten Energiemengen.

Die Überwachung von Batteriesystemen kann über eine Verknüpfung der Änderung der Zeiträume zwischen Balancings und/oder der Balancingfrequenz mit den jeweiligen im Batteriesystem umgesetzten und in Amperestunden (Ah) gemessenen Lademengen und/oder der in Wh gemessenen Energiemengen (Wh) des Batteriesystem bzw. deren Änderung erfolgen. Hierbei werden sowohl Lade- als auch Entladevorgänge summiert. Üblicherweise wird hierbei eine Abnahme infolge von Alterung oder Schädigung erwartet. In Kombination mit der Änderung der Balancinglänge sind Änderung der Lademenge und/oder Änderung der Energiemenge besonders Aussagekräftige Parameter für eine weitere Optimierung. Die Batterieregelung kann somit über die Berücksichtigung der Lademengen und/oder Energiemengen weiter optimiert werden und dadurch zu einer längeren Batterielebensdauer beitragen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriemanagementsystem, welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Batteriemanagementsystem dieses veranlassen, die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.

Schließlich liefert die Erfindung ein Datenträgersignal, dass das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 überträgt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schaltskizze eines Batteriesystem zur Anwendung eines Batteriemanagementsystems gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 2 eine exemplarische Messwerterfassung in einem Batteriesystem zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt schematisch eine Schaltskizze eines Batteriesystem 10 umfassend mehrere Batterieeinheiten 12, die zu einem Batteriepack 14 in Reihe zusammengeschaltet sind. Das Batteriepack 14 weist einen Eingangspol 16 und einen Ausgangspol 18 auf, über denen eine Batteriepackspannung anliegt. Über jede der Batterieeinheiten 12 wird mittels einer Spannungsmesseinrichtung 20 die an der Batterieeinheit 12 anliegende Ausgangsspannung gemessen. Die gemessenen Spannungswerte werden in einem Batteriemanagementsystem 22 zusammengeführt und ausgewertet. Das Batteriemanagementsystem 22 kann dadurch feststellen, dass eine der Batterieeinheiten 12 eine Batterieeinheit mit abweichendem Ladezustand 24 ist. Der abweichende Ladezustand wird dann festgestellt, wenn die Differenz zwischen zwei Ausgangsspannungen von unterschiedlichen und nebeneinander angeordneten Batterieeinheiten einen Schwellwert überschreitet. Das Batteriemanagementsystem ist ferner dazu eingerichtet, die Batterien zu Steuern und/oder zu Regeln. Insbesondere ist das Batteriemanagementsystem 22 dazu eingerichtet, ein Balancing zwischen den Batterieeinheiten 12 durchzuführen. Das Balancing, also der Balancing-Vorgang, wird grundsätzlich so lange durchgeführt, bis die Ladezustände der Batterien wieder angeglichen sind. Weitere Schalteinrichtungen, die dazu vorgesehen sind, ein Balancing zu schalten sind aus dem Stand der Technik bekannt und hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht im Detail dargestellt.

Figur 2 zeigt eine exemplarische Messwerterfassung beim Betrieb eines Batteriesystems 10. Über eine Zeit t wird das Batteriesystem 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten 12 betrieben. Hierbei finden Lade- und Entladevorgänge statt. Kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen werden die Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten 12 gemessen. Während des Betriebs werden eine Reihe von Balancings zu einer Batterieeinheit 12 geschaltet. In der oberen Auftragung sind Messwerte 26 von Balancings aufgetragen, wobei die Messwerte 26 die Balancinglänge rt und den Zeitpunkt ti des jeweiligen Balancings beinhalten. Die Balancinglänge rt gibt die Dauer vom Beginn des Ladungstransfers bis zum Abschluss des Ladungstransfers an, also die Zeitspanne, bis die Ladung der entsprechenden Batterieeinheit 12 wieder angeglichen ist. In der Auftragung ist gezeigt, dass die Balan-

cinglängen T der Balancings in diesem Beispiel konstant sind. Zu Beginn der Messung beträgt der Zeitraum zwischen zwei Balancings einen Wert Z1. Nach einem Zeitpunkt tı müssen die Balancings häufiger, jeweils mit einem geringeren Abstand Z2 durchgeführt werden. In der unteren Auftragung ist daher ein Sprung in der Balancingfrequenz f zu erkennen. Diese Erhöhung und/oder der Frequenzsprung kann zur Identifikation eines Fehlers und zum Regeln des Batteriesystems 10 genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Größe der Änderung genutzt werden. Ferner kann die Balancinglänge rt, die benötigt wird, um das Balancing an der Batterieeinheit 12 durchzuführen, in die Identifikation mit einbezogen werden. Aus der Messung der beiden Parameter Zeitraum zwischen Balancings und Balancinglänge rt kann in diesem Beispiel erkannt werden, dass die Balancinglänge rt vor dem Event und nach dem Event gleich ist, die Balancinglänge rt also vom Fehler nicht beeinflusst wird. Der einzelne Sprung in den Zeiträumen lässt den Schluss zu, dass ein einzelnes Event einen Fehler verursacht hat. In Zusammenhang können diese Informationen darauf hindeuten, dass der Fehler nicht in der Batteriechemie selbst begründet ist, sondern es sich unter Umständen um einen schaltungstechnischen Fehler handelt, der zur häufigeren Entladung der Batterieeinheit 12 führt. Je nach Anwendungsbereich und Batterietyp kann das Batteriemanagementsystem 22 die als fehlerhaft erachtete Batterieeinheit 12 aus dem Betrieb entkoppeln, gegebenenfalls nach einer Entladung, und/oder eine Warnung ausgeben, zur Durchführung einer Batteriekontrolle in einer Werkstatt.

Sinken dagegen die Zeiträume, zwischen denen Balancings geschaltet werden, langsam und kontinuierlich über mehrere Balancings ab, kann daraus gegebenenfalls auf einen normalen Alterungsprozess geschlossen werden. Ist dabei zusätzlich ein Anstieg der Balancinglänge rt gegeben, kann das ein weiterer Hinweise auf den Alterungsprozess sein. Steigende Zeiträume, zwischen denen Balancings geschaltet werden, wären dagegen ein Hinweis darauf, dass sich die Kapazitäten und Zustände der Zellen wieder einander angleichen, was ein grundsätzlich ein Zeichen für eine Zellregeneration sein kann. Wie in anderen Analysen auch kann auch hierbei insbesondere der Batterietyp, die Art des Batteriesystems und/oder die Größe der Ände-

rung jeweils mit einbezogen werden.

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Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

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Bezugszeichenliste

10 Batteriesystem

12 Batterieeinheit

14 Batteriepack

16 Eingangspol

18 Ausgangspol

20 Spannungsmesseinrichtung

22 Batteriemanagementsystem

24 Batterieeinheit mit abweichendem Ladezustand 26 Messwert

T Balancinglänge

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems (10), insbesondere eines Fahrzeugbatteriesystems, mit mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (12), umfassend die Schritte:

(a) Messen von Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten (12) und, wenn die Differenz zwischen zwei Ausgangsspannungen von unter-

schiedlichen Batterieeinheiten (12) einen Schwellwert überschreitet:

(b) Durchführen eines Balancings zum Ladungsausgleich zwischen den beiden Batterieeinheiten (12), bis die die Differenz zwischen den zwei Ausgangsspannungen angeglichen ist,

(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), und dabei:

(d) Messen der Zeiträume zwischen denen Balancings durchgeführt werden, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch die Schritte:

(e) Ermitteln einer Änderung der Zeiträume über mehrere Messungen, und

(f) Regeln des Batteriesystems (10) in Abhängigkeit der in Schritt (e) detektierten Änderung.

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (e) ferner die Balancinglängen (r) der mehreren Messungen ermittelt werden und in Schritt (f) das Batteriesys-

tem (10) zusätzlich in Abhängigkeit der Balancinglängen (rt) geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (10) in Schritt (f) derart geregelt wird, dass es abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:

(e2) Berechnen einer Balancingfrequenz über die in Schritt (d) gemessenen Zeiträume und/oder über die in Schritt (e) ermittelten Änderung der Zeiträume, wobei das Regeln des Batteriesystems (10) in Schritt (f) in Abhängigkeit der Balancingfrequenz erfolgt.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt:

(e3) Berechnen einer Änderung der Balancingfrequenz, wobei das Regeln des Batteriesystems (10) in Schritt (f) in Abhängigkeit der Änderung der Balancingfrequenz erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (10) ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

(d4) Messen einer vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, zwischen der Balancings durchgeführt werden,

(e4) Ermitteln einer Änderung der Wegstrecke über mehrere Messungen, und

(f4) Regeln des Batteriesystems (10) in Abhängigkeit der in Schritt (e4) detektierten Änderung.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte:

Bestimmen der zwischen den Balancings im Batteriesystem jeweils umgesetz-

ten Lademengen und/oder Energiemengen,

Ermitteln einer Änderung der umgesetzten Lademengen und/oder einer Änderung der umgesetzten Energiemengen über mehrere Messungen, und

Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der Änderung der umgesetzten Lademengen und/oder der Änderung der umgesetzten Energiemengen.

8. Batteriemanagementsystem (22), welches dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.

9. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Batteriemanagementsystem dieses veranlassen, die

Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.

10. Datenträgersignal, dass das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 überträgt.

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Claims (9)

Geänderte Patentansprüche (Reinschrift)

1. Verfahren zum Regeln eines Batteriesystems (10), insbesondere eines Fahrzeugbatteriesystems, mit mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (12), umfassend die Schritte:

(a) Messen von Ausgangsspannungen der Batterieeinheiten (12) und, wenn die Differenz zwischen zwei Ausgangsspannungen von unter-

schiedlichen Batterieeinheiten (12) einen Schwellwert überschreitet:

(b) Durchführen eines Balancings zum Ladungsausgleich zwischen den beiden Batterieeinheiten (12), bis die die Differenz zwischen den zwei Ausgangsspannungen angeglichen ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch die Schritte:

(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b), und dabei:

(d) Messen der Zeiträume zwischen denen Balancings durchgeführt werden,

(e) Ermitteln einer Änderung der Zeiträume über mehrere Messungen, und

(f) Regeln des Batteriesystems (10) in Abhängigkeit der in Schritt (e) detektierten Änderung.

2, Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (e) ferner die Balancinglängen (r) der mehreren Messungen ermittelt werden und in Schritt (f) das Batteriesys-

tem (10) zusätzlich in Abhängigkeit der Balancinglängen (rt) geregelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (10) in Schritt (f) derart geregelt wird, dass es abgeschaltet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt:

(e2) Berechnen einer Balancingfrequenz über die in Schritt (d) gemessenen Zeiträume und/oder über die in Schritt (e) ermittelten Änderung der Zeiträume,

18/19 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

wobei das Regeln des Batteriesystems (10) in Schritt (f) in Abhängigkeit der Balancingfrequenz erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt:

(e3) Berechnen einer Änderung der Balancingfrequenz, wobei das Regeln des Batteriesystems (10) in Schritt (f) in Abhängigkeit der Änderung der Balancingfrequenz erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (10) ein Fahrzeugbatteriesystem eines Fahrzeugs ist und das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

(d4) Messen einer vom Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, zwischen der Balancings durchgeführt werden,

(e4) Ermitteln einer Änderung der Wegstrecke über mehrere Messungen, und

(f4) Regeln des Batteriesystems (10) in Abhängigkeit der in Schritt (e4) detektierten Änderung.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend die Schritte:

Bestimmen der zwischen den Balancings im Batteriesystem jeweils umgesetz-

ten Lademengen und/oder Energiemengen,

Ermitteln einer Änderung der umgesetzten Lademengen und/oder einer Änderung der umgesetzten Energiemengen über mehrere Messungen, und

Regeln des Batteriesystems in Abhängigkeit der Änderung der umgesetzten Lademengen und/oder der Änderung der umgesetzten Energiemengen.

8. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch ein Batteriemanagementsystem dieses veranlassen, die

Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.

9. Datenträgersignal, dass das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 8 überträgt.

19/19 ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE