WO2016005107A1 - Verfahren zur regelung einer ausgangsspannung eines batteriesystems sowie zur ausführung des verfahrens ausgebildetes batteriesystem - Google Patents

Verfahren zur regelung einer ausgangsspannung eines batteriesystems sowie zur ausführung des verfahrens ausgebildetes batteriesystem Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an output voltage of a battery system having a plurality of battery cells, which are electrically connected such that battery cells of the battery system are respectively connected to the battery system according to a first switching state and are electrically bridged according to a second switching state, wherein for adapting an actual - Output voltage of the battery system to a desired output voltage at least one switch-on probability is generated and the battery cells are connected to the battery system with the at least one generated switch-on probability.
  • the invention relates to a battery system comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, a plurality of drive circuits and a control unit for controlling an output voltage of the battery system provided by the battery cells, wherein the battery cells each one of the drive circuits is assigned and the battery cells each by means of the drive circuits Battery system can be switched on or can be electrically bypassed.
  • battery cells To meet requirements of battery systems in terms of their capacity and / or performance, it is known to electrically interconnect battery cells. In particular, it is known to connect a plurality of battery cells electrically in series to a battery string and this In turn, connect battery strings to each other electrically in parallel. In order to provide a required output voltage through the battery system, it is also known to connect such battery strings and / or individual battery cells of a battery system to the battery system, so that these battery cells provide a voltage contribution to the output voltage. Likewise, in order to provide a required output voltage, it is known to electrically bridge battery cells of the battery system in order to disconnect the battery cells from the battery system in such a way that they do not contribute any voltage to the output voltage of the battery system.
  • the problem here is in particular that the individual battery cells with respect to their capacity and their internal resistance have deviations, especially for manufacturing reasons, so that the battery cells usually have divergent states of charge.
  • a switch-on probability wherein the battery cells are switched to the battery system with this switch-on probability. For example, if a battery system is designed to provide a maximum output voltage of 400 volts, with all the battery cells interconnected to provide the output voltage, and a target output voltage of 300 volts is required, a turn-on probability of 75 percent is set to maintain the predetermined target voltage. To reach output voltage.
  • This switch-on probability is advantageously via a central communication bus of the battery system, the battery cells or corresponding drive circuits of the battery cells communicates.
  • each battery cell itself determines a battery cell associated quality factor, which may depend for example on the battery cell voltage of this battery cell, the battery cell temperature and / or the state of charge of the battery cell (SOC, SOC: State of charge).
  • the target output voltage is set on average.
  • an object of the present invention to improve the regulation of the output voltage of a battery system.
  • an improved adaptation of an actual output voltage of a battery system to a desired output voltage is to be achieved. It should advantageously be avoided strong deviations of the actual output voltage from the desired output voltage.
  • An autonomous cell balancing should advantageously continue to be possible.
  • a method for controlling an output voltage of a battery system having a plurality of battery cells, which are electrically connected such that battery cells of the battery system are respectively connected to the battery system according to a first switching state and are electrically bridged according to a second switching state proposed, for adapting an actual output voltage of the battery system to a desired output voltage at least one switch-on probability is generated and the battery cells are connected to the at least one generated switch-on probability the battery system, and wherein for adapting the actual output voltage of the
  • the switch-on probability is advantageously the one
  • the switch-on probability preferably has a value between 0 and 1.
  • the switchover probability is advantageously the probability that a battery cell changes its switching state at all, ie in particular changes from the first switching state to the second switching state or changes from the second switching state to the first switching state. It is possible in principle that the switching probability can also assume a value between 0 and 1.
  • a battery cell of the battery system is advantageously always either connected to the battery system or electrically bridged, the battery cell by a change in the interconnection, in particular by controlling switching elements, from one switching state in the other
  • Switching state can change, so for example, from the switching state “electrically bridged” can switch to the switching state "the battery system” switched. If a battery cell of the battery system is connected to the battery system, this battery cell advantageously provides a voltage contribution to the output voltage of the battery system. When charging the battery system, battery cells connected to the battery system are also advantageously recharged. If a battery cell of the battery system is electrically bridged, this battery cell advantageously provides no voltage contribution to the output voltage of the battery system. When charging the battery system electrically bridged battery cells are also advantageously not recharged.
  • Output voltage has small values, so that virtually the readiness of a battery cell to change their switching state is lower and strong deviations from the desired value when specifying a new switch-on thus advantageously be avoided.
  • Small deviations between the actual output voltage and the desired output voltage are in particular deviations of less than seven percent.
  • the switching probability has large values for large deviations between the actual output voltage and the setpoint output voltage, so that, as it were, the readiness of a
  • Battery cell whose switching state to change is greater and thus advantageously a faster and better adaptation of the actual output voltage to the target output voltage with specification of a new switch-on probability can thus be achieved.
  • Large deviations between the actual output voltage and the desired output voltage are in particular deviations of more than twenty percent.
  • the change in the switching state still depends on the quality factor determined by the respective battery cell, the determination of the quality factor in particular being known from the prior art he follows.
  • the quality factor may in particular depend on the state of charge of the battery cell and / or the battery cell temperature of the battery cell and / or the battery cell voltage of the battery cell.
  • Switching probability in consideration of the respective quality factor of the respective battery cell is advantageously an autonomous cell balancing allows, advantageously while avoiding the occurrence of large deviations between the actual output voltage and target output voltage.
  • the at least one switch-on probability and / or the at least one switchover probability are generated as a function of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage, preferably as a function of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage.
  • the switching probability is generated as a function of the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage. This means that it is irrelevant in this embodiment for the size of the switching probability to be generated, whether the actual output voltage is greater or less than the desired output voltage. Particularly preferably, the switching probability becomes proportional to the
  • Amount of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage generated is provided.
  • the magnitude of the generated switchover probability increases linearly in relation to an increase in the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage.
  • the switching probability is greater than zero. This means that a switching probability other than 0 is always generated, so that a switchover of the battery cells between the first switching state and the second switching state is basically always possible, albeit where appropriate, the probability of such switching is low.
  • an autonomous cell balancing in particular taking into account the quality factor of the respective battery cell, is advantageously also possible.
  • the switching probability based on a switching probability function in particular a linear switching probability function
  • Switching probability function advantageously a predetermined offset when the actual output voltage matches the setpoint output voltage.
  • this offset can have a value between 0.001 and 0.01.
  • the switching probability is then advantageously always at least as large as the predetermined offset.
  • the switching probability and / or an increase in the switching probability is limited when the amount of the difference between the desired output voltage and the actual output voltage exceeds a predefined value.
  • the value is predefined as an absolute value, for example as a value of 20 volts or more, and / or as a relative value, for example as a deviation of more than 15%. If this predefined value is exceeded, it is provided as an embodiment variant that the generated switching probability is limited to a maximum value, in particular a value between 0.6 and 0.9.
  • the switchover probability when the predefined value is exceeded, continues to increase with further increasing magnitude values of the difference between the setpoint output voltage and the actual output voltage, but less strongly than in the case of magnitude values that are smaller than the predefined value ,
  • controllers with D components can be used to generate the switch-on probability and / or the switchover probability.
  • the at least one switch-on probability by means of an I-controller or a PI controller is generated.
  • the switching probability is preferably generated by means of a P controller.
  • Battery cells can be done to the battery system for each battery cell with either positive polarity or negative polarity, to adapt the actual output voltage to the desired output voltage, a positive switch-on probability is generated and the battery cells with the generated positive switch-on probability are connected to the battery system with positive polarity and / or a negative switch-on probability is generated and the battery cells with the generated negative switch-on probability are connected to the battery system with negative polarity.
  • the battery cells are connected in a full bridge configuration to a battery string of the battery system.
  • the positive switch-on probability is advantageously the probability that a bridged battery cell with positive polarity should be connected to the battery system.
  • the negative switch-on probability is advantageously the probability that a bridged cell with negative polarity should be connected to the battery system.
  • the positive switch-on probability preferably has a positive sign
  • the negative switch-on probability preferably a negative sign.
  • Battery system comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, a plurality of drive circuits and a control unit for controlling an output voltage provided by the battery cells of the battery system proposed, wherein the battery cells each one of the drive circuits is assigned and the Battery cells can be connected to the battery system respectively by means of the driving circuits or can be electrically bridged, wherein the battery system is advantageously designed to carry out a method according to the invention.
  • the battery system is a battery system designed to provide the electrical energy required for the operation of a hybrid, plug-in hybrid or electric vehicle.
  • the battery cells are advantageously secondary battery cells, that is, rechargeable battery cells, preferably lithium-ion cells.
  • the battery system has at least one battery string, wherein a battery string advantageously each comprises a plurality of battery cells.
  • a battery string advantageously each comprises a plurality of battery cells.
  • the battery system has a plurality of battery strings, wherein the battery strings are advantageously connected in parallel electrically.
  • the battery system comprises at least one battery string, wherein the battery cells are each connected in a half-bridge configuration to a battery string of the battery system.
  • the battery system comprises at least one battery string, wherein the battery cells are each connected in a full bridge configuration to a battery string of the battery system. Due to the full bridge configuration, a battery cell of the battery system is advantageously electrically connected in each case such that the battery cell can be connected to the battery system with positive polarity of the battery system by means of the associated switching elements can be connected to the battery system with negative polarity and can be electrically bridged, the Battery cells advantageously - except for the switching torque as such - is in one of these switching states.
  • the drive circuit assigned to a battery cell comprises at least one switching element, at least one driver, at least one microcontroller circuit and at least one interface.
  • the microcontroller circuit is advantageously designed to receive the at least one switch-on probability and the switching probability via the at least one interface.
  • the microcontroller circuit is furthermore designed to generate a drive signal based on the at least one switch-on probability and the switchover probability. This drive signal is advantageously transmitted to the at least one driver.
  • the driver is advantageously designed to switch the at least one switching element as a function of the generated drive signal.
  • the switching element is a transistor, preferably a MOSFET (MOSFET: metal oxide semiconductor field-effect transistor).
  • the battery system comprises a bus system, preferably a CAN bus (CAN: Controller Area Network), via which in each case the at least one switch-on probability and the switching probability is transmitted to the battery cells, preferably centrally transmitted.
  • CAN bus Controller Area Network
  • the battery system comprises a battery management system.
  • the battery management system preferably comprises the control unit.
  • a control unit of the battery management system preferably the Battery Control Unit (BCU) is designed to generate the at least one switch-on probability and / or the switching probability.
  • the control unit in particular the actual output voltage and the target output voltage are supplied.
  • the at least one of a switch-on probability function is advantageously used
  • Switch Probability function generates the switchover probability.
  • the at least one switch-on probability and the Switching probability are advantageously the manipulated variables of the control of the output voltage.
  • FIG. 1 shows a simplified schematic representation of an embodiment of a battery system according to the invention
  • FIG. 2 shows a simplified schematic representation of a further exemplary embodiment of a battery system according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment for generating a switch-on probability and a switch-over probability
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment for generating a switch-on probability and a switch-over probability
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment for generating a switching probability as a function of the amount of the difference between the nominal output voltage and the actual output voltage
  • the battery system 1 shown in FIG. 1 comprises a plurality of electrically interconnected battery cells 2, wherein, for better clarity, only one battery cell 2 with a drive circuit 10 assigned to the battery cell 2 is shown. This arrangement of battery cell 2 with drive circuit 10 is repeated several times, as symbolized by the punctures in the battery system 1.
  • the battery cells 2 are in the embodiment shown in Fig. 1 in a half-bridge configuration 7 via the battery string 6 the battery system 1 switchable or electrically bridged. This depends on the switch position of the switching elements 14.
  • the switching elements 14 are driven by the respective battery cell 2 associated drive circuit 10.
  • the switching element 14 can be realized in particular by transistors.
  • the drive circuit 10 assigned in each case to a battery cell 2 comprises an interface 11, a microcontroller circuit 12 and a driver 13.
  • the battery system 1 further comprises a control unit 16, wherein advantageously the battery control unit of the battery system 1 is designed as a control unit.
  • the control unit 16 is supplied with the actual output voltage 3 of the battery system 1 as an input variable.
  • the control unit 16 is designed to generate a switch-on probability 5 and a switchover probability 15 as a function of the actual output voltage 3 and the predetermined desired output voltage.
  • the switch-on probability 5 and the switch-over probability 15 are transmitted to the drive circuit 10 via a communication bus of the battery system 1.
  • the switch-on probability and the switching probability are transmitted to the microcontroller circuit 12 via the interface 11.
  • the microcontroller circuit 12 is designed to determine a quality factor associated with the battery cell 2.
  • battery cell parameters flow into the determination of this quality factor, in particular the battery cell voltage, the battery cell temperature and the state of charge of the battery cell.
  • a good battery cell state leads to a high quality factor, a poor battery cell state to a low quality factor.
  • the microcontroller circuit 12 is further configured to determine, based on the received switch-on probability 5, the received switching probability 15 and the quality factor associated with the battery cell 2, whether the switching state of the battery cell 2 is changed, ie the battery cell 2 is to be connected to the battery system 1 or is electrically bridged shall be.
  • the microcontroller circuit 12 sends a corresponding switching signal to the driver 13 for bridging the battery cell 2 or for connecting the battery cell 2 to the battery system 1 , which then the
  • Switching elements 14 switches accordingly.
  • the switching probability 15 is advantageously proportional to the amount of deviation between the actual and desired value of the battery output voltage.
  • FIG. 2 shows an advantageous embodiment variant of the battery system 1 shown in FIG. 1 and explained in connection with FIG. 1.
  • the battery cells 2 of the battery system 1 are in contrast to that shown in FIG. 1
  • the control unit 16 is advantageously designed to generate a switch-on probability 5 and a switch-over probability 15 which corresponds to that of a respective one
  • a number of battery cells of a battery system in a half-bridge configuration to a battery string of the battery system is connected and a further number of battery cells of this battery system is connected in a full-bridge configuration to a battery string of this battery system.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an advantageous
  • Embodiment for a realization of the control unit 16 By means of a summing unit 17, the difference between the setpoint output voltage 4 and the actual output voltage 3 is formed. Based on the difference between the desired output voltage 4 and the actual output voltage 3, the switch-on probability 5 is generated by means of a first regulator 18, preferably by means of an I or Pl controller. The switching probability 15 is generated by means of a second regulator 19, preferably a proportional regulator, from the difference of the desired output voltage 4 and the actual output voltage 3.
  • the amount of the difference between the nominal output voltage 4 and the actual output voltage 3 is initially formed by means of an absolute value image 20 in order to generate the switching probability 15.
  • the switching probability 15 is then generated by means of the second regulator 19 in proportion to the amount of the difference between the desired output voltage 4 and the actual output voltage 3.
  • FIG. 5 shows a particularly advantageous characteristic curve as a switching probability function ⁇ ⁇ (
  • Switching probability as a function of the amount
  • the respective value for the switching probability PUM is plotted correspondingly on the y-axis 22 of the illustrated coordinate system.
  • ⁇ u the advantageous characteristic shown in FIG. 5 is linear.
  • the characteristic curve has an offset 23, which, in particular with only a slight deviation of the actual output voltage from the desired output voltage, that is, at
  • the characteristic shown in FIG. 5 is such that the switching probability PUM is limited to a value PuM max when the value
  • the switching probability PUM then advantageously increases even as the amount
  • PuM max can in particular have a value between 0.6 and 0.9.
  • ) continues to rise even for values greater than ⁇ U
  • G is advantageously low.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems (1) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (2), welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen (2) des Batteriesystems (1) jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem (1) zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit (5) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden und zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit (15) generiert wird und die Batteriezellen (2) mit der wenigstens einen generierten Umschaltwahrscheinlichkeit (15) den jeweiligen Schaltzustand ändern. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Batteriesystem (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen (10) und eine Regeleinheit (16), wobei die Batteriezellen (2) jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen (10) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems sowie zur Ausführung des Verfahrens ausgebildetes Batteriesystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen des Batteriesystems jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist- Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriesystem umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen, eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen und eine Regeleinheit zur Regelung einer durch die Batteriezellen bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems, wobei den Batteriezellen jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen zugewiesen ist und die Batteriezellen jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen dem Batteriesystem zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können.
Stand der Technik
Zur Erfüllung von Anforderungen an Batteriesysteme hinsichtlich deren Kapazität und/oder Leistung ist es bekannt, Batteriezellen elektrisch miteinander zu verschalten. Insbesondere ist es dabei bekannt, eine Mehrzahl von Batteriezellen elektrisch in Reihe zu einem Batteriestrang zu verschalten und diese Batteriestränge wiederum elektrisch parallel miteinander zu verschalten. Um eine geforderte Ausgangsspannung durch das Batteriesystem bereitzustellen, ist es ferner bekannt, solche Batteriestränge und/oder einzelne Batteriezellen eines Batteriesystems dem Batteriesystem zuzuschalten, sodass diese Batteriezellen einen Spannungsbeitrag zur Ausgangsspannung liefern. Ebenso ist es zur Bereitstellung einer geforderten Ausgangsspannung bekannt, Batteriezellen des Batteriesystems elektrisch zu überbrücken, um die Batteriezellen auf diese Weise von dem Batteriesystem zu trennen, sodass diese keinen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems liefern.
Problematisch hierbei ist insbesondere, dass die einzelnen Batteriezellen bezüglich deren Kapazität und deren Innenwiderstand Abweichungen aufweisen, insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen, sodass die Batteriezellen üblicherweise voneinander abweichende Ladezustände aufweisen.
Aus den Druckschriften KR 2003-92464, KR 2007-66293 und US 2005/053092 sind Batteriesysteme bekannt, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine vorgegebene Soll-Ausgangsspannung des Batteriesystems die einzelnen Batteriezellen zufällig ein- beziehungsweise ausgeschaltet werden und somit entweder einen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems leisten oder nicht.
Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, eine Einschaltwahrscheinlichkeit zu generieren, wobei die Batteriezellen mit dieser Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden. Ist ein Batteriesystem beispielsweise ausgebildet, eine maximale Ausgangsspannung von 400 Volt bereitzustellen, wobei sämtliche Batteriezellen zur Bereitstellung der Ausgangsspannung miteinander verschaltet sind, und wird eine Soll- Ausgangsspannung von 300 Volt gefordert, so wird eine Einschaltwahrscheinlichkeit von 75 % vorgegeben, um die vorgegebene Soll- Ausgangsspannung zu erreichen.
Diese Einschaltwahrscheinlichkeit wird vorteilhafterweise über einen zentralen Kommunikations-Bus des Batteriesystems den Batteriezellen beziehungsweise entsprechenden Ansteuerungsschaltungen der Batteriezellen kommuniziert. Insbesondere ist es dabei bekannt, dass jede Batteriezelle selber einen der Batteriezelle zugeordneten Gütefaktor bestimmt, welcher beispielsweise von der Batteriezellspannung dieser Batteriezelle, der Batteriezelltemperatur und/oder dem Ladezustand der Batteriezelle (SOC, SOC: State of Charge) abhängen kann.
Unter Berücksichtigung des Gütefaktors der Batteriezelle und der vorgegebenen Einschaltwahrscheinlichkeit werden dann Batteriezellen dem Batteriesystem zugeschaltet. Dabei wird im Mittel die Soll-Ausgangsspannung eingestellt. Ein
Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Fall eintreten kann, dass die Batteriezellen so geschaltet werden, dass eine große Abweichung der Ist- Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung auftritt. Dies würde dann durch die Regelung dadurch korrigiert werden, dass die Einschaltwahrscheinlichkeit entsprechend angepasst wird. Dabei kann es jedoch zu unerwünschten Ausreißern der Ist-Ausgangsspannung kommen. Würde zur Vermeidung dieser Problematik die Einschaltwahrscheinlichkeit nicht erneut vorgegeben, wäre nachteiligerweise ein autonomes Cell-Balancing nicht mehr realisiert.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Regelung der Ausgangsspannung eines Batteriesystems zu verbessern. Insbesondere soll eine verbesserte Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung eines Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung erzielt werden. Dabei sollen vorteilhafterweise starke Abweichungen der Ist- Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung vermieden werden. Ein autonomes Cell-Balancing soll dabei vorteilhafterweise weiterhin ermöglicht sein.
Offenbarung der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen des Batteriesystems jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, vorgeschlagen, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung des Batteriesystems an eine Soll-Ausgangsspannung wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem zugeschaltet werden, und wobei zur Anpassung der Ist-Ausgangsspannung des
Batteriesystems an die Soll-Ausgangsspannung zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit den jeweiligen Schaltzustand ändern. Die Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise diejenige
Wahrscheinlichkeit, dass eine elektrisch überbrückte Batteriezelle dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll. Vorzugsweise weist die Einschaltwahrscheinlichkeit einen Wert zwischen 0 und 1 auf. Die Umschaltwahrscheinlichkeit ist vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine Batteriezelle überhaupt deren Schaltzustand ändert, also insbesondere von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand wechselt oder von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand wechselt. Dabei ist es vom Prinzip her möglich, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit ebenfalls einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann.
Eine Batteriezelle des Batteriesystems ist vorteilhafterweise immer entweder dem Batteriesystem zugeschaltet oder elektrisch überbrückt, wobei die Batteriezelle durch eine Veränderung der Verschaltung, insbesondere durch Ansteuerung von Schaltelementen, von einem Schaltzustand in den anderen
Schaltzustand wechseln kann, also beispielsweise von dem Schaltzustand „elektrisch überbrückt" zu dem Schaltzustand„dem Batteriesystem zugeschaltet" wechseln kann. Ist eine Batteriezelle des Batteriesystems dem Batteriesystem zugeschaltet, so liefert diese Batteriezelle vorteilhafterweise einen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems. Beim Laden des Batteriesystems werden dem Batteriesystem zugeschaltete Batteriezellen zudem vorteilhafterweise nachgeladen. Ist eine Batteriezelle des Batteriesystems elektrisch überbrückt, so liefert diese Batteriezelle vorteilhafterweise keinen Spannungsbeitrag zu der Ausgangsspannung des Batteriesystems. Beim Laden des Batteriesystems werden elektrisch überbrückte Batteriezellen zudem vorteilhafterweise nicht nachgeladen.
Durch die Generierung einer Umschaltwahrscheinlichkeit zusätzlich zu der Einschaltwahrscheinlichkeit und der zentralen Übertragung dieser Umschaltwahrscheinlichkeit und der Einschaltwahrscheinlichkeit an die Batteriezellen eines Batteriesystems werden Abweichungen zwischen der Ist-
Ausgangsspannung und der Soll-Ausgangsspannung vorteilhafterweise reduziert.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei geringen Abweichungen zwischen Ist- Ausgangsspannung und Soll-
Ausgangsspannung kleine Werte aufweist, sodass quasi die Bereitschaft einer Batteriezelle deren Schaltzustand zu ändern geringer ist und starke Abweichungen von dem Soll-Wert bei Vorgabe einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeit somit vorteilhafterweise vermieden werden. Geringe Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung sind dabei insbesondere Abweichungen um weniger als sieben Prozent.
Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei großen Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll- Ausgangsspannung große Werte aufweist, sodass quasi die Bereitschaft einer
Batteriezelle deren Schaltzustand zu ändern größer ist und somit vorteilhafterweise eine schnellere und bessere Anpassung der Ist- Ausgangsspannung an die Soll-Ausgangsspannung bei Vorgabe einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeit somit erzielt werden kann. Große Abweichungen zwischen Ist- Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung sind dabei insbesondere Abweichungen um mehr als zwanzig Prozent.
Vorteilhafterweise hängt die Änderung des Schaltzustandes nach wie vor von dem von der jeweiligen Batteriezelle bestimmten Gütefaktor ab, wobei die Bestimmung des Gütefaktors insbesondere wie im Stand der Technik bekannt erfolgt. Der Gütefaktor kann dabei insbesondere von dem Ladezustand der Batteriezelle und/oder der Batteriezelltemperatur der Batteriezelle und/oder der Batteriezellspannung der Batteriezelle abhängen. Durch die Vorgabe von Einschaltwahrscheinlichkeit und
Umschaltwahrscheinlichkeit bei Berücksichtigung des jeweiligen Gütefaktors der jeweiligen Batteriezelle ist vorteilhafterweise ein autonomes Cell-Balancing ermöglicht, vorteilhafterweise unter Vermeidung des Auftretens von großen Abweichungen zwischen Ist-Ausgangsspannung und Soll-Ausgangsspannung.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder die wenigstens eine Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von der Differenz aus der Soll- Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung generiert werden, vorzugsweise als Funktion der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung generiert. Das heißt, dass es bei dieser Ausgestaltung für die Größe der zu generierenden Umschaltwahrscheinlichkeit ohne Bedeutung ist, ob die Ist- Ausgangsspannung größer oder kleiner ist als die Soll-Ausgangsspannung. Besonders bevorzugt wird die Umschaltwahrscheinlichkeit proportional zu dem
Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist- Ausgangsspannung generiert. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich die Größe der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit linear ansteigend zu einer Zunahme des Betrags der Differenz aus Soll-Ausgangsspannung und der Ist- Ausgangsspannung verhält.
Vorteilhafterweise ist die Umschaltwahrscheinlichkeit größer als null. Das heißt, dass stets eine von 0 verschiedene Umschaltwahrscheinlichkeit generiert wird, sodass ein Umschalten der Batteriezellen zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand grundsätzlich stets ermöglicht ist, wenn auch gegebenenfalls die Wahrscheinlichkeit für ein solches Umschalten gering ist. Somit ist vorteilhafterweise auch ein autonomes Cell-Balancing, insbesondere unter Berücksichtigung des Gütefaktors der jeweiligen Batteriezelle, weiterhin ermöglicht.
Bei einer Generierung der Umschaltwahrscheinlichkeit basierend auf einer Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion, insbesondere einer linearen Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion, weist die
Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion vorteilhafterweise einen vorgegebenen Offset bei Übereinstimmung von Ist-Ausgangsspannung mit Soll- Ausgangsspannung auf. Dieser Offset kann insbesondere einen Wert zwischen 0,001 und 0,01 aufweisen. Die Umschaltwahrscheinlichkeit ist dann vorteilhafterweise immer wenigstens so groß, wie der vorgegebene Offset.
Als weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit und/oder eine Zunahme der Umschaltwahrscheinlichkeit begrenzt wird, wenn der Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung einen vordefinierten Wert überschreitet. Vorteilhafterweise ist der Wert als absoluter Wert, beispielsweise als ein Wert von 20 Volt oder mehr, und/oder als relativer Wert, beispielsweise als Abweichung um mehr als 15 %, vordefiniert. Wird dieser vordefinierte Wert überschritten, so ist als eine Ausgestaltungsvariante vorgesehen, dass die generierte Umschaltwahrscheinlichkeit auf einem Maximalwert begrenzt ist, insbesondere einen Wert zwischen 0,6 und 0,9. Als weitere Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit bei einem Überschreiten des vordefinierten Wertes zwar weiterhin mit weiter zunehmenden Betragswerten der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung ansteigt, allerdings weniger stark als bei Betragswerten, die kleiner sind, als der vordefinierte Wert.
Zwar können zur Generierung der Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder der Umschaltwahrscheinlichkeit diverse bekannte Reglertypen, wie Regler mit D- Anteilen, eingesetzt werden. Bevorzugt vorgesehen ist allerdings, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit mittels eines I-Reglers oder eines PI- Reglers generiert wird. Die Umschaltwahrscheinlichkeit wird vorzugsweise mittels eines P- Reglers generiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Zuschalten der
Batteriezellen zu dem Batteriesystem für jede Batteriezelle entweder mit positiver Polarität oder mit negativer Polarität erfolgen kann, wobei zur Anpassung der Ist- Ausgangsspannung an die Soll-Ausgangsspannung eine positive Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten positiven Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem mit positiver Polarität zugeschaltet werden und/oder eine negative Einschaltwahrscheinlichkeit generiert wird und die Batteriezellen mit der generierten negativen Einschaltwahrscheinlichkeit dem Batteriesystem mit negativer Polarität zugeschaltet werden. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Batteriezellen in einer Vollbrücken- Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind.
Die positive Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine überbrückte Batteriezelle mit positiver Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll.
Die negative Einschaltwahrscheinlichkeit ist dabei vorteilhafterweise die Wahrscheinlichkeit, dass eine überbrückte Zelle mit negativer Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden soll.
Die positive Einschaltwahrscheinlichkeit weist dabei vorzugsweise ein positives Vorzeichen auf, die negative Einschaltwahrscheinlichkeit vorzugsweise ein negatives Vorzeichen. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein
Batteriesystem umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen, eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen und eine Regeleinheit zur Regelung einer durch die Batteriezellen bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems vorgeschlagen, wobei den Batteriezellen jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen zugewiesen ist und die Batteriezellen jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen dem Batteriesystem zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können, wobei das Batteriesystem vorteilhafterweise ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem ein zur Bereitstellung der für den Betrieb eines Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie ausgebildetes Batteriesystem ist. Die Batteriezellen sind dabei vorteilhafterweise sekundäre Batteriezellen, das heißt nachladbare Akkumulatorzellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang aufweist, wobei ein Batteriestrang vorteilhafterweise jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst. Vorzugsweise weist das Batteriesystem mehrere Batteriestränge auf, wobei die Batteriestränge vorteilhafterweise elektrisch parallel geschaltet sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang umfasst, wobei die Batteriezellen jeweils in einer Halbbrücken- Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems sieht vor, dass das Batteriesystem wenigstens einen Batteriestrang umfasst, wobei die Batteriezellen jeweils in einer Vollbrücken- Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen sind. Durch die Vollbrücken-Konfiguration ist eine Batteriezelle des Batteriesystems vorteilhafterweise jeweils derart elektrisch verschaltet, dass mittels der zugehörigen Schaltelemente diese Batteriezelle dem Batteriesystem mit positiver Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden kann, mit negativer Polarität dem Batteriesystem zugeschaltet werden kann und elektrisch überbrückt werden kann, wobei die Batteriezellen vorteilhafterweise - bis auf den Schaltmoment als solchen - sich in einem dieser Schaltzustände befindet. Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems ist vorgesehen, dass die einer Batteriezelle zugewiesene Ansteuerungsschaltung wenigstens ein Schaltelement, wenigstens einen Treiber, wenigstens eine Mikrocontrollerschaltung und wenigstens eine Schnittstelle umfasst. Die Mikrocontrollerschaltung ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, über die wenigstens eine Schnittstelle die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit zu empfangen. Vorteilhafterweise ist die Mikrocontrollerschaltung darüber hinaus ausgebildet, basierend auf der wenigstens einen Einschaltwahrscheinlichkeit und der Umschaltwahrscheinlichkeit ein Ansteuersignal zu erzeugen. Dieses Ansteuersignal wird vorteilhafterweise an den wenigstens einen Treiber übertragen. Der Treiber ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erzeugten Ansteuersignal das wenigstens eine Schaltelement zu schalten. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Schaltelement ein Transistor ist, vorzugsweise ein MOSFET (MOSFET: metal oxide semiconductor field-effect transistor). Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass das Batteriesystem ein Bus-System umfasst, vorzugsweise einen CAN-Bus (CAN: Controller Area Network), über welchen jeweils die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit an die Batteriezellen übertragen wird, vorzugsweise zentral übertragen wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem. Das Batteriemanagementsystem umfasst dabei vorzugsweise die Regeleinheit. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Regeleinheit des Batteriemanagementsystems, vorzugsweise die Battery Control Unit (BCU) ausgebildet ist, die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit zu generieren. Der Regeleinheit werden dabei insbesondere die Ist-Ausgangsspannung und die Soll-Ausgangsspannung zugeführt. In Abhängigkeit der Differenz der Soll-Ausgangsspannung und der Ist- Ausgangsspannung wird dabei vorteilhafterweise aus einer Einschaltwahrscheinlichkeitsfunktion die wenigstens eine
Eingangswahrscheinlichkeit und/oder aus einer
Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion die Umschaltwahrscheinlichkeit generiert. Die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit sind dabei vorteilhafterweise die Stellgrößen der Regelung der Ausgangsspannung.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem;
Fig. 2 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriesystem;
Fig. 3 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Einschaltwahrscheinlichkeit und einer Umschaltwahrscheinlichkeit;
Fig. 4 in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Einschaltwahrscheinlichkeit und einer Umschaltwahrscheinlichkeit; und
Fig. 5 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine Generierung einer Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz der Soll-Ausgangsspannung und der Ist- Ausgangsspannung
Das in Fig. 1 dargestellte Batteriesystem 1 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen 2, wobei aus Gründen der besseren Übersicht lediglich eine Batteriezelle 2 mit einer der Batteriezelle 2 zugeordneten Ansteuerungsschaltung 10 dargestellt ist. Diese Anordnung von Batteriezelle 2 mit Ansteuerungsschaltung 10 wiederholt sich dabei mehrfach, wie durch die Punktierungen bei dem Batteriesystem 1 symbolisch dargestellt ist.
Die Batteriezellen 2 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Halbbrücken- Konfiguration 7 über den Batteriestrang 6 dem Batteriesystem 1 zuschaltbar beziehungsweise elektrisch überbrückbar. Dies hängt dabei von der Schalterstellung der Schaltelemente 14 ab. Die Schaltelemente 14 werden dabei durch die der jeweiligen Batteriezelle 2 zugeordnete Ansteuerungsschaltung 10 angesteuert. Das Schaltelement 14 kann dabei insbesondere durch Transistoren realisiert sein. Die einer Batteriezelle 2 jeweils zugeordnete Ansteuerungsschaltung 10 umfasst dabei eine Schnittstelle 11, eine Mikrocontrollerschaltung 12 und einen Treiber 13.
Das Batteriesystem 1 umfasst ferner eine Regeleinheit 16, wobei vorteilhafterweise die Battery Control Unit des Batteriesystems 1 als Regeleinheit ausgebildet ist. Der Regeleinheit 16 wird dabei die Ist-Ausgangsspannung 3 des Batteriesystems 1 als Eingangsgröße zugeführt. Die Regeleinheit 16 ist dabei ausgebildet in Abhängigkeit der Ist-Ausgangsspannung 3 und der vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung eine Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und eine Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zu generieren. Die Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 werden dabei über einen Kommunikationsbus des Batteriesystems 1 an die Ansteuerungsschaltung 10 übertragen.
Über die Schnittstelle 11 werden dabei die Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit an die Mikrocontrollerschaltung 12 übertragen. Vorteilhafterweise ist die Mikrocontrollerschaltung 12 ausgebildet, einen der Batteriezelle 2 zugeordneten Gütefaktor zu bestimmen. In die Bestimmung dieses Gütefaktors fließen insbesondere Batteriezellparameter ein, wie insbesondere die Batteriezellspannung, die Batteriezelltemperatur und der Ladezustand der Batteriezelle. Ein guter Batteriezellzustand führt dabei zu einem hohen Gütefaktor, ein schlechter Batteriezellzustand zu einem niedrigen Gütefaktor. Die Mikrocontrollerschaltung 12 ist ferner ausgebildet, basierend auf der empfangenen Einschaltwahrscheinlichkeit 5, der empfangenen Umschaltwahrscheinlichkeit 15 und dem der Batteriezelle 2 zugeordneten Gütefaktor zu bestimmen, ob der Schaltzustand der Batteriezelle 2 geändert wird, also die Batteriezelle 2 dem Batteriesystem 1 zugeschaltet werden soll oder elektrisch überbrückt werden soll. Ist der Gütefaktor hoch, so begünstigt dies ein Zuschalten der Batteriezelle 2 zu dem Batteriesystem 1. Ist der Gütefaktor niedrig, so begünstigt dies ein Überbrücken der Batteriezelle 2. Die Mikrocontrollerschaltung 12 sendet dabei zum Überbrücken der Batteriezelle 2 beziehungsweise zum Zuschalten der Batteriezelle 2 zu dem Batteriesystem 1 ein entsprechendes Schaltsignal an den Treiber 13, welcher dann die
Schaltelemente 14 entsprechend schaltet.
Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 ist dabei vorteilhafterweise proportional zu dem Betrag der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert der Batterieausgangsspannung. Damit wird für den Fall, dass die gewünschte Soll-
Ausgangsspannung erreicht ist, die Umschaltwahrscheinlichkeit auf ein Minimum reduziert, sodass nur wenige Batteriezellen überhaupt umschalten. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass es mit einer neuen Einschaltwahrscheinlichkeitsvorgabe zu einem Zustand kommt, in dem die Abweichung der Ist- Ausgangsspannung 3 von der Soll-Ausgangsspannung extrem hoch wird.
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des in Fig. 1 gezeigten und im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Batteriesystems 1. Die Batteriezellen 2 des Batteriesystems 1 sind dabei im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel über eine Vollbrücken- Konfiguration 8 an dem Batteriestrang 6 angeschlossen. Durch die Vollbrücken-Konfiguration 8 können die Batteriezellen 2 vorteilhafterweise entweder mit negativer Polarität oder mit positiver Polarität dem Batteriesystem 1 zugeschaltet werden. Hierbei können Batteriezellen 2 mit negativer Polarität vorteilhafterweise durch die Batteriezellen
2 mit positiver Polarität geladen werden, wodurch vorteilhafterweise ein autonomes Cell-Balancing weiter verbessert durchführbar ist. Zudem können die Batteriezellen 2 elektrisch überbrückt werden. Die Regeleinheit 16 ist dabei vorteilhafterweise ausgebildet eine Einschaltwahrscheinlichkeit 5 und eine Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zu generieren, welche an die einer jeweiligen
Batteriezelle 2 zugeordneten Ansteuerungsschaltung 10 übertragen werden.
Gemäß einer vorteilhaften nicht dargestellten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl von Batteriezellen eines Batteriesystems in einer Halbbrücken- Konfiguration an einen Batteriestrang des Batteriesystems angeschlossen ist und eine weitere Anzahl von Batteriezellen dieses Batteriesystems in einer Vollbrücken- Konfiguration an einen Batteriestrang dieses Batteriesystems angeschlossen ist. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein vorteilhaftes
Ausführungsbeispiel für eine Realisierung der Regeleinheit 16. Mittels einer Summiereinheit 17 wird die Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 gebildet. Anhand der Differenz aus Soll- Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 wird die Einschaltwahrscheinlichkeit 5 mittels eines ersten Reglers 18, vorzugsweise mittels eines I- oder Pl-Reglers, generiert. Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 wird anhand eines zweiten Reglers 19, vorzugsweise eines Proportional- Reglers, aus der Differenz der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 generiert.
Gemäß einer in Fig. 4 dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass zur Generierung der Umschaltwahrscheinlichkeit 15 zunächst mittels eines Betragswertbilders 20 der Betrag der Differenz aus der Soll- Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 gebildet wird. Die Umschaltwahrscheinlichkeit 15 wird dann mittels des zweiten Reglers 19 proportional zu dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung 4 und der Ist-Ausgangsspannung 3 generiert.
In Fig. 5 ist eine besonders vorteilhafte Kennlinie als Umschaltwahrscheinlichkeitsfunktion ΡυΜ (|Δ υ|) zur Generierung der
Umschaltwahrscheinlichkeit in Abhängigkeit von dem Betrag |Δ U| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung dargestellt. Auf der x-Achse 21 des dargestellten Koordinatensystems ist dabei der Betrag |Δ U| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist-Ausgangsspannung aufgetragen. Auf der y-Achse 22 des dargestellten Koordinatensystems ist entsprechend der jeweilige Wert für die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM aufgetragen. Für Werte von |Δ U|, die in dem Intervall [0, |Δ u liegen, verläuft die in Fig. 5 dargestellte vorteilhafte Kennlinie linear. Die Kennlinie weist dabei einen Offset 23 auf, welcher insbesondere bei einer nur geringen Abweichung der Ist-Ausgangsspannung von der Soll-Ausgangsspannung, also bei |Δ U| ~ 0, sicherstellt, dass eine gewisse Umschaltwahrscheinlichkeit PUM bestehen bleibt, sodass insbesondere „schwache" Batteriezellen, also insbesondere Batteriezellen mit einem geringen Gütefaktor, sich trotzdem abschalten können und somit ein aktives Cell-Balancing weiterhin ermöglicht wird. Bei |Δ U| = 0 weist die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM dabei den Wert PUM min auf, wobei PUM min insbesondere einen Wert zwischen 0,001 und 0,01 aufweisen kann. Es sind aber insbesondere auch größere Werte für PUM min denkbar.
Die in Fig. 5 dargestellte Kennlinie ist darüber hinaus derart beschaffen, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM auf einen Wert PuM max begrenzt wird, wenn der Betrag |Δ U| der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung und der Ist- Ausgangsspannung einen vordefinierten Wert |Δ U|G überschreitet. Die Umschaltwahrscheinlichkeit PUM steigt dann vorteilhafterweise auch bei größer werdendem Betrag |Δ U| nicht weiter an. PuM max kann dabei insbesondere einen Wert zwischen 0,6 und 0,9 aufweisen.
Gemäß einer weiteren in Fig. 5 nicht dargestellten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Kennli nie PUM (|Δ U|) auch für Werte größer |Δ U |G weiter ansteigt, vorteilhafterweise allerdings deutlich geringer als in dem Intervall [0, |Δ u . Die Abhängigkeit der Umschaltwahrscheinlichkeit PUM für |Δ U| größer |Δ U|G ist dabei vorteilhafterweise gering.
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Batteriesystems (1) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (2), welche derart elektrisch verschaltet sind, dass Batteriezellen (2) des Batteriesystems (1) jeweils gemäß einem ersten Schaltzustand dem Batteriesystem (1) zugeschaltet sind und gemäß einem zweiten Schaltzustand elektrisch überbrückt sind, wobei zur Anpassung einer Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an eine Soll-Ausgangsspannung (4) wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der wenigstens einen generierten Einschaltwahrscheinlichkeit (5) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung der Ist-Ausgangsspannung (3) des Batteriesystems (1) an die Soll-Ausgangsspannung (4) zusätzlich eine Umschaltwahrscheinlichkeit (15) generiert wird und die Batteriezellen (1) mit der generierten Umschaltwahrscheinlichkeit (15) den jeweiligen Schaltzustand ändern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) in Abhängigkeit von der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) generiert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) in Abhängigkeit von dem Betrag der Differenz aus der Soll- Ausgangsspannung (4) und der Ist-Ausgangsspannung (3) generiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) proportional zu dem Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist- Ausgangsspannung (3) generiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) größer als null ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) und/oder eine Zunahme der Umschaltwahrscheinlichkeit (15) begrenzt wird, wenn der Betrag der Differenz aus der Soll-Ausgangsspannung (4) und der Ist- Ausgangsspannung (3) einen vordefinierten Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit (5) mittels eines I-Reglers oder eines Pl-Reglers generiert wird und/oder die Umschaltwahrscheinlichkeit (15) mittels eines P-Reglers generiert wird.
Batteriesystem (1) umfassend eine Mehrzahl von elektrisch verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von Ansteuerungsschaltungen (10) und eine Regeleinheit (16) zur Regelung einer durch die Batteriezellen (2) bereitgestellten Ausgangsspannung des Batteriesystems (1), wobei den Batteriezellen (2) jeweils eine der Ansteuerungsschaltungen (10) zugewiesen ist und die Batteriezellen (2) jeweils mittels der Ansteuerungsschaltungen (10) dem Batteriesystem (1) zugeschaltet werden können oder elektrisch überbrückt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
Batteriesystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) wenigstens einen Batteriestrang (6) umfasst, wobei die Batteriezellen (2) jeweils in einer Halbbrücken- Konfiguration (7) an einen Batteriestrang (6) des Batteriesystems (1) angeschlossen sind.
10. Batteriesystem (1) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) wenigstens einen Batteriestrang (6) umfasst, wobei die Batteriezellen (2) jeweils in einer Vollbrücken-Konfiguration (8) an einen Batteriestrang (6) des Batteriesystems (1) angeschlossen sind.
11. Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einer Batteriezelle (2) zugewiesene Ansteuerungsschaltung (10) wenigstens ein Schaltelement (14), wenigstens einen Treiber (13), wenigstens eine Mikrocontrollerschaltung (12) und wenigstens eine Schnittstelle (11) umfasst, wobei die Mikrocontrollerschaltung (12) ausgebildet ist, über die wenigstens eine Schnittstelle (11) die wenigstens eine Einschaltwahrscheinlichkeit und die Umschaltwahrscheinlichkeit zu empfangen und darauf basierend ein Ansteuersignal zu erzeugen, und wobei der Treiber (13) ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem erzeugten Ansteuersignal das wenigstens eine Schaltelement (14) zu schalten.
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