Titel

Verfahren zur präzisen Leistungsvorhersage für Batteriepacks Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung des Betriebszustands eines Akkumulatorsystems, das zur Traktion eines Fahrzeugs verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermitt- lung der maximal abrufbaren Leistung eines Akkumulatorsystems.

Stand der Technik

Für Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge werden in Serie geschaltete Akkumulator- elemente verwendet, deren Gesamtspannung zur Traktion des Fahrzeugs mittels eines

Elektromotors verwendet wird. Von derartigen seriellen Akkumulatorsystemen ist bekannt, dass beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Innenwiderstände einzelne Akkumulatorelemente stärker belastet werden als andere und somit einem schnelleren Al- terungsprozess unterliegen. Ferner ist bekannt, dass durch die Serienschaltung die be- reits geschwächten Akkumulatorelemente durch die Serienschaltung einer stärkeren

Belastung unterworfen sind.

Der Gesamtzustand wird ermittelt, indem die jeweiligen Zellenspannungen sowie der Gesamtstrom des Akkumulatorsystems erfasst wird, um zusammen mit der erfassten Temperatur der einzelnen Akkumulatorelemente auf einen jeweiligen Zustand der einzelnen Akkumulatorelemente zu schließen. Der Zustand kann insbesondere mittels Modellen dargestellt werden, wobei die Modelle Messdaten wie Temperatur, Zellspannung und Zellstrom erhalten, und aufgrund von Akkumulatoreigenschaften, die von dem Modell simuliert werden, das Modell einen Ladezustand, einen aktuellen Wider- stand oder eine aktuelle Kapazität vorsehen kann. Hierzu kann das Modell interne

Größen verwenden, beispielsweise interne Zustände der Akkumulatorelemente wie Konzentrationen, innere Temperaturen oder deren Verteilungen, oder Ladezustand oder nutzbare Kapazität.

Um beispielsweise die noch verbleibende Reichweite eines Fahrzeugs zu ermitteln, das mit einem derartigen Akkumulatorsystem betrieben wird, wird gemäß dem Stand der Technik die Summe aller Zustände der einzelnen Akkumulatorelemente verwendet, um auf die noch verbleibende Energie schließen zu können, die von dem Akkumulatorsystem insgesamt aufgebracht werden kann. Hierbei ist es üblich, dass die einzelnen Zustandsparameter aller Elemente miteinander gleichermaßen kombiniert werden, d.h. gemittelt werden oder durch eine Summe vorgesehen werden, die die noch verbleibende Traktionsenergie oder andere Zustandsparameter des gesamten Akkumulatorsystem angibt. Aus diesen gemittelten bzw. summierten Daten aller Akkumulatorelemente wird beispielsweise auch eine noch maximal abrufbare Leistung des Akkumulatorsystems berechnet.

Zum einen ist hierzu erforderlich, dass die Zustandsparameter jeder einzelnen Zelle berechnet werden, wobei dadurch eine Vielzahl von Instanzen des zugrunde liegenden Modells vorgesehen werden müssen und mit individuellen Messdaten versorgt werden müssen. Zum anderen werden durch die Mittelung nicht alle für das Akkumulatorsystem wichtigen Zustände erfasst, insbesondere werden schwache Akkumulatorelemente gleichermaßen behandelt wie starke Akkumulatorelemente.

Daher geben bisherige Verfahren zur Erfassung einer maximal abrufbaren Leistung nicht alle Zustände des Akkumulatorsystems wieder. Ferner erfordert der Stand der Technik eine sehr aufwändige Berechnung, die für alle Elemente gleichermaßen eine individuelle Zustandsüberwachung/Zustandsverfolgung vorsieht. Zudem werden bereits geschwächte Zellen weiterhin überdurchschnittlich belastet.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen vereinfachten Mechanismus zur Erfassung der Zustände eines Akkumulatorsystems vorzusehen, wobei gleichzeitig die dargestellten Zustände die aktuellen Eigenschaften des Akkumulatorsystems präziser wiedergeben. Offenbarung der Erfindung

Diese Erfindung wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 8.

Der Erfindung liegt die Fragestellung zugrunde, ob durch Mittelung der einzelnen Zustände das Gesamtsystem mit allen wichtigen Eigenschaften wiedergegeben ist. Insbesondere liegt der Erfindung die Fragestellung zugrunde, ob ein überdurchschnittlich leistungsfähiges Akkumulatorelement über die gemittelte Zustandserfassung ein unter- durchschnittliches Akkumulatorelement in jedem Fall kompensieren kann, soweit die

Beträge gleichermaßen von einem Mittelwert abweichen. Das sich daraus ergebende Konzept der Erfindung ist es, leistungsschwache Akkumulatoren besonders zu berücksichtigen, da diese durch besonders starke Entladung Schaden nehmen und stark altern. Dieser Effekt lässt sich nicht kompensieren durch ein anderes überdurchschnitt- lieh leistungsfähiges Akkumulatorelement. Erfindungsgemäß wird zur Ermittlung der maximal abrufbaren Leistung (welche im Weiteren während des Betriebs als Belastungsgrenze des gesamten Systems dient) das schwächste (oder die schwächsten) Akkumulatorelemente dadurch geschützt, dass die maximal abrufbare Leistung anhand der maximalen Leistung des schwächsten Elements berechnet wird. Daher führt die Belastung des Gesamtsystems gemäß dieser Berechnung zu einer Einzelbelastung des schwächsten Elements, welche das schwächste Akkumulatorelement nicht schädigt. Im Gegensatz hierzu wird beim Stand der Technik ein Mittelwert verwendet, bei dem gewährleistet ist, dass die meisten Akkumulatorelemente nicht auf schädigende Art belastet werden, wobei jedoch zumindest das leistungsschwächste Element auf- grund der Orientierung am Mittelwert übermäßig stark belastet wird und dadurch stark altert. Diese Alterung beeinträchtigt die Leistung des Gesamtsystems.

Anhand dieser Gegenüberstellung ist zu erkennen, dass die maximal abrufbare Leistung gemäß der Erfindung präziser vorgesehen werden kann, da auch Alterungspro- zesse (die zu vermeiden sind) berücksichtigt werden, wodurch die Vorhersage der

Leistungsfähigkeit des Traktions-Akkumulatorsystems präziser ist. Insbesondere wird dadurch berücksichtigt, dass eine übermäßige Alterung eines einzelnen Elements nicht nur dieses Element betrifft, sondern gegebenenfalls das gesamte System stören kann, wobei eine durch Mittelung der Zustände vorgesehene Leistungsangabe eine derartige Störung nicht berücksichtigt. Da sich durch die erfindungsgemäß präzisere Darstellung der maximal abrufbaren Leistung der weitere Betrieb nach dieser Leistung richten kann und somit das schwächste Element soweit wie möglich schont, ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer des Akkumulatorsystems. Somit wird die Lebensdauer des Akkumulatorsystems erhöht, wenn die erfindungsgemäß vorgesehene maximal abruf- bare Leistung, die sich am schwächsten Element orientiert, für den Betrieb des Akkumulatorsystems verwendet wird.

Da erfindungsgemäß das schwächste bzw. die schwächsten Akkumulatorelemente die maximal abrufbare Leistung wesentlich bestimmen, ist lediglich eine präzise Modellierung der Zustände nur dieser Elemente notwendig. Da aufgrund der Serienschaltung auch die anderen Akkumulatorelemente an die Leistungsabgabegrenze der schwächsten Akkumulatorelemente (oder des schwächsten Akkumulatorelements) gebunden sind, müssen diese Akkumulatorelemente nicht über ein Modell überwacht werden, sondern es wird eine einfache Extrapolation der Gesamtleistung anhand der Leistungsabgabegrenze für die schwächsten Akkumulatorelemente vorgesehen. Damit sind lediglich Berechnungen zu dem schwächsten Akkumulatorelement notwendig, wobei die Extrapolation ohne wesentliche Verschlechterung der Präzision anhand des Zustande des schwächsten Akkumulatorelements die maximal abrufbare Leistung des gesamten Traktions-Akkumulatorsystems vorsieht.

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Ermittlung der maximal abrufbaren Leistung eines Traktions-Akkumulatorsystems vorgesehen, das eine Vielzahl in Serienschaltung vorgesehener Akkumulatorelemente umfasst. Das Traktions- Akkumulatorsystem kann insbesondere ein System sein, das im Antrieb eines Elektro- fahrzeugs oder Hybridfahrzeugs verwendet wird.

Das Verfahren sieht vor, mindestens einen Leistungsindikator für jedes Akkumulatorelement vorzusehen. Aufgrund dieses Leistungsindikators kann das schwächste Akkumulatorelement (oder die schwächsten Akkumulatorelemente) erfasst werden. Als Leistungsindikator bieten sich insbesondere Größen an, die unmittelbar am Akkumulatorelement gemessen werden können, d.h. Strom, Spannung, Temperatur bzw. Kombinationen hiervor, die die Leistung des Elements angeben, beispielsweise der Innenwiderstand als Quotient von Spannung und Strom, oder andere Werte, die beispielsweise den Strom und/oder die Spannung zu der Temperatur in Verhältnis setzen. Bei- spielsweise ergibt sich ein Leistungsindikator aus der Betrachtung einer Temperatur, wobei besonders hohe Temperaturen bei ansonsten vergleichbaren Strömen oder Spannungen bzw. Innenwiderständen auf einen vergleichsweise kleinen Leistungsindikator schließen lassen. Der Leistungsindikator kann eine unmittelbar zu erfassende Größe darstellen, eine physikalische Größe des Akkumulatorelements, das sich aus den gemessenen Größen ergibt, beispielsweise der Innenwiderstand, oder kann ein Parameter sein, der keine unmittelbare Entsprechung zu einer physikalischen Größe aufweist, jedoch gemessene Größen und/oder daraus abgeleitete Größen kombiniert und für die Leistung des Akkumulatorelements signifikant ist. Ein Beispiel hierfür ist eine Kombination aus Innenwiderstand, Zellspannung und Temperatur, beispielsweise als Produkt oder als Summe zugehöriger Werte, die frei von physikalischen Einheiten sind, so dass sich ein kombinierter Leistungsindikator ergibt, der ansteigt mit sich verringernder Zellenspannung, sich erhöhender Temperatur und mit ansteigendem Innenwiderstand. Aus dieser Kombination können eine oder mehrere Größen gestrichen werden, wobei die Kombination nicht nur durch Grundrechenarten, sondern durch allgemeine mathematische Kombinationen, beispielsweise durch eine Extrapolation oder eine polynomiale Näherung miteinander verknüpft werden können. Ein derartiger Leistungsindikator gibt somit nicht unmittelbar eine fließende elektrische Leistung an, sondern gibt an, welche Gesamtkapazität, welche noch verbleibende Ladung oder welche Traktionsleistung das betreffende Akkumulatorelement zur Traktion noch beisteuern kann.

Aus den Leistungsindikatoren, die für jedes Akkumulatorelement erfasst werden, beispielsweise anhand der Zellenspannung, wird eine Menge der kleinsten Leistungsindikatoren aller erfassten Leistungsindikatoren aller Akkumulatorelemente ermittelt. Die Menge kann vorgesehen sein durch ein einzelnes Element, d.h. durch den kleinsten Leistungsindikator aller erfassten Leistungsindikatoren oder durch eine Untergruppe der kleinsten Leistungsindikatoren aller Leistungsindikatoren der Akkumulatorelemente. Die Untergruppe kann beispielsweise gebildet werden durch die zwei kleinsten oder j-kleinsten Leistungsindikatoren, wobei j kleiner als die Anzahl der Akkumulatorelemente ist, oder durch alle Leistungsindikatoren, die kleiner als ein vorbestimmter Schwell- wert sind, beispielsweise alle Zellenspannungen, die kleiner als 2,8 V sind. Somit wird nicht nur das kleinste Leistungselement, sondern eine Gruppe der kleinsten Leistungsindikatoren berücksichtigt. Bei einer besonders vereinfachten Ausführungsform wird nur der kleinste Leistungsindikator erfasst, und nur das zugehörige (d.h. schwächste) Akkumulatorelement wird zur Berechnung der maximal abrufbaren Leistung verwendet, d.h. durch Extrapolation anhand der Leistungsabgabegrenze dieses Akkumulatorele- ments mit dem kleinsten Leistungsindikator durch Extrapolation auf alle Akkumulatorelemente des Systems.

Zu dieser Menge (d.h. ein oder mehrere kleinste Leistungsindikatoren aller Leistungs- Indikatoren) wird eine Leistungsabgabegrenze vorgesehen, insbesondere durch Schätzung oder Näherung mittels eines Modells. Eine derartige Schätzung oder Näherung mittels eines Modells umfasst auch ein empirisches Modell, beispielsweise in Form einer Look-Up-Tabelle, welche beispielsweise eine Zellenspannung auf einen Wert einer Leistungsabgabe abbildet. Die Leistungsabgabegrenze kann vorgesehen sein durch eine elektrische Leistung, die das zugehörige Akkumulatorelement maximal noch erbringen kann, ohne Schaden zu nehmen, durch einen Maximalstrom, der das Akkumulatorelement ohne Schaden noch leisten kann, und/oder durch einen Energiebetrag, der aus dem Akkumulatorelement noch entnommen werden kann, ohne dass dieser Schaden nimmt. Die Erfindung sieht somit vor, dass anhand eines mittelbar oder un- mittelbar erfassten Leistungsindikatorwerts eine Leistungsabgabegrenze für das Akkumulatorelement mit dem kleinsten Leistungsindikator oder für die Akkumulatorelemente der Menge der kleinsten Leistungsindikatoren vorgesehen wird, oder Leistungsabgabegrenzen für jedes Akkumulatorelement vorgesehen werden, das einen Leistungsindikator aufweist, der der Menge der kleinsten Leistungsindikatoren angehört. Die Leistungsabgabegrenze kann vorgesehen werden alleine anhand der Leistungsindikatoren selbst, anhand weiterer gemessener physikalischer Momentangrößen des Akkumulatorelements oder anhand von abgeleiteten Größen, die den aktuellen Zustand des betreffenden Akkumulatorelements wiedergeben. Die Leistungsabgabegrenze kann somit nicht nur auf den physikalischen Größen fußen, auf denen die Leis- tungsindikatoren basieren, sondern kann neben den für die Leistungsindikatoren relevanten Größen auch weitere Größen umfassen. Beispielsweise kann ein Leistungsindikator alleine durch eine gemessene Zellenspannung vorgesehen sein, wobei sich die Leistungsabgabegrenze beispielsweise anhand dieser Zellspannung ergibt, in Kombination mit der gemessenen Temperatur oder in Kombination mit einem aus Messgrö- ßen oder aus einem Modell abgeleiteten Widerstand. Weitere Größen, auf denen die

Leistungsabgabegrenze basieren kann, sind Ladezustand, aktuelle Leistungsfähigkeit oder andere Größen, die ermittelt oder geschätzt werden, beispielsweise mittels eines Modells. Vorzugsweise wird lediglich für die Akkumulatorelemente ein Modell vorgesehen, die den kleinsten Leistungsindikator aufweisen, so dass sich der Rechenaufwand deutlich vereinfacht. Anhand dieser Leistungsabgabegrenze wird erfindungsgemäß die maximal abrufbare Leistung des gesamten Traktions-Akkumulatorsystems extrapoliert. Die Extrapolation kann beispielsweise eine bloße Multiplikation mit der Anzahl der Zellen sein, oder eine Abbildung der Leistungsabgabegrenze bzw. -grenzen, die für eine Gruppe von schwa- chen Akkumulatorelementen stehen, auf die gesamte Serienschaltung des Akkumulatorsystems. Aufgrund der Extrapolation und insbesondere durch die Serienschaltung kann die maximal abrufbare Leistung des Gesamtsystems anhand der Leistungsabgabegrenze berechnet werden, die nur für ein oder für wenige Akkumulatorelemente gilt. Da aufgrund der Serienschaltung der Strom durch das schwächste Glied (d.h. durch den kleinsten maximal zulässigen Strom) definiert ist, kann die Extrapolation durch einfache Mittel vorgesehen werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird bei der Extrapolation beispielsweise der Innenwiderstand einer Vielzahl oder aller Akkumulatorelemente berücksichtigt bzw. die Zellenspannung, um bei einer prognostizierten Belastung auf die exakte Zellenspannung des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leis- tungsindikator schließen zu können, wobei Elemente bzw. Zellen mit einem geringen

Innenwiderstand und einer hohen Zellenspannung sich zusätzlich negativ auf die Zellenspannung des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator niederschlagen können und diese Zellenspannung zusätzlich verringern können. Erfindungsgemäß wird somit Extrapolation als Orientierung anhand des kleinsten Leistungsindikators bzw. anhand der Leistungsabgabegrenze des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator, um von diesem auf die maximal abrufbare Leistung zu schließen. Da die Akkumulatorelemente, welche nicht den bzw. die kleinsten Leistungsindikator/en aufweisen, stärker belastet werden können, ohne Schaden zu nehmen, kann von diesen angenommen werden, dass durch die Extrapolation keine maximal abrufbare Leistung erstellt wird, die für diese schädlich sein kann. Gleichermaßen wird durch die Orientierung an der Leistungsabgabe, die mit dem kleinsten Leistungsindikator verknüpft ist, gewährleistet, dass auch das schwächste Glied in der Serienschaltung, d.h. das Akkumulatorelement (bzw. die Akkumulatorelemente) mit dem kleinsten Leistungsindikator (bzw. mit den kleinsten Leistungsindikatoren) keinen

Schaden nimmt. Die Leistungsabgabegrenze gibt die Leistung des schwächsten Akkumulatorelements wieder, bei dem das schwächste Akkumulatorelement im Wesentlichen keinen Schaden nimmt und bei Überschreiten dieser Leistung ein wesentlicher Schaden auftritt. Da dieser Übergang kontinuierlich ist, wird als im Wesentlichen schädlich ein Schwellwert genommen, ab dem beispielsweise eine überdurchschnittliche Alterung oder eine Entladung über eine vorgegebene Grenze hinaus auftritt. Um einen Sicherheitsabstand bei der Extrapolation zu gewährleisten, wird vorzugsweise nicht die Leistungsabgabegrenze selbst als Orientierung zur Extrapolation genommen, sondern die Leistungsabgabegrenze abzüglich eines vordefinierten Betrags, der eine Sicherheitsmarge darstellt. Der Betrag kann beispielsweise vordefiniert sein durch ei- nen vordefinierten Anteil der Leistungsabgabegrenze, beispielsweise 10 %, oder durch einen Spannungs-, Leistungs- oder Energiewert. Die so extrapolierte, maximal abrufbare Leistung wird in Form eines Werts ausgegeben.

Die Zuordnung zwischen Leistungsindikator und Leistungsabgabegrenze bzw. die Ext- rapolation kann vorgesehen werden, indem eine Belastung des Traktions-

Akkumulatorsystems schrittweise oder kontinuierlich erhöht wird, bis ein Akkumulatorelement einen Leistungsindikator aufweist, der unter einer Grenze liegt. In dieser Ausführungsform wird die Extrapolation nicht als Berechnung vorgesehen, sondern eine Belastung des gesamten Traktions-Akkumulatorsystems bildet die Auswirkungen einer abgerufenen Leistung auf den Leistungsindikator oder auf die Leistungsabgabegrenze ab. Hierbei ist lediglich der kleinste Leistungsindikator aller Leistungsindikatoren relevant. In dieser Ausführungsform wird als Leistungsindikator die Zellenspannung herangezogen, wobei die Leistungsabgabegrenze die Leistung ist, welche das Akkumulatorelement mit dem kleinsten Leistungsindikator (Zellenspannung entspricht einem unte- ren Grenzwert) abgibt. Die Leistungsabgabegrenze orientiert sich in diesem Fall an einer Zellenspannung als Leistungsindikator, wobei die kleinste Zellspannung, d.h. das schwächste Akkumulatorelement, die Leistungsabgabegrenze als die Leistung vorsieht, die von diesem Element abgegeben wird, wenn der kleinste Leistungsindikator eine Grenze erreicht.

Daher wird die Leistungsabgabegrenze vorgesehen durch Betreiben des Akkumulatorsystems an der Leistungsabgabegrenze eines Akkumulators, wobei diese umfasst: Belasten des gesamten Akkumulatorsystems, wobei das Akkumulatorelement an der Leistungsabgabegrenze betrieben wird, oder Betreiben nur des Akkumulatorelements mit einer Leistung, die der Leistungsabgabegrenze entspricht. Das Betreiben des Akkumulators an der Leistungsabgabegrenze umfasst das Verändern, insbesondere das Erhöhen der abgerufenen Leistung, beispielsweise durch Erhöhen eines Entlade- stroms, bis der kleinste Leistungsindikator einen Schwellwert erreicht hat. Dieser Schwellwert entspricht der Leistungsabgabegrenze, deren Überschreiten eine Beschä- digung des schwächsten Akkumulatorelements mit sich bringt. Das Erhöhen der Belastung kann vorgesehen werden durch eine schrittweise Erhöhung, insbesondere durch eine iterative Erhöhung, bei der die Schrittweite von einem Abstand zwischen gemessenem Leistungsindikator und Schwellwert abhängt, oder gleichermaßen von der tatsächlich abgegebenen Leistung des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator und der Leistungsabgabegrenze.

Insbesondere sieht das Verfahren vor, das Akkumulatorsystem insgesamt mit einer konstant entnommenen Leistung zu belasten, um den sich ergebenden Spannungsverlauf aller Zellen in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln. Die maximal abrufbare Leistung ergibt sich aus dem Produkt des Stromverlaufs bzw. des Strombetrags, bei dem die Leistungsabgabegrenze des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator angetroffen wurde und der Summe der Spannungsverläufe bzw. der zugehörigen Spannungen aller Akkumulatorelemente, die bei diesem Strom von den Akkumulatorelementen vorgesehen wurden. Bei dem Betreiben des Akkumulatorsystems wird dieses vorzugsweise nur unterhalb der Leistungsabgabegrenze betrieben, und die Belas- tung wird verringert, wenn die Leistungsabgabegrenze des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator die Leistungsabgabegrenze abzüglich des vordefinierten Betrags erreicht.

Vorzugsweise umfasst das Ermitteln der Menge der kleinsten Leistungsindikatoren le- diglich das Ermitteln des kleinsten Leistungsindikators, wobei die Menge durch diesen kleinsten Leistungsindikator vorgesehen wird. Die Leistungsabgabegrenze wird demnach ausgehend von diesem kleinsten Leistungsindikator vorgesehen. Die maximal abrufbare Leistung wird anhand der Leistungsabgabe des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsindikator ausgeführt, so dass nur die Werte einer Zelle (d.h. der schwächsten Zelle) zur Extrapolation verwendet werden.

Der Leistungsindikator kann erfasst werden durch Erfassen einer Zellenspannung, die an den Akkumulatorelementen anliegt, Erfassen eines Belastungsstroms, mit dem das Traktions-Akkumulatorsystem beaufschlagt ist, beispielsweise während des Betreibens des Akkumulatorsystems an der Leistungsabgabegrenze. Das Erfassen kann ferner vorgesehen werden durch Erfassen einer Temperatur, die die Akkumulatorelemente aufweisen oder die das Akkumulatorelement mit dem kleinsten Leistungsindikator aufweist. Ferner kann der Leistungsindikator erfasst werden anhand eines Innenwiderstands, eines Ladezustands, einer Zellkapazität oder anderer Zustandsparameter der Akkumulatorelemente. Insbesondere kann eine Kombination dieser Größen als Leistungsindikator verwendet werden. Das Erfassen des Leistungsindikators umfasst daher das Messen von mindestens einer Betriebsgröße der Akkumulatorelemente, vorzugsweise während des Betreibens des Akkumulatorsystems an der Leistungsabgabegrenze. Als Betriebsgrößen werden vorzugsweise Strom, Spannung oder Temperatur gemessen. Das Erfassen kann ferner das Ermitteln des Leistungsindikators durch ein Modell umfassen, welches das Akkumulatorelement nachbildet. Bei der Erfassung des

Leistungsindikators kann auch eine Messung mit einer ermittelten Größe kombiniert werden.

Vorzugsweise umfasst das Erfassen des Leistungsindikators ein mehrmaliges Erfas- sen des Leistungsindikators oder von Messgrößen, auf denen dieser basiert, bei unterschiedlichen Belastungsströmen, mit denen das Traktions-Akkumulatorsystem beaufschlagt wird, insbesondere während des Betreibens des Akkumulatorsystems an (jedoch vorzugsweise unterhalb) der Leistungsabgabegrenze. Die Belastungsströme werden vorzugsweise in steigender Reihenfolge vorgesehen, ausgehend von einem Belastungsstrom, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass dieser keine Überschreitung einer Leistungsabgabegrenze eines Akkumulatorelements zur Folge hat. Der Belastungsstrom kann mehrfach, vorzugsweise schrittweise erhöht werden, wobei die Schrittweite entweder konstant ist oder insbesondere iterativ von dem Abstand zwischen tatsächlicher Leistung des Akkumulatorelements mit dem kleinsten Leistungsin- dikator und zugehöriger Leistungsabgabegrenze abhängt.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Leistungsabgabegrenze vorgesehen durch Vergleich des Leistungsindikators mit einem vorgegebenen Minimalleis- tungsindikatorwert bzw. durch Differenzbildung zwischen erfasstem Leistungsindikator und Minimalleistungsindikatorwert. Ferner kann die Zellspannung oder die Zellspannungen als Leistungsindikator mit der Menge verglichen werden, insbesondere mit einer Minimalzellspannung als vorgegebener Minimalleistungsindikator. Die Minimalzellspannung hängt von dem Akkumulatortyp der Akkumulatorelemente ab. Die Minimalzellspannung ist um einen vorgegebenen Spannungsbetrag geringer als eine Normab- gabespannung (die beispielsweise bei 100 % aufgeladenem Element vorliegt). Die

Normabgabespannung, insbesondere der vorgegebene Spannungsbetrag, bzw. deren Differenz sind dadurch definiert, dass irreversible Schäden an den Akkumulatorelementen auftreten, wenn diese auf die Normabgabespannung abzüglich des Spannungsbetrags entladen werden. Bei Lithiumionenakkumulatoren ist die Normabgabe- Spannung abzüglich des Spannungsbetrags beispielsweise 2,8 V, so dass der Minimalleistungsindikatorwert dieser Zellspannung entspricht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die maximal abrufbare Leistung anhand der Leistungsabgabe des schwächsten oder der schwächsten Akkumulatorelemente extrapoliert, für die die Menge der kleinsten Leistungsindikatoren ermittelt wurde. Die maximal abrufbare Leistung des gesamten Traktions-Akkumulatorsystems wird unter der Vorgabe extrapoliert, dass die Leistungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements oder der schwächsten Akkumulatorelemente innerhalb eines Gesamtverbunds nicht größer als die Leistungsabgabegrenze abzüglich des vordefinierten Betrags ist. Als Gesamtverbund wird das Traktions-Akkumulatorsystem angesehen, wel- ches alle Akkumulatorelemente umfasst. Diese Vorgabe zur Extrapolation berücksichtigt, dass das schwächste Glied, d.h. das Akkumulatorelement mit dem kleinsten Leistungsindikator (mit der kleinsten Zellspannung) nicht überlastet wird, so dass das schwächste Akkumulatorelement die Leistung bestimmt, die insgesamt abgegeben werden kann. Der Zusammenhang zwischen der Leistung, die von dem schwächsten Akkumulatorelement abgegeben werden kann, und der maximal abrufbaren Leistung der anderen Akkumulatorelemente ergibt sich durch die Serienschaltung, bei der das schwächste Glied die Maximalbelastung bestimmt, d.h. die maximal abzugebende Leistung bzw. den maximal abzugebenden Entladestrom. Hierbei wird nicht die Leistungsabgabegrenze selbst als Ziel vorgesehen, sondern die Leistungsabgabegrenze abzüglich eines vordefinierten Betrags, der größer als null ist und maximal einem

Schutzabstand-Leistungsbetrag entspricht, der eine für alle Fälle ausreichende Schutzmarge wiedergibt, jedoch die maximal abrufbare Leistung unter Umständen ü- ber das Notwendige hinaus verringert. Die maximal abrufbare Leistung wird als Strom gewertet oder als Produkt des Stromwerts und einer Gesamtspannung des Traktions-Akkumulatorsystems vorgesehen. Die Leistungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements oder der schwächsten Akkumulatorelemente wird durch die Zellspannung des schwächsten Akkumulatorelements (oder der Zellenspannungssumme der schwächsten Akkumulatorelemente) vor- gesehen. Die Leistungsabgabegrenze wird durch einen vorgegebenen Mindestspan- nungsbetrag vorgesehen, der sich an der Zellspannung orientiert. Der Mindestspan- nungsbetrag entspricht der Spannung, deren Unterschreitung zu irreversiblen Schäden führt, wobei kein Akkumulatorelement des Akkumulatorsystems den Mindestspan- nungsbetrag unterschreitet. Der Schutzabstand-Leistungsbetrag kann ferner durch ei- ne geschätzte Messfehlerstreuung bei der Zellspannungsmessung definiert werden, so dass auch bei unpräzisen Zellspannungsmessungen der Schutzabstand- Leistungsbetrag, d.h. der zusätzliche Spannungsbetrag, das Akkumulatorelement mit der geringsten Zellenspannung noch ausreichend vor irreversiblen Schäden schützt.

Die Erfindung wird ferner vorgesehen durch eine Vorrichtung zur Ermittlung, mit einer Spannungsvorrichtung, einer Strommessvorrichtung und einer Leistungserfassungs- vorrichtung, die mit diesen Messvorrichtungen verbunden ist. Die Spannungsmessvorrichtung ist mit jedem Akkumulatorelement verbunden, um dessen Zellenspannung abzugreifen, und die Strommessvorrichtung ist vorgesehen, um den vom Akkumulatorsystem vorgesehenen Strom, d.h. den Entladestrom (oder auch den Ladestrom) zu er- fassen. Die Leistungserfassungsvorrichtung erfasst anhand der Zellenspannung oder auch anhand der sich ergebenden Innenwiderstände (durch Quotient der Zellenspannung und erfassten Strom) für alle Akkumulatorelemente einen Leistungsindikator. Zumindest jedoch sieht die Leistungserfassungsvorrichtung für das Akkumulatorelement mit dem kleinsten Leistungsindikator, d.h. mit der geringsten Zellenspannung (o- der auch mit der höchsten Temperatur) den Leistungsindikator vor. Eine Vergleichsvorrichtung ist mit der Leistungserfassungsvorrichtung verbunden und vergleicht die Leistungsindikatoren, um aus diesen den kleinsten Leistungsindikator zu ermitteln bzw. eine Menge der kleinsten Leistungsindikatoren. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Extrapolationsvorrichtung, die mit der Vergleichsvorrichtung verbunden ist, und die die Leistungsabgabegrenze des schwächsten Akkumulatorelements anhand des zugehörigen (d.h. kleinsten) Leistungsindikators extrapoliert, beispielsweise durch eine Abbildung anhand von Näherung eines Modells oder anhand von empirischen Daten. Insbesondere kann dies vorgesehen werden mittels einer einfachen Multiplikation der kleinsten Zellenspannung mit dem erfassten Strom.

Während der Extrapolation wird berücksichtigt, dass die maximal abrufbare Leistung aufgrund der Serienschaltung der Akkumulatoren mit der Leistungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements verknüpft ist, wobei die Extrapolationsvorrichtung gemäß einer Vorgabe extrapoliert, die vorsieht, dass die maximal abrufbare Leistung des schwächsten Akkumulatorelements um einen vordefinierten Betrag (d.h. um eine

Sicherheitsmarge) unter der Leistungsabgabegrenze liegt.

Die Vorrichtung kann ferner eine Temperaturmessvorrichtung umfassen, die die Temperaturen aller Akkumulatorelemente erfasst. Die Extrapolationseinrichtung kann ein Modell vorsehen, dass anhand des erfassten Stroms der erfassten Spannung und anhand der so erfassten Temperatur einen Betriebszustand des schwächsten Akkumula- torelements abschätzt. Der Betriebszustand kann wiedergegeben werden durch eine Kapazität, einen Ladezustand, einen Innenwiderstand oder eine Kombination hiervon, die das schwächste Akkumulatorelement aufweist.

Vorzugsweise ist die Vergleichsvorrichtung lediglich eingerichtet, um den kleinsten Leistungsindikator zu erfassen (und keine Mehrzahl von kleinsten Leistungsindikatoren). Gemäß dieser einfachen Ausführungsform ist die Extrapolationseinrichtung lediglich zur Extrapolation der Leistungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements eingerichtet. Zur weiteren Vereinfachung umfasst die Extrapolationseinrichtung im Wesentlichen eine Multiplikationseinrichtung, die die Leistungsabgabegrenze des schwächsten Akkumulatorelements mit der Anzahl der Akkumulatorelements des Systems multipliziert und das Produkt als maximal abrufbare Leistung abgibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Figur 1 zeigt einen Zellspannungsverlauf gemäß dem Stand der Technik sowie die Auswirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

die Figur 2 zeigt einen Belastungsverlauf gemäß dem Stand der Technik sowie einen Belastungsverlauf gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Die Figur 1 zeigt fünf unterschiedliche Zellspannungen in zeitlichem Verlauf bei einer Belastung, wie sie in Figur 2 vorgesehen ist. Zunächst entspricht der Spannungsverlauf der Belastung gemäß Kurve 10 der Figur 2. Durch die hohe Leistung fallen die beiden schwächsten Akkumulatorelemente in ihrer Zellspannung 20 unter einen Wert von 2,8 V, unterhalb dessen von einer dauerhaften Schädigung der Zellen bzw. einer erhöhten Alterung ausgegangen werden kann. Die anderen Zellen, welche aufgrund ihrer höheren Leistung einen Verlauf 30 haben, der über dem Verlauf 20 der schwächeren Zellen liegt, werden trotz der hohen Belastung gemäß Kurve 10 der Figur 2 nicht derart belastet, dass eine Schädigung bleibt, insbesondere da deren Spannungen über 2,8 V verbleiben. Da gemäß dem Stand der Technik der Durchschnitt aller Zellspannungen als Leistungsindikator verwendet wird, ergibt sich im Durchschnitt auch keine Zellspannung, die unter einem kritischen Wert von 2,8 V liegt, so dass eine maximal abrufbare Leistung gemäß dem Stand der Technik zulässig ist. Jedoch führt eine Unterschreitung der Grenzspannung von 2,8 V durch die Verläufe 20 zu einer sofortigen Abschaltung und Umgehung der entsprechenden Zellen, so dass sich ein deutlicher Verlust an Fahrkomfort ergibt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird nicht der hier fehlleitende Mittelwert der Zellspannungen, sondern die minimalen Zellspannungen verwendet, die durch die Spannungsverläufe 20 dargestellt sind. Da zur Ermittlung der maximal abrufbaren Leis- tung nicht der Mittelwert, sondern die kleinsten Leistungsindikatoren (hier: die Zellspannung) verwendet werden, werden diese derart berücksichtigt, dass die maximal abrufbare Leistung des gesamten Akkumulatorsystems derart verringert vorgesehen wird, dass die kleinsten Leistungsindikatoren nicht den kritischen Wert von 2,8 V unterschreiten. Ein erfindungsgemäß vorgesehener Verlauf der maximal abrufbaren Leis- tung ergibt sich durch den Verlauf 40 der Figur 2, der insbesondere unterhalb des Verlaufs 10 liegt und der derart ausgestaltet ist, dass keine der Zellspannungen unter einem kritischen Wert von 2,8 V fällt. Insbesondere wird durch die Belastungen der Figur 2 der Zellspannungsverlauf derart verändert (verringert), dass dieser um einen Abstand d nach oben verschoben wird, so dass auch das schwächste Akkumulatorelement kei- ne Zellspannung unterhalb der kritischen Spannung von 2,8 V aufweist. Insgesamt werden sämtliche Verläufe 50 der Figur 1 durch die erfindungsgemäß vorgesehene maximal abrufbare Leistung 40 nach oben verschoben, so dass das schwächste Elemente bzw. dessen Leistungsabgabegrenze, die sich bei 2,8 V der Zellenspannung ergibt, berücksichtig wird und nicht unterschritten wird.

Die Figur 2 zeigt einen Testverlauf von Abgabeleistungen, mit denen die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt werden kann, in Kombination mit den zugehörigen Zellspannungsverläufen der Figur 1 . Der Verlauf 40, insbesondere der Wert während des konstanten Verlaufs (im eingeschwungenen Zustand) ist das Resultat der erfindungsgemäß ermittelten maximal abrufbaren Leistung, die durch den konstanten Wert des Verlaufs 40 nach der Einschwingphase vorgesehen wird.

Das zu einem Verlauf nach Figur 1 , um d angehoben führende Verfahren umfasst zunächst die Ermittlung, welches der Akkumulatorelemente den kleinsten Leistungsindi- kator aufweist. Der kleinste Leistungsindikator wird erfasst durch Vergleich der Zellspannungen, wobei die Leistungsindikatoren proportional oder identisch mit den Spannungswerten sind. Dieses Akkumulatorelement wird hinsichtlich der Leistungsabgabegrenze getestet, wobei die abgegebene Leistung bzw. ein Entladestrom so lange erhöht wird, bis die Leistungsabgabegrenze in Form des Erreichens einer kritischen Zell- Spannung von 2,8 V erreicht wird. Aus dem zugehörigen Strom und der so (knapp) erreichten Grenzspannung lässt sich durch Multiplikation die maximal mögliche Leis- tungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements berechnen. Anhand dieser Leistungsabgabe des einzelnen, kleinsten Akkumulatorelements wird die Gesamtleistung des gesamten Systems hochgerechnet, mit der Vorgabe, dass alle Akkumulatorelemente mit einer Abgabeleistung bzw. mit einem Abgabestrom betrieben werden, die bzw. der der maximal möglichen Leistungsabgabe des schwächsten Akkumulatorelements entspricht.

Eine Fahrsteuerung kann dann vorsehen, dass eine Begrenzung dann in Kraft tritt, wenn eine Leistung größer als die maximal abrufbare Leistung angefordert wird, um so das schwächste Element bzw. die schwächeren Elemente vor einer zu hohen Leistungsabgabe zu schützen.