DE102014200645A1

DE102014200645A1 - Verfahren zum Batteriemanagement und Batteriemanagementsystem

Info

Publication number: DE102014200645A1
Application number: DE102014200645.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Stimm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-16
Also published as: KR102314246B1; CN104795599A; KR20150085795A; CN104795599B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Batteriemanagement, wobei ein Betriebsparameterbereich einer Batterie (10) durch Angabe von Grenzen für einen Satz von zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren festgelegt wird, wobei der Satz von zyklischen Stressfaktoren zumindest die folgenden messbaren Größen aufweist: eine maximale Ladezustandsdifferenz während eines Betriebszyklus der Batterie (10), eine Temperatur während des Betriebszyklus der Batterie (10) und eine mittlere Stromstärke während des Betriebszyklus der Batterie (10), und wobei der Satz von kalendarischen Stressfaktoren zumindest die folgenden messbaren Größen aufweist: einen Ladezustand während des Stillstands der Batterie (10) und eine Temperatur während des Stillstands der Batterie (10), Die Erfindung betrifft außerdem ein Batteriemanagementsystem (11) und ein Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10), die ein derartiges Batteriemanagementsystem (11) aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Batteriemanagement. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie.
DE 10 2010 051 008 A1 offenbart ein Verfahren zur Erfassung und Bewertung von Alterungserscheinungen einer Batterie, wobei zwischen einer zyklischen Alterung der Batterie durch Auf- und Entladen und einer kalendarischen Alterung der Batterie durch Zeitablauf unterschieden wird. Zur Ermittlung der Alterungserscheinungen wird anhand eines Vergleichs einer OCV-Kennlinie im Neuzustand der Batterie und einer OCV-Kennlinie der gealterten Batterie ein Zusammenhang zwischen der Batteriekapazität und einer OCV-Spannung ermittelt.
DE 10 2012 007 157 A1 zeigt ein Verfahren zum Durchführung von Leistungsprognosen für ein Batteriesystem, wobei anhand von Messwerten, wie einer aktuellen Batteriespannung, eines aktuellen Batteriestroms, eines aktuellen Ladezustands (SOC, state of charge), der aktuellen Batterietemperatur und weiteren Daten, Land- und Kurzzeitprognosewerte ermittelt werden, insbesondere eine kleinste zulässige Batteriesystemspannung beim Entladen oder eine höchste zulässige Batteriesystemspannung für das Laden oder für die Rückgewinnung (recuperation).
DE 199 10 287 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Beurteilung oder Bestimmung der Nutzbarkeit einer Batterie, wobei ein Ladezustand und ein Alterungszustand einbezogen werden, um die Batterie innerhalb Grenzwerten zu halten, die für eine lange Lebensdauer der Batterie günstig sind.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Batteriemanagement umfasst die Schritte:

a) Festlegen eines Betriebsparameterbereichs einer Batterie durch Angabe von Grenzen für einen Satz von zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren,

b) Festlegen einer zu erwartenden Lebensdauer der Batterie,
c) Ermitteln der zyklischen Stressfaktoren während des Betriebs der Batterie und der kalendarischen Stressfaktoren während des Stillstands der Batterie,
d) Bestimmen eines tatsächlichen Lebensalters der Batterie anhand der ermittelten zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren zugeordneter Alterungsfaktoren,
e) Vergleichen der zu erwartenden Lebensdauer der Batterie mit dem tatsächlichen Lebensalter der Batterie und
f) Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie, falls das tatsächliche Lebensalter größer als die zu erwartende Lebensdauer ist.

Der Betrieb der Batterie umfasst Ladephasen und Entladephasen der Batterie. Der Betriebszyklus ist dabei definiert als der Zeitraum des Betriebs der Batterie. Ein Stillstand der Batterie bedeutet, dass keine Ladung oder Entladung der Batterie stattfindet, wobei Selbstentladungsströme in den Batteriezellen hiervon ausgenommen sind.
Die zyklischen Stressfaktoren Δ_SOC, T_B, I_RMS werden im Schritt c) bevorzugt gemäß
wobei Z_i aus {Δ_SOC, T_B, I_RMS}, ermittelt, das heißt
In diesen und in folgenden Formeln bezeichnet C_T-1 einen Kapazitätsdurchsatz durch die Batterie bis zum Zeitpunkt T – 1, C_T einen Kapazitätsdurchsatz durch die Batterie bis zum Zeitpunkt T und ΔC der Kapazitätsdurchsatz im Zeitintervall [T – 1, T]. Als Maß für den Kapazitätsdurchsatz wird dabei der Betrag der Stromstärke über die Zeit integriert.
Die kalendarischen Stressfaktoren SOC und T_S werden im Schritt c) bevorzugt gemäß
wobei K_i aus {SOC, T_S}, ermittelt, das heißt
Die Alterungsfaktoren im Schritt d) werden anhand von Nachschlagetabellen oder als Funktionen ermittelt, die in einer Speichereinheit eines Batteriemanagementsystems gespeichert sind.
Im Schritt d) werden zunächst bevorzugt ein zyklisches Lebensalter gemäß L_Z(T) = Π_i AF(mean (Z_i)_T)·C_T und ein kalendarisches Lebensalter gemäß L_K(T) = Π_i AF(mean (K_i)_T)·T ermittelt, wobei AF (Z_i), Z_i aus {Δ_SOC, T_B, I_RMS}, die den zyklischen Stressfaktoren zugeordneten Alterungsfaktoren bezeichnen, AF (K_i), K_i aus {SOC, T_S}, die den kalendarischen Stressfaktoren zugeordneten Alterungsfaktoren und Π_i das Produkt über die Indexmenge i.
Das tatsächliche Lebensalter wird im Schritt d) bevorzugt als eine Funktion des zyklischen Lebensalter L_Z(T) und des kalendarischen Lebensalters L_KK(T) ermittelt, beispielsweise als Produkt, als Summe oder als Mittelwert.
Nach einer Ausführungsform weist der Satz von zyklischen Stressfaktoren weiterhin die folgende messbare Größe auf: eine Spitzenstromstärke während eines Betriebszyklus der Batterie. Die Spitzenstromstärke während des Betriebszyklus der Batterie wird mit I_PEAK bezeichnet. Das zyklische Lebensalter wird im Schritt d) wiederum analog gebildet, wobei die Spitzenstromstärke während des Betriebszyklus der Batterie als weiterer Faktor in das Produkt einfließt.
Die Schritte c), d), e), f) werden in definierten Zeiträumen wiederholt, wobei die definierten Zeiträume bevorzugt Zeiträume zwischen einen Tag und 60 Tagen, beispielsweise einen Monat umfassen.
Nach einer erfolgten Einschränkung des Betriebsbereichs der Batterie im Schritt f) werden die Schritte c), d), e) wiederholt und der Betriebsparameterbereich der Batterie wieder ausgeweitet, falls das tatsächliche Lebensalter durch die unter die erwartete Lebensdauer fällt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems oder eines Subsystems hiervon handeln, insbesondere in einem Fahrzeug. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder einem Cloudsystem zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem, insbesondere eines Fahrzeugs, vorgeschlagen, mit Stromsensoren, Spannungssensoren, Temperatursensoren,
einer Einheit zum Ermitteln von zyklischen Stressfaktoren anhand der Daten oder Messwerten der Sensoren,
einer Einheit zum Ermitteln von kalendarischen Stressfaktoren anhand von Daten oder Messwerten der Sensoren,
einer Einheit zum Bestimmen des tatsächlichen Lebensalters der Batterie anhand den ermittelten zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren zugeordneter Alterungsfaktoren,
einer Einheit zum Vergleichen einer zu erwartenden Lebensdauer der Batterie mit dem tatsächlichen Lebensalter der Batterie und
einer Einheit zum Einschränken eines Betriebsparameterbereichs der Batterie, falls das tatsächliche Lebensalter größer als die zu erwartende Lebensdauer ist.
Die Einheit zum Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie ist bevorzugt außerdem eingerichtet, die Betriebsparameterbereiche auszuweiten, falls nach einer erfolgten Einschränkung des Betriebsparameterbereichs zu einem späteren Zeitpunkt das tatsächliche Lebensalter wieder unter die zu erwartende Lebensdauer sinkt.
Die Einheit zum Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie kann außerdem eingerichtet sein, die Betriebsparameterbereiche auf einem Fahrzeugbus, insbesondere einem CAN-Bus, weiteren Steuergeräten bereitzustellen.
Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für das Batteriemanagementsystem und umgekehrt.
Die Einheiten des Batteriemanagementsystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. Insbesondere können mehrere Einheiten des Batteriemanagementsystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, wenn mehrere Funktionen in Software auf einem Steuergerät implementiert sind. Die Einheiten können auch in Hardware-Bausteinen, beispielsweise durch Sensoreinheiten, Speichereinheiten und anwendungsspezifische integrierte Schaltungen oder softwaretechnisch implementiert sein.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem zur Verfügung gestellt, wobei die dem Batteriemanagementsystem zugeordnete Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Verfahren kann bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (EV, electronic vehicle) oder Hybridfahrzeugen angewendet werden.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass die Alterung der Batterie im Rahmen einer Vorgabe eingehalten werden kann. Hierdurch wird der Nutzer der Batterie vor dem empfindlichen Verlust an Leistung oder Energieinhalt der Batterie geschützt. Für einen Hersteller der Batterie werden mögliche Garantiekosten gegenüber Gewährleistungsansprüchen verringert.
Für den Fall, dass mit einem Abnehmer der Batterie ein Alterungsszenario abgestimmt wird, welches einen „normalen Nutzungsfall“ der Batterie definiert und zur Ermittlung von möglichen Garantieansprüchen herangezogen wird, kann erreicht werden, dass der so definierte „normale Nutzungsfall“ im Einsatz der Batterie vermehrt eingehalten wird.
Die geschickte Zusammenfassung der für die Alterung der Batterie berücksichtigten Parameter hat außerdem den Effekt, dass der Nutzer nicht sofort für sein Verhalten bestraft wird, wenn ein Parameter außerhalb eines zulässigen Bereichs fällt. Vielmehr kann fehlerhaftes oder grenzwertiges Verhalten in einem Parameter durch vorteilhaftes Verhalten in einem weiteren Parameter ausgeglichen werden. Hierdurch wird ein Kompromiss zwischen Kundenzufriedenheit und notwendiger Gewährleistung durch den Hersteller erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Batterie mit einem Batteriemanagementsystem.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Batterie 10, welche mit einem Batteriemanagementsystem 11 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist. Die Batterie 10 ist beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verbaut.
Die Batterie 10 umfasst Stromsensoren 12, Spannungssensoren 16 und Temperatursensoren 20, welche über entsprechende Schnittstellen 14, 18, 22 dem Batteriemanagementsystem 11 Daten und/oder Messwerte bereitstellen.
Eine Vielzahl der im Folgenden beschriebenen funktionalen Einheiten des Batteriemanagementsystems 11 weist einen Bezug zu einem Betriebszyklus oder zu einem Stillstand der Batterie 10 oder des Fahrzeugs auf. Diese Einheiten sind daher mit einer weiteren Einheit (nicht dargestellt) gekoppelt, welche die nötigen Informationen, beispielsweise den Beginn und das Ende eines Betriebszyklus der Batterie 10 oder den Beginn und das Ende eines Stillstands der Batterie 10 vermitteln.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine Einheit 24 zum Ermitteln einer mittleren Stromstärke während eines Betriebszyklus der Batterie 10 auf. Die Einheit 24 zum Ermitteln der mittleren Stromstärke empfängt und verarbeitet die Daten und/oder Messwerte des Stromsensors 12. Sie mittelt die Stromstärke beispielsweise durch Aufsummieren oder Integration des Betrags der Stromstärke über den Zeitraum des Betriebszyklus und durch anschließende Quotientenbildung mit dem Zeitraum des Betriebszyklus.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine weitere Einheit 26 zum Ermitteln einer maximalen Stromstärke während des Betriebszyklus der Batterie 10 auf. Die Einheit 26 zum Ermitteln der maximalen Stromstärke empfängt und verarbeitet ebenfalls Daten und/oder Messwerte des Stromsensors 12, anhand derer die maximale Stromstärke ermittelt wird.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine Einheit 28 zum Ermitteln eines Ladezustands während des Stillstands der Batterie 10 auf. Die Einheit 28 zum Ermitteln des Ladezustands empfängt und verarbeitet Messwerte und/oder Daten des Spannungssensors 16. Die Einheit 28 zum Ermitteln des Ladezustands ermittelt den Ladezustand beispielsweise anhand einer hinterlegten SOC-OCV-Kennlinie der Batterie 10.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine Einheit 30 zum Ermitteln einer maximalen Ladezustandsdifferenz während des Betriebszyklus der Batterie 10 auf. Die Einheit 30 zum Ermitteln der maximalen Ladezustandsdifferenz während des Betriebszyklus empfängt und verarbeitet Messwerte und/oder Daten des Spannungssensors 16. Sie ermittelt den Ladezustand ebenfalls anhand der hinterlegten SOC-OCV-Kennlinie der Batterie 10. Während des Betriebszyklus werden der maximale Ladezustand und der minimale Ladezustand ermittelt und hieraus die Differenz berechnet, welche die maximale Ladezustandsdifferenz während des Betriebszyklus bildet.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine Einheit 32 zum Ermitteln einer Temperatur während des Stillstands der Batterie 10 auf sowie eine Einheit 34 zum Ermitteln einer Temperatur während des Betriebszyklus der Batterie 10, welche Messwerte und/oder Daten der Temperatursensoren 20 empfangen und verarbeiten.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine weitere Einheit 36 zum Ermitteln von zyklischen Stressfaktoren auf. Die Einheit 36 zum Ermitteln der zyklischen Stressfaktoren empfängt und verarbeitet die Daten und/oder Messwerte der Einheit 24 zum Ermitteln der mittleren Stromstärke, der Einheit 26 zum Ermitteln der maximalen Stromstärke, der Einheit 30 zum Ermitteln der maximalen Ladezustandsdifferenz und der Einheit 34 zum Ermitteln der Temperatur während des Betriebszyklus. Die Daten der Einheit 36 zum Ermitteln der zyklischen Stressfaktoren werden einer Einheit 40 zum Bestimmen eines tatsächlichen zyklischen Lebensalters bereitgestellt.
Die Einheit 40 zum Bestimmen des tatsächlichen zyklischen Lebensalters ermittelt das tatsächliche zyklische Lebensalter anhand von Alterungsfaktoren, welche einer Speichereinheit 44 mit Alterungsfaktoren entnommen werden, wo sie anhand von Nachschlagetabellen oder Funktionen abgelegt sind.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist eine weitere Einheit 38 zum Ermitteln von kalendarischen Stressfaktoren auf. Die Einheit 38 zum Ermitteln der kalendarischen Stressfaktoren empfängt und verarbeitet die Daten und/oder Messwerte der Einheit 28 zum Ermitteln des Ladezustands und der Einheit 32 zum Ermitteln der Temperatur während des Stillstands. Die kalendarischen Stressfaktoren werden insbesondere auch während so genannter Aufwachphasen eines Steuergerätes auf dem das Batteriemanagementsystem 11 implementiert ist im Parkmodus ermittelt, wobei ein über die Zeit gemittelter Ladezustand und ein über die Zeit gemittelter Temperaturwert ermittelt werden. Die Daten der Einheit 38 zum Ermitteln der kalendarischen Stressfaktoren werden einer Einheit 42 zum Bestimmen eines tatsächlichen kalendarischen Lebensalters bereitgestellt.
Die Einheit 42 zum Bestimmen des tatsächlichen kalendarischen Lebensalters ermittelt das tatsächliche kalendarische Lebensalter entsprechend anhand der kalendarischen Stressfaktoren und ihrer zugeordneten Alterungsfaktoren, welche der Speichereinheit 44 mit Alterungsfaktoren entnommen werden, wo diese in Form von Nachschlagetabellen oder Funktionen hinterlegt sind.
Das Batteriemanagementsystem 11 weist weiterhin eine Einheit 46 zum Bestimmen eines tatsächlichen Lebensalters der Batterie 10 auf. Die Einheit 46 zum Bestimmen des tatsächlichen Lebensalters ermittelt das tatsächliche Lebensalter anhand der Daten der Einheit 40 zum Bestimmen des tatsächlichen zyklischen Lebensalters und der Einheit 42 zum Bestimmen des tatsächlichen kalendarischen Lebensalters, beispielsweise als Produkt, als Summe oder als Mittelwert des tatsächlichen zyklischen Lebensalters und des tatsächlichen kalendarischen Lebensalters.
Eine Einheit 48 zum Vergleichen einer zu erwartenden Lebensdauer der Batterie mit dem tatsächlichen Lebensalter der Batterie 10 empfängt und verarbeitet die Daten der Einheit 46 zum Bestimmen des tatsächlichen Lebensalters regelmäßig nach bestimmten Zeitintervallen mit entsprechenden Werten oder Funktionen für die zu erwartende Lebensdauer, welche in einer Speichereinheit 50 mit Werten oder Funktionen für die zu erwartende Lebensdauer gespeichert sind. Bei einer Überschreitung des tatsächlichen Lebensalters der Batterie 10 gegenüber der zu erwartenden Lebensdauer gibt die Einheit 48 zum Vergleichen der zu erwartenden Lebensdauer mit dem tatsächlichen Lebensalter entsprechende Daten und/oder Messwerte an eine Einheit 52 zum Einschränken eines Betriebsparameterbereichs der Batterie 10 weiter.
Die Einheit 52 zum Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie 10 vergleicht die den kalendarischen und zyklischen Stressfaktoren zugeordneten Alterungsfaktoren mit Sollwerten, beispielsweise unter Ermittlung eines Verhältnisses AFRatio(Z_i) = AF(Z_i)/AF_Soll(Z_i) und AFRatio(K_i) = AF(K_i)/AF_Soll(K_i), wobei AF (Z_i) und AF (K_i) das tatsächliche Lebensalter in Bezug auf die zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren Z_i und K_i und AF_Soll (K_i, Z_i) die zu erwartenden Lebensdauer bezeichnen. Die Einheit 52 zum Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie 10 ermittelt diejenigen zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren Z_i und K_i, welche dazu geführt haben, dass das tatsächliche Lebensalter die zu erwartenden Lebensdauer überschritten hat. Die Einheit 52 zum Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie 10 lädt hierauf die aktuell gültigen Betriebsparameterbereiche derjenigen zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren Z_i und K_i, welche dazu geführt haben, dass das tatsächliche Lebensalter die zu erwartenden Lebensdauer überschritten hat, aus einer Speichereinheit 54, ermittelt neue Betriebsparameterbereiche und überspeichert die aktuell gültigen mit den neu ermittelten Betriebsparameterbereichen in der Speichereinheit 54. Die Startbedatung der Speichereinheit 54 beschreibt ein vom Hersteller der Batterie 10 mit dem Abnehmer der Batterie 10 abgestimmtes Alterungsszenario, welches einen „normalen Nutzungsfall“ der Batterie 10 definiert.
Ein Reaktionsverfahren wird im Folgenden beschrieben. Dabei wird davon ausgegangen, dass das tatsächliche Lebensalter die zu erwartenden Lebensdauer überschritten hat, was auf zumindest einen den kalendarischen und zyklischen Stressfaktoren zugeordneten Alterungsfaktor zurückgeführt wird.
Bei Abweichung des Ladezustands vom Betriebsparameterbereich des Ladezustands kann vorgesehen sein, einen oder mehrere Wunsch-Ladezustandswerte auf einem Fahrzeugbus bereitzustellen. Eine Steuereinheit, welche eine Ladestrategie oder Rekuperationsstrategie beeinflusst, kann daraufhin bei dem Fahrzeug den Wunsch-Ladezustandswert einstellen.
Bei einer Überschreitung der Temperatur während des Stillstands wird der Betriebsparameterbereich für die Batterie 10 abgesenkt oder es werden längere Nachlaufzeiten des Fahrzeugbetriebs eingestellt, um eine bessere Temperierung der Batterie 10 zu erreichen.

Bei einer Überschreitung der maximalen Ladzustandsdifferenz werden die Grenzen stärker zusammengezogen, so dass beispielsweise bei Hybridfahrzeugen früher der Verbrennungsmotor anspringt. Nach einer ersten Realisierungsmöglichkeit wird dies mittels einer Nachschlagetabelle realisiert, wie kurz im folgenden Beispiel beschrieben. Eine Startbedatung eines Fahrzeugs erfolgt nach folgender Tabelle 1, wobei die Einträge in der Tabelle die maximale Entladeleistung in Watt beschreiben:

	–20°C	0°C	20°C	60°C
0% SOC	0	0	0	0
10% SOC	10	30	100	50
20% SOC	10	40	110	60
30% SOC	20	50	120	70
40% SOC	20	70	130	80
50% SOC	50	80	140	90
60% SOC	50	90	160	100
70% SOC	60	100	170	110
80% SOC	60	100	170	110
90% SOC	70	110	180	110
100% SOC	80	120	180	110

Tabelle 1

Wenn der Alterungsfaktor für die maximale Ladezustandsdifferenz den Sollwert für den Alterungsfaktor beispielsweise um 2 übertrifft, kann vorgesehen sein, die Bedatung gemäß folgender Tabelle 2 einzustellen, wobei die Einträge in der Tabelle wiederum die maximale Entladeleistung in Watt beschreiben:

	–20°C	0°C	20°C	60°C
0% SOC	0	0	0	0
10% SOC	0	0	0	0
20% SOC	10	20	60	30
30% SOC	20	50	120	70
40% SOC	20	70	130	80
50% SOC	50	80	140	90
60% SOC	50	90	160	100
70% SOC	60	100	170	110
80% SOC	60	100	170	110
90% SOC	70	110	180	110
100% SOC	0	0	0	0

Tabelle 2

Nach einer zweiten Realisierungsmöglichkeit wird die maximale Entladeleistung in Watt durch eine if/else-Abfrage bei bestimmten Ladezustandswerten abgesenkt oder zu Null gesetzt,

beispielsweise if SOC < 10 && AFRatio > 3: set P == 0

elesif SOC < 10 && AFRatio > 2: set P == 0

elseif SOC < 20 && AFRatio > 3: set P == 0,

wobei SOC den Ladezustand und P die Entladeleistung bezeichnen.
Nach einer dritten Realisierungsmöglichkeit können je nach Größe des Verhältnisses der Alterungsfaktoren die Ladezustandsgrenzwerte mittels Funktionen neu berechnet werden, beispielsweise SOC_Lower_Limit_Neu = AFRatio·SOC_Lower_Limit_Alt und SOC_Upper_Limit_Neu = (1 – AF_Ratio/10)·SOC_Upper_Limit_Alt.
Damit SOC_Upper_Limit_Neu nicht negativ wird, kann eine Randbedingung vorgesehen sein, z. b. AF_Ratio ≤ 10.
Für AFRatio = 3 wird dabei beispielsweise aus einem alten Bereich [10% ... 90%] ein neuer Bereich [30% ... 63%].
Bei einer Überschreitung der Temperatur während des Betriebszyklus kann vorgesehen sein, die Betriebstemperatur abzusenken. Hierbei kann beispielsweise eine lineare Funktion verwendet werden, nämlich T_Cooling_Neu = T_Cooling_Alt·(1 – AFRatio/10), oder eine Potenzfunktion mit ganzzahligem Exponenten, beispielsweise T_Cooling_Neu = T_Cooling_Alt·(1/AFRatio), womit entsprechende Grenzen für den gültigen Bereich festgelegt werden.
Bei einer Überschreitung der mittleren Stromstärke während des Betriebszyklus kann vorgesehen sein, die Spitzenstromstärken leicht abzusenken, beispielsweise um 5% oder 10%, und/oder die mittlere Stromstärke deutlich abzusenken, beispielsweise um 20% oder 50%. Die Einschränkung des Betriebsparameterbereichs kann aber auch als eine lineare Funktion oder auf eine andere Art und Weise mittels Algorithmen abgebildet sein, beispielsweise I_RMS_Limit_Neu = I_RMS_Limit_Alt·(1 – 1/AFRatio) und/oder I_PEAK_Limit_Neu = I_PEAK_Limit Alt·((5 – 1/AFRatio)/5).
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010051008 A1 [0002]
DE 102012007157 A1 [0003]
DE 19910287 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Batteriemanagement mit den Schritten: a) Festlegen eines Betriebsparameterbereichs einer Batterie (10) durch Angabe von Grenzen für einen Satz von zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren, wobei der Satz von zyklischen Stressfaktoren zumindest die folgenden messbaren Größen aufweist: eine maximale Ladezustandsdifferenz während eines Betriebszyklus der Batterie (10), eine Temperatur während des Betriebszyklus der Batterie (10) und eine mittlere Stromstärke während des Betriebszyklus der Batterie (10), und wobei der Satz von kalendarischen Stressfaktoren zumindest die folgenden messbaren Größen aufweist: einen Ladezustand während des Stillstands der Batterie (10) und eine Temperatur während des Stillstands der Batterie (10), b) Festlegen einer zu erwartenden Lebensdauer der Batterie (10), c) Ermitteln der zyklischen Stressfaktoren während des Betriebs der Batterie (10) und der kalendarischen Stressfaktoren während des Stillstands der Batterie (10), d) Bestimmen eines tatsächlichen Lebensalters der Batterie (10) anhand der ermittelten zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren zugeordneter Alterungsfaktoren, e) Vergleichen der zu erwartenden Lebensdauer der Batterie (10) mit dem tatsächlichen Lebensalter der Batterie (10) und f) Einschränken des Betriebsparameterbereichs der Batterie (10), falls das tatsächliche Lebensalter größer als die zu erwartende Lebensdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zyklischen Stressfaktoren im Schritt c) ermittelt werden gemäß
wobei Z_i aus {Δ_SOC, T_B, I_RMS}.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kalendarischen Stressfaktoren in Schritt c) ermittelt werden gemäß
wobei K_i aus {SOC, T_S}.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterungsfaktoren in Schritt d) anhand von Nachschlagetabellen oder als Funktionen ermittelt werden, die in einer Speichereinheit (44) eines Batteriemanagementsystems (11) gespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) zunächst ein zyklisches Lebensalter gemäß L_Z(T) = Π_iAF(Z_i)·C_T und ein kalendarisches Lebensalter gemäß L_K(T) = Π_iAF(K_i)·T ermittelt werden, wobei mit AF die den zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren Z_i und K_i zugeordneten Alterungsfaktoren bezeichnet sind, und wobei das tatsächliche Lebensalter anhand einer Funktion des zyklischen Lebensalters und des kalendarischen Lebensalters ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz von zyklischen Stressfaktoren weiterhin die folgende messbare Größe aufweist: eine Spitzenstromstärke während des Betriebszyklus der Batterie (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritt c), d), e), f) in definierten Zeiträumen wiederholt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer erfolgten Einschränkung des Betriebsbereichs der Batterie (10) im Schritt f) die Schritte c), d), e) wiederholt werden und wobei der Betriebsparameterbereich der Batterie (10) wieder ausgeweitet wird, falls das tatsächliche Lebensalter unter die erwartete Lebensdauer fällt.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
Batteriemanagementsystem (11) zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit Stromsensoren (12), Spannungssensoren (16), Temperatursensoren (20), einer Einheit (36) zum Ermitteln von zyklischen Stressfaktoren anhand der Daten oder Messwerten der Sensoren (12, 16, 20), einer Einheit (38) zum Ermitteln von kalendarischen Stressfaktoren anhand von Daten oder Messwerten der Sensoren (12, 16, 20), einer Einheit (46) zum Bestimmen des tatsächlichen Lebensalters der Batterie (10) anhand den ermittelten zyklischen und kalendarischen Stressfaktoren zugeordneter Alterungsfaktoren, einer Einheit (48) zum Vergleichen einer zu erwartenden Lebensdauer der Batterie (10) mit dem tatsächlichen Lebensalter der Batterie (10) und einer Einheit (52) zum Einschränken eines Betriebsparameterbereichs der Batterie (10), falls das tatsächliche Lebensalter größer als die zu erwartende Lebensdauer ist.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10), welche ein Batteriemanagementsystem (11) gemäß Anspruch 10 aufweist.