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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Lagerfähigkeit einer Batterie. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie zum Verhindern einer Tiefentladung während einer Lagerzeit der Batterie.
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Stand der Technik
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Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen, wie etwa in Windkraftanlagen, eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.
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Insbesondere während einer längeren Stillstandzeit entladen sich Batteriezellen in der Regel nach und nach. Nachteilig hierbei kann sein, dass ab einer gewissen Entladungstiefe die Batterie keine elektrische Leistung abgeben kann und somit nicht mehr benutzt werden kann. Wird die Batterie noch weiter etwa bis zu einer Tiefentladung entladen, kann es bei vielen Batterietypen sogar zu irreversiblen Schädigungen kommen, die einen Austausch der Batterie erzwingen. Nachteilig kann dies beispielsweise bezüglich einer Lagerung der Batterie sein.
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Aus dem Dokument
US 2013/0124121 , beispielsweise, ist ein Managementsystem bekannt, welches etwa dazu dient, eine noch verbleibende Arbeitszeit beziehungsweise Kapazität der einer Batterie bereitzustellen. Dabei werden zustandsabhängige Zeiträume zur Veränderung einer Spannung gemessen, um einen Rückschluss beispielsweise auf die vorhandene Restkapazität zu erhalten.
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Aus dem Dokument
JP H11-040209 ist ferner ein Verfahren zum Ermitteln der Restlaufzeit einer Batterie bekannt, bei welchem Verfahren insbesondere Bezug auf die Selbstentladerate und die Temperatur genommen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie, aufweisend die Verfahrensschritte:
- a) Erstellen einer Nachschlagetabelle vor einem Lagern mit den Verfahrensschritten:
- a1) Aufnehmen und Abspeichern von Spannungswerten betreffend die Lagerspannung der Batterie in einem definierten Spannungsbereich, jeweils bei unterschiedlichen Temperaturen in einem definierten Temperaturbereich;
- a2) Aufnehmen und Abspeichern der Entladerate der Batterie bei unterschiedlichen Temperaturen in einem definierten Temperaturbereich; und
- b) Lagern der Batterie, wobei das Lagern die Verfahrensschritte umfasst:
- b1) Ermitteln der Temperatur der Batterie;
- b2) Ermitteln der Lagerspannung der Batterie; und
- b3) Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie auf Basis der in der Nachlagetabelle abgespeicherten Entladerate.
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Das vorbeschriebene Verfahren zum Ermitteln der Lagerfähigkeit einer Batterie ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise, eine Tiefentladung und damit eine irreversible Schädigung einer Batterie während eines Lagerns zu verhindern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit das Ermitteln der Lagerfähigkeit einer Batterie. Eine derartige Batterie kann beispielsweise wenigstens eine in einem Gehäuse angeordnete elektrochemische Zelle mit einer Elektrodenanordnung aufweisend eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode und einen diese kontaktierenden Elektrolyt umfassen. Eine elektrochemische Zelle kann dabei im Wesentlichen ausgestaltet sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Für den beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Anode beispielsweise umfassen oder ausgestaltet sein aus metallischem Lithium oder aus einem Material, welches Lithiumionen interkalieren kann. Ein derartiges Anodenmaterial kann beispielsweise auf einen Stromableiter aufgebracht, wie etwa aufgerakelt, sein. Beispielhafte Anodenmaterialien umfassen Graphit oder Lithiumtitanat. Die Kathode kann entsprechend, ebenfalls für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie, beispielhaft Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) oder Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2) aufweisen oder daraus ausgestaltet sein und ebenfalls auf einen Stromableiter aufgebracht sein. Dabei kann das Kathodenmaterial wie auch das Anodenmaterial gegebenenfalls in einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) etwa zusammen mit einem Leitzusatz, wie etwa einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoffverbindung, beispielsweise Graphit, vorliegen.
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Der Elektrolyt kann ebenfalls in an sich bekannter Weise beispielsweise ein Festkörperelektrolyt sein oder ein Lösungsmittel umfassen, in dem ein oder mehrere elektrisch leitfähige Salze gelöst sind. Beispielsweise können aprotische Lösungsmittel, wie etwa Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat oder Diethylcarbonat Verwendung finden. Weiterhin kann als elektrisch leitfähiges Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrolyt sich in Poren eines zwischen den Elektroden angeordneten Separators befinden. Der Separator kann beispielsweise eine insbesondere poröse Kunststofffolie sein, etwa gebildet aus Polypropylen.
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Unter einer Lagerfähigkeit der Batterie kann dabei insbesondere verstanden werden die insbesondere zeitliche Fähigkeit der Batterie, einer Lagerung unterworfen zu werden ohne dabei etwa aufgrund einer Selbstentladung in den Zustand einer Tiefentladung zu gelangen. Ferner kann unter einem Lagern einer Batterie insbesondere verstanden werden ein Zustand der Batterie, bei welchem kein gewolltes oder nur ein reduziertes Versorgen eines Verbrauchers mit Energie erfolgt. Dabei kann ein Versorgen eines Verbrauchers mit Energie beschränkt sein auf die Bauteile, die notwendig sind, um das beschriebene Verfahren durchführen zu können. Eine sonstige Entladung kann etwa, wie bereits ausgeführt, durch Selbstentladungseffekte hervorgerufen werden. Somit ist die Lagerfähigkeit der Batterie insbesondere bezogen auf den Zeitraum, bei welchem die Batterie in einem oberhalb einer Tiefentladung liegenden Ladezustand verweilen kann. Eine Tiefenentladung kann dabei insbesondere ein derartiger Ladezustand sein, bei welchem eine irreversible Schädigung der Batterie durch den Ladezustand stattfinden kann.
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Somit basiert das vorliegende Verfahren insbesondere darauf, dass Batterien bei einer Tiefentladung unter Umständen Schaden nehmen können und dabei gegebenenfalls nach einer Tiefentladung derart irreversibel geschädigt sind, dass sie nicht mehr ladbar sind. Somit kann das Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie dafür sorgen, dass der Ladezustand während einer Lagerung der Batterie stets in einem für die Batterie schonenden Bereich ist, eine Tiefentladung und damit eine irreversible Schädigung der Batterie somit wirksam verhindert werden kann.
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Hierzu umfasst das vorbeschriebene Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) das Erstellen einer Nachschlagetabelle vor einem Lagern. Dieser Verfahrensschritt kann beispielsweise in einer Erprobungsphase oder grundsätzlich vor einem Lagervorgang erfolgen und dient insbesondere dem Aufnehmen von batteriespezifischen Parametern. Dabei kann die Nachschlagetabelle insbesondere auf elektronischen Daten basieren, welche in einem Speicher beispielsweise eines Batterie-Management-Systems abgespeichert sein können.
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Das Erstellen der Nachschlagetabelle gemäß Verfahrensschritt a) kann dabei die folgenden Verfahrensschritte umfassen. Zunächst kann gemäß Verfahrensschritt a1) ein Aufnehmen und Abspeichern von Spannungswerten betreffend die Lagerspannung der Batterie in einem definierten Spannungsbereich, jeweils bei unterschiedlichen Temperaturen in einem definierten Temperaturbereich erfolgen.
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Dabei kann ein Ermitteln der Lagerspannung der Batterie wiederum bedeuten, dass die entsprechende Spannung der Gesamtbatterie ermittelt wird, etwa eines gesamten Moduls, oder dass die Spannung einzelner Bestandteile der Batterie ermittelt wird, wie etwa einzelner oder mehrerer, beispielsweise aller Batteriezellen. Letzteres kann den Vorteil aufweisen, dass etwa defekte Zellen unmittelbar lokalisierbar sind, wie dies nachstehend im Detail erläutert wird.
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Unter der Lagerspannung kann dabei insbesondere verstanden werden die Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage, OCV), wobei die Leerlaufspannung gegebenenfalls durch die Messschaltungen zum Messen der Spannung beeinflusst sein kann. Somit ist die Lagerspannung insbesondere die Leerlaufspannung mit den Einflüssen der Messschaltungen beziehungsweise mit den für das vorliegende Verfahren benötigten Bauteilen, da insbesondere bei einer Batterielagerung das Messen der entsprechenden Werte oftmals nur bei eingeschaltetem Messvorrichtungen etwa aufweisend eine Überwachungseinheit, beispielsweise eine auch als Cell Supervision Circuit (CSC) bezeichnete Einheit und/oder eine Batterie-Steuereinheit (Batterie Control Unit, BCU) möglich ist. Dies ist wegen der Eingangs- und Versorgungsströme der verwendeten Elektronikbauteile insbesondere bei einer Lagerung dann besonders vorteilhaft möglich, wenn die verwendeten Bauteile auch von der Batterie gespeist werden. Da die anliegenden Eingangs- und Versorgungsströme jedoch relativ klein sind, der Eingangsstrom liegt beispielsweise bei ≤ 400µA, der Versorgungsstrom einer CSC liegt beispielsweise bei ≤ 200 mA, kann die Lagerspannung weitestgehend mit der Leerlaufspannung (OCV) verglichen werden beziehungsweise sind diese Werte im Rahmen der Erfindung äquivalent verwendbar beziehungsweise austauschbar, ohne signifikante Messfehler beziehungsweise Fehler der Lagerfähigkeit mit sich zu bringen. Diese nicht ganz idealen Leerlaufbedingungen sind vor allem auch deshalb tolerierbar und die Messergebnisse können als genau genug angenommen werden, da die Messungen bei der Lagerung stets nur intermittierend, beispielsweise drei Mal in 24 h pro Zelle, und dann auch nur für kurze Zeit, etwa für jeweils ca. 10 ms, durchgeführt werden. Somit kann von genügend guten Leerlaufbedingungen für die Batterie ausgegangen werden.
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Eine Messung der Lagerspannung kann dabei auf einfache Weise insbesondere realisierbar sein durch das Messen der an den Polen der jeweiligen Batterie oder Zelle oder der zu vermessenden Einheit anliegenden Spannung, wie es zum Messen der Leerlaufspannung grundsätzlich bekannt ist. Bestenfalls werden die Messungen mit Bauteilen durchgeführt, die geringe aufgenommene Ströme für die Messungen benötigen, da so die Leerlaufbedingungen besonders genau simuliert werden können. Beispielsweise können CMOS-Bausteine verwendet werden.
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Die Zell- oder Modulspannungen können von den CSC’s periodisch gemessen werden. Beispielsweise hat jedes Modul seine eigene CSC mit µC, Multiplexer, Messverstärker, ADC, Temperatursensoren und einem Kommunikationsbaustein zur BCU. Ein Modul hat in der Regel sechs Zellen ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Eine CSC entnimmt dann zur dreimaligen Messung aller sechs Zellspannungen in 24 h für einen Zeitraum von 10ms pro Messung eine Ladung von beispielsweise 6·3·10ms·200mA = 36 mAs aus der Modulspannung. Beispielsweise bei 20 Ah-Zellen entspricht das etwa 0,5 ppm an Entladung in 24 h, was nicht problematisch ist.
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Somit werden in dem ersten Verfahrensschritt zum Erstellen einer Nachschlagtabelle Spannungswerte gemessen, welche der Lagerspannung der Batterie beziehungsweise der Batteriezellen entsprechen. Beispielsweise kann die Leerlaufspannung gemessen werden, welche wie vorstehend erläutert der Lagerspannung entspricht, wenn kein Messgerät durch die vermessende Batterie mit Energie versorgt wird. Aufgrund der Übertragbarkeit der Spannungswerte der Leerlaufspannung auf die Lagerspannung beziehungsweise umgekehrt kann jedoch auch, wenn ein Messgerät mit Energie versorgt wird, die Leerlaufspannung als Bestandteil der Nachschlagetabelle geeignet sein.
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Dabei kann die Nachschlagetabelle auf Spannungswerte begrenzt sein, welche in einem Bereich zwischen einer Tiefentladung der Batterie beziehungsweise der Zellen und einer Überladung der Batterie beziehungsweise der Zellen liegen. Rein beispielhaft und in keiner Weise beschränkend kann bei Lithium-Ionen-Batterien eine Überladung vorliegen, werden wenn die Spannung pro gemessener Zelle in einem Bereich von 4,25 V oder darüber liegt. Oberhalb dieses Wertes kann die Zelle instabil werden und ein sich rapide selbstverstärkender Prozess der Erwärmung iniziiert werden. Eine Tiefentladung kann beispielsweise in einem Bereich liegen, der pro gemessener Zelle in einem Bereich von 2,7 V oder darunter liegt. Auch eine Tiefentladung kann nachteilig sein, da hier ungünstige chemische Prozesse in der Zelle ablaufen können, die zu einer irreversiblen Degradierung führen können. Daher kann die Nachschlagetabelle etwa auf Spannungswerte innerhalb des obengenannten Spannungsfensters begrenzt sein.
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Es wird bei dem Erstellen der Nachschlagetabelle darauf Bezug genommen, dass die Lagerspannung beziehungsweise die Leerlaufspannung abhängig ist von der herrschenden Temperatur der Batterie beziehungsweise der Batteriezellen. Aufgrund ihrer Temperaturabhängigkeit kann die Lagerspannung dabei gemessen werden bei unterschiedlichen Temperaturen in einem definierten Temperaturbereich. Der vermessene Temperaturbereich kann dabei insbesondere dem normalen beziehungsweise dem zu erwartenden Temperaturbereich einer Lagerung entsprechen, beispielhaft und nicht beschränkend in einem Bereich von –30 °C bis 60 °C. Somit kann insbesondere der Ladezustand als Funktion der Lagerspannung und der Temperatur der Nachschlagtabelle aufgenommen werden.
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Des Weiteren erfolgt zum Erstellen der Nachschlagetabelle gemäß Verfahrensschritt a2) das Aufnehmen und Abspeichern der Entladerate der Batterie bei unterschiedlichen Temperaturen in einem definierten Temperaturbereich. Insbesondere können die Temperaturen, wie auch die Temperaturen der Lagerspannung, in dem Temperaturbereich liegen, welcher insbesondere eine normale beziehungsweise zu erwartende Lagertemperatur ist. Das Temperaturfenster kann wiederum in einem Bereich von beispielhaft und nicht beschränkend –30 °C bis +60 liegen. Dabei kann die Entladerate insbesondere die Abnahme der Lagerspannung über die Zeit sein, wofür etwa zeitlich beabstandete Messungen der Lagerspannung erfolgen können.
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Somit kann die Nachschlagetabelle Werte aufweisen, anhand derer bei einer gemessenen Temperatur und einer gemessenen Lagerspannung eine voraussichtliche Lagerfähigkeit der Batterie in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur ermittelbar ist.
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Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt b) das eigentliche Lagern der Batterie, wobei das Lagern insbesondere ein Zustand der Batterie ist, bei welchem mit Ausnahme einer Selbstentladung, beispielsweise, kein permanentes gewolltes Entladen der Batterie unter Betreiben eines Verbrauchers erfolgt sondern lediglich ein Messgerät insbesondere temporär mit Energie gespeist werden kann.
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Das Lagern umfasst dabei weitere Verfahrensschritte beziehungsweise diese werden während eines Lagerns ausgeführt. Dabei umfasst das Lagern zunächst gemäß Verfahrensschritt b1) das Ermitteln der Temperatur der Batterie. Es wird somit erneut Rechnung getragen dem Zustand, dass die Entladerate der Batterie abhängig ist von der Temperatur der Batterie beziehungsweise seinen Batteriezellen. Ferner kann so unmittelbar und besonders genau auf die erstellte Nachschlagetabelle zurückgegriffen werden. Darüber hinaus kann es unmittelbar detektierbar sein, wenn eine Zelle beispielsweise durch eine Schädigung bereits entladen ist und sich stark erhitzt, so dass weitere Beschädigungen verhindert werden können. In anderen Worten kann etwa bei der Gefahr eines thermischen Durchgehens das Lagerpersonal informiert werden, damit schnellstmöglich Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können. Dabei kann die Temperatur sämtlicher Zellen oder einzelner ausgewählter Zellen unmittelbar gemessen werden und somit die Temperatur der Batterie beziehungsweise der Temperatur der nicht vermessenen Zellen mittelbar erfasst werden.
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Weiterhin umfasst der Lagervorgang gemäß Verfahrensschritt b2) das Ermitteln der Lagerspannung der Batterie. Bezüglich der Definition der Lagerspannung und ihrer Messung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen, wobei verständlicher Weise die vermessende Einheit der in der Nachschlagtabelle hinterlegten Einheit entsprechen sollte.
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Sind nun die Temperatur der Batterie und die Lagerspannung der Batterie bekannt, kann gemäß Verfahrensschritt b3) das Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie auf Basis der in der Nachlagetabelle abgespeicherten Entladerate erfolgen. Dabei kann auf Basis der gemessenen Lagerspannung und der gespeicherten Entladerate bei der zugehörigen Temperatur auf einfache Weise ermittelt werden, für welchen Zeitraum die Batterie in einem Zustand oberhalb einer Tiefentladung liegt. Diese Restlagerzeit kann dabei ausgelesen werden, beispielsweise über einen CAN-Bus, und/oder über Anzeigeeinrichtung angezeigt werden. Die einer Tiefentladung entsprechende Lagerspannung kann dabei in einem Batterie-Management-System (BMS) hinterlegt sein.
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Ein vorbeschriebenes Verfahren weist dabei signifikante Vorteile auf. So erlaubt es das vorbeschriebene Verfahren insbesondere, in Echtzeit die Lagerfähigkeit der Batterie zu überprüfen und somit sicher zu verhindern, dass die Batterie beschädigt wird oder in Nachbarschaft zu der Batterie angeordnete Personen oder Gegenstände gefährdet werden. Auf sich ändernde Bedingungen kann so unmittelbar reagiert werden, da nicht ausschließlich auf vorgegebene Sollwerte zurückgegriffen wird, sondern eine permanente Überwachung möglich ist. Insbesondere kann die Gefahr einer Tiefentladung einer Batterie beziehungsweise der Zellen derselben und somit einer drohenden Beschädigung, wie insbesondere einer irreversiblen Degradation, unmittelbar erkannt und Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
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Eine derartige Gegenmaßahme kann beispielsweise ein Austauschen der entsprechenden Zellen umfassen oder das optische oder akustische Ausgeben von Warnmeldungen.
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Zusammenfassend kann durch das vorbeschriebene Verfahren zuverlässig die momentan vorliegende zulässige längst mögliche zerstörungsfreie Restlagerzeiten von Batterien bestimmt werden, wobei dieses Verfahren insbesondere mit geringem technischen und finanziellen Aufwand möglich ist.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Lagern die Verfahrensschritte umfassen:
- b4) Zumindest zweifaches, insbesondere dreifaches, zeitlich beabstandetes Ermitteln der Lagerspannung der Batterie innerhalb einem Zeitraum von 24 h;
- b5) Ermitteln der Entladerate der Batterie auf Basis der in Verfahrensschritt b4) ermittelten Werte; und gegebenenfalls
- b6) gegebenenfalls Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie auf Basis der in Verfahrensschritt b5) ermittelten Entladerate.
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In dieser Ausgestaltung wird somit gemäß Verfahrensschritt b4) wenigstens zweifach, insbesondere dreifach, gegebenenfalls mehrfach, in einem jeweiligen zeitlichen Abstand die Lagerspannung der Batterie ermittelt. Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß Verfahrensschritt b5) das Ermitteln der Entladerate der Batterie auf Basis der in Verfahrensschritt b4) ermittelten Werte insbesondere basierend auf sämtlichen ermittelten Werten. Somit wird in diesem Verfahrensschritt insbesondere erfasst, welche Entladerate bei der Batterie unmittelbar, also während der Lagerung, vorliegt. Die Entladerate ist dabei wiederum insbesondere die Entladung beziehungsweise der Verlust an Lagerspannung, welche die Batterie in einem bestimmten Zeitraum, also insbesondere zwischen den zeitlichen beabstandeten Messpunkten, aufweist. Der Spannungsverlust kann dabei insbesondere hervorgerufen werden durch eine Selbstentladung. Anschließend kann gemäß Verfahrensschritt b6) optional das Ermitteln der Lagerfähigkeit der Batterie auf Basis der in Verfahrensschritt b5) ermittelten Entladerate erfolgen.
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In dieser Ausgestaltung kann ferner gemäß Verfahrensschritt b7) vorgesehen sein, die momentan vorliegende Entladerate beziehungsweise die hieraus ermittelte Lagerfähigkeit mit den Werten der für die Batterie erstellten insbesondere elektronischen Nachschlagetabelle verglichen werden. Im Detail erfolgt dann ein Vergleichen der in Verfahrensschritt b5) ermittelten Entladerate und der in Verfahrensschritt a2) abgespeicherten Entladerate und/oder der in Verfahrensschritt b3) ermittelten Lagerfähigkeit und der in Verfahrensschritt b6) ermittelten Lagerfähigkeit. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann somit ermittelt werden, ob die Entladerate stabil bleibt, oder ob gegebenenfalls eine Abweichung von einer ehemals ermittelten Entladerate auftritt, die gegebenenfalls eine vorherbestimmte Lagerfähigkeit reduzieren kann. Dadurch braucht in dieser Ausgestaltung beispielsweise eine Ausgabe der Lagerfähigkeit nur dann zu erfolgen, wenn eine Änderung der vorherbestimmten Lagerfähigkeit oder Entladerate aufgetreten ist und somit eine frühere als ursprünglich geplante Handlung notwendig wird.
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Insbesondere kann in dieser Ausgestaltung ein Vergleich der aktuell tatsächlich vorliegenden Werte mit den etwa in einer Batterieerprobung erfassten Werten erfolgen, wobei die im Vorhinein erstellten Werte in der Nachschlagetabelle hinterlegt sind. Sind die Entladeraten und damit die Lagerfähigkeiten dabei innerhalb des abgespeicherten zulässigen Bereichs, kann eine besonders sichere Restlagerzeit angezeigt werden. Die zerstörungsfreie noch mögliche Restlagerzeit kann dann problemlos ausgegeben werden. Für den Fall von Abweichungen kann ein Ausgeben der Restlagerzeit beispielsweise mit dem Hinweis versehen werden, dass gegebenenfalls ein Fehler vorliegt und die ausgegebenen Werte somit unsicher beziehungsweise unter Vorbehalt ermittelt wurden, da gegebenenfalls aufgrund der vorliegenden Beschädigung mit weiteren Verkürzungen der Restlagerzeit gerechnet werden kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt aufweisen: b8) Ausgeben einer Warnung für den Fall, dass die in Verfahrensschritt b5) ermittelte Entladerate über einen definierten Wert von der in Verfahrensschritt a2) abgespeicherten Entladerate abweicht oder für den Fall, dass die in Verfahrensschritt b3) ermittelte Lagerfähigkeit von der in Verfahrensschritt b6) ermittelten Lagerfähigkeit abweicht. In dieser Ausgestaltung kann somit beispielsweise Lagerpersonal darauf aufmerksam gemacht werden, dass eine etwa vorher bestimmte Entladerate beziehungsweise Restlagerzeit sich reduziert und somit einen früheren Austausch beziehungsweise ein früheres Handeln notwendig macht. Darüber hinaus kann die Entladerate als unsicher eingestuft werden, da aufgrund der geänderten Entladerate gegebenenfalls ein Fehlerfall vorliegt, der die ermittelte Lagerfähigkeit weiter verändern beziehungsweise reduzieren kann. Somit kann in dieser Ausgestaltung besonders sicher auf sich ändernde Umstände beziehungsweise auf Fehlerfälle der Batterie reagiert werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann bei einem Vergleichen der in Verfahrensschritt b5) ermittelten Entladerate und der in Verfahrensschritt a2) abgespeicherten Entladerate oder der in Verfahrensschritt b3) ermittelten Lagerfähigkeit und der in Verfahrensschritt b6) ermittelten Lagerfähigkeit gemäß Verfahrensschritt b7) eine Toleranz verwendet werden, insbesondere wobei die Toleranz in einem Bereich von kleiner oder gleich 10%, beispielsweise kleiner oder gleich 5%, bezogen auf die in der Nachschlagetabelle gespeicherten Werte, liegt. Dabei kann insbesondere auf fertigungstechnische Toleranzen reagiert werden, welche die Entladerate beziehungsweise die Lagerfähigkeiten verändern können.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in wenigstens einem der Verfahrensschritte a2) und b5) die Entladerate als mittlere Entladerate aus wenigstens zwei ermittelten Entladeraten ermittelt werden. In anderen Worten kann die Entladerate wenigstens zweifach insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgend ermittelt werden und aus den so ermittelten Werten ein Mittelwert gebildet werden. In dieser Ausgestaltung können auftretende Messfehler ausgeschlossen und ein auf fehlerhaften Messwerten basierendes Verhalten ausgeschlossen werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können zumindest die Verfahrensschritte b1) bis b3) gemeinsam periodisch durchgeführt werden. Dabei können nur die Verfahrensschritte b1) bis b3) gemeinsam periodisch durchgeführt werden, oder das gesamte Verfahren, beispielsweise mit Ausnahme des Erstellens der Nachschlagetabelle gemäß Verfahrensschritt a), kann mit seinen Weiterbildungen, wie dies vorstehend und nachfolgend erläutert ist, periodisch durchgeführt werden. Somit braucht eine Ermittlung der Restlagerzeit nicht permanent erfolgen, sondern kann vielmehr in bestimmten Intervallen möglich sein. Beispielsweise können die Messungen bei der Lagerung einmal oder mehrmals am Tag erfolgen, beispielsweise dreimal pro 24 h. Dadurch kann zum Einen die Lagerdauer verlängert werden, da die Messschaltungen oftmals von den Batterien als solchen mit Energie gespeist werden. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung von genügend guten Leerlaufbedingungen für die Batterie ausgegangen werden, was die Lagerspannung besonders gut an die gegebenenfalls in der Nachschlagetabelle hinterlegte Leerlaufspannung annähern lässt.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren in weiteren Verfahrensschritt aufweisen b9) Ausgeben der Lagerfähigkeit. Dabei kann sowohl die auf Basis der in der Nachschlagetabelle gespeicherten Entladerate ermittelte Lagerfähigkeit und/oder die auf Basis der aktuell vorliegenden Entladerate vorliegende Lagerfähigkeit ausgegeben werden. Insbesondere diese Ausgestaltung kann somit das Lagerpersonal stets auf dem aktuellen Stand betreffend die Lagerfähigkeit sein. Ein Ausgeben kann dabei etwa erfolgen über ein Display oder grundsätzlich über einen optischen oder akustischen Hinweis.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Batteriesystem welches ausgestaltet ist, ein Verfahren zum Ermitteln einer Lagerfähigkeit einer Batterie, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist, auszuführen.
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Hierzu kann das Batteriesystem insbesondere in seinem Batterie-Management-System (BMS) ausgestaltet sein, um das vorbeschriebene Verfahren ausführen zu können. Insbesondere kann das Batteriemanagementsystem lediglich eine Softwareimplementierung aufweisen, um die entsprechenden Messungen zu starten und die entsprechenden Messwerte zu verarbeiten, wie dies vorstehend im Detail erläutert ist. Bezüglich der Hardwarekomponenten kann das Batteriemanagementsystem und damit das Batteriesystem gemäß der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen den aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystemen entsprechen. Für den Fall, dass die vorbeschriebene Nachschlagtabelle verwendet wird, kann ein etwa in der Batteriesteuereinheit (BCU) des Batterie-Management-Systems (BMS) vorhandene Speicher Verwendung finden, oder es kann ein separater Speicher vorgesehen sein.
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Zur Messung der Zell- oder Modulspannungen bedarf es dabei keiner speziellen Komponenten. Die Einrichtungen sind in den entsprechenden Komponenten, wie beispielsweise dem oder den CSC’s oftmals ohnehin vorhanden und werden beim Betrieb der Batterie laufend zur Zellenüberwachung, wie etwa dem sogenannten Balancing oder der SOC-Bestimmung, benutzt.
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Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
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Beispiele und Zeichnungen
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines Diagramms darstellend die Lagerspannung als Funktion der Temperatur; und
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2 eine Prinzipdarstellung einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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In 1 ist eine Darstellung eines Diagramms darstellend die Lagerspannung U als Funktion der Temperatur T gezeigt, wie diese für eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Im Detail zeigt 1 ein Diagramm, in welchem die Lagerspannung U, welche äquivalent zu der Leerlaufspannung sein kann beziehungsweise dieser im Wesentlichen entsprechen kann, einer Batteriezelle gegen die Zeit t schematisch aufgetragen ist. Dabei zeigt die Kurve a) die Sollkurve, also etwa ein in der Nachschlagetabelle abgespeicherte Kurve, welche bei einer definierten Temperatur, beispielsweise bei 23°C vorliegt. Mit den Kurven b1 und b2 wird eine Toleranz T bestimmt, wobei etwa bei einer Lagerung gemessene Werte sich unter Umständen innerhalb dieser Toleranz T befinden sollten. Dabei zeigt 1 ferner den Verlauf der Lagerspannung U gegen die Zeit, wobei die Spannung U von einer beginnenden Lagerspannung U1 mit der Zeit während einer Lagerung abnimmt, bis zu einem Zeitpunkt t1, insbesondere bei dem untersten Toleranzwert der Kurve b1, bei dem die Spannung Umin erreicht wird, welche ein definierter Wert oberhalb der Tiefentladung ist. Bei diesem Punkt sollte die Batterie wieder geladen werden, um Beschädigungen der Batterie beziehungsweise von Batteriezellen zu verhindern.
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Dabei kann eine derartige Kurve als Nachlagetabelle für eine Mehrzahl von Temperaturen gespeichert werden, so dass während einer Lagerung insbesondere unter Messung der Temperatur und der Lagerspannung U die Entladeraten mit den vorliegenden Werten verglichen werden können.
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In der 2 ist eine Prinzipdarstellung einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Dabei soll Verfahrensschritt 1 das Ermitteln der Lagerspannung der Batterie, beispielsweise sämtlicher Batteriezellen, während der Lagerung beschreiben und Verfahrensschritt 2 soll das Ermitteln der Temperatur der Batterie, beispielsweise ausgewählter, wie etwa ein oder zwei Batteriezellen gemessen werden. Verfahrensschritt 3 soll ferner bedeuten ein Bestimmen der mittleren Selbst-Entladerate (Medium Self Discharge Rate = MSDR) und die Restlagerzeit beziehungsweise die Lagerfähigkeit, etwa durch ein BCU als Bestandteil des Batterie-Management-Systems (BMS). Verfahrensschritt 4 bedeutet ferner ein Ausgeben der Entladerate und der zerstörungsfreien Restlagerzeit beziehungsweise der Lagerfähigkeit der Batterie, beispielsweise über eine CAN-Schnittstelle. Weiterhin kann gemäß Verfahrensschritt 5 eine optische oder akustische Anzeige anzeigen, dass eine Auswechslung einer oder mehrerer Zellen erfolgen sollte oder dass die Gefahr eines thermischen Durchgehens besteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20130124121 [0004]
- JP 11-040209 [0005]
