DE102020121612A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustand (SOC) einer Batterie (1) sowie eine Batterie (1) und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie (1). Die Batterie (1) weist vorteilhaft mehrere erste Batteriezellen (3A) mit einer Ladespannung/Entladespannung von 3 Volt bis 3,5 Volt auf. Die Batterie (1) weist darüber hinaus zumindest eine zweite Batteriezelle (3B) auf, wobei die zweite Batteriezelle (3B) eine Ladespannung/Entladespannung mit einer vergrößerten möglichen Änderung der Spannung, beispielhaft 3 Volt bis 5 Volt, aufweist. Eine Überwachungseinheit (5) erfasst die Spannung (U) an der zweiten Batteriezelle (3B) und bestimmt mit Hilfe der Spannung (U) an der zweiten Batteriezelle (3B) den Ladezustand (SOC) der Batterie (1). Durch die vergrößerte Breite einer möglichen Änderung der Spannung (U), insbesondere der Ladespannung/Entladespannung, kann eine genauere Bestimmung des Ladezustands (SOC) der Batterie (1) erfolgen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie. Weiter betrifft die Erfindung eine Batterie und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.
  • Eine Bestimmung eines Ladezustandes einer Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, ist oft nur ungenau möglich. Darüber hinaus kann es zur Bestimmung des Ladezustands notwendig sein, die Batterie vollständig zu laden oder zu entladen. Darüber weisen die jeweiligen Batteriezellen der Batterie eine unterschiedliche Ladung auf. Ein Ladezustand wird auch als State of Charge (SOC) bezeichnet.
  • Nachteilhaft sind dadurch regelmäßige Volladeereignisse notwendig, um eine genaue Bestimmung des Ladezustands zu ermöglichen.
  • EP 3 309 568 B1 offenbart beispielhaft eine relativ aufwendige Möglichkeit, mit Hilfe einer Simulation den Ladezustand zu simulieren.
  • DE 10 2010 050 980 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie für verschiedene Alterszustände der Batterie.
  • Nachteilhaft sind die Lösungen des gegenwärtigen Standes der Technik zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie aufwendig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Batterie bereitzustellen, mit Hilfe dessen ein Ladezustand verbessert erkannt werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit Hilfe eines Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe mit Hilfe einer Batterie gemäß Anspruch 5 gelöst. Schließlich wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei dem Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie umfasst die Batterie eine Mehrzahl von ersten Batteriezellen und zumindest eine zweite Batteriezelle, wobei die zumindest eine zweite Batteriezelle eine höhere Spannung und/oder eine breitere mögliche Änderung der Spannung als die jeweilige erste Batteriezelle aufweist, wobei eine Bestimmung der Spannung und/oder die Bestimmung der Änderung der Spannung der zumindest einen zweiten Batteriezelle erfolgt und wobei anhand der Spannung, insbesondere der Änderung der Spannung als Funktion der Zeit und/oder als Funktion des Ladezustands der zumindest zweiten Batteriezelle der Ladezustand der Batterie bestimmt wird.
  • Vorteilhaft sind die ersten Batteriezellen in Reihe geschaltet, so dass sich die Spannungen der jeweiligen Batteriezellen addieren. Vorteilhaft ist die zweite Batteriezelle in Reihe zu den jeweils ersten Batteriezellen geschalten. Besonders vorteilhaft ist die zweite Batteriezelle an zumindest einem Ende der Reihenschaltung von ersten Batteriezellen positioniert.
  • Die Spannung kann die Ladespannung der Batterie oder die Entladespannung der Batterie sein, je nachdem ob die Batterie geladen oder entladen wird.
  • Die Entladespannung ist vorteilhaft die Spannung, welche an der Batterie oder an der jeweiligen Batteriezelle im belasteten Zustand zwischen ihren Polen anliegt. Als Ladespannung ist vorteilhaft die Spannung gemeint, welche an den Polen der Batterie oder der Batteriezelle während des Ladevorgangs anliegt.
  • Die jeweils erste Batteriezelle kann eine Batteriezelle eines ersten Typus oder einer ersten Bauart sein, wobei die jeweils zweite Batteriezelle eine Batteriezelle eines zweiten Typus oder einer zweiten Bauart sein kann. Vorteilhaft weisen die ersten und zweiten Batteriezellen jeweils unterschiedliche zellchemischen Ausprägungen auf.
  • Eine mögliche Änderung der Spannung an der Batterie oder der Batteriezelle kann auch als Spannungshub bezeichnet werden. Die Spannung reduziert sich im unbelasteten Fall meist mit abnehmenden Ladezustand. Bei zunehmenden Ladezustand erhöht sich die Spannung in der Regel. Dieser Zusammenhang gilt in der Regel im belasteten und im unbelasteten Fall, bei dem ein unendlich hoher Widerstand zwischen den Polen der Batterie oder der Batteriezelle vorliegt.
  • Vorteilhaft sind die Batteriezellen in Reihe geschaltet und bilden so ein Modul, wobei das Modul die Spannung als Summe der Spannungen der Batteriezellen bereitstellt. Eine Batterie kann eines oder mehrere solche Module umfassen.
  • Der Ladezustand wird auch als State-of-Charge (SOC) bezeichnet, und gibt in der Regel an, zu welchem Anteil die Batterie geladen ist. Vorteilhaft wird der Ladezustand in Prozent angegeben, wobei eine vollständig entladene Batterie einen Ladezustand von 0 % und eine vollständig geladene Batterie einen Ladezustand von 100 % aufweist.
  • In der Regel weisen Batteriezellen eines Typus jeweils einen festgelegten Bereich für eine Spannung, insbesondere der Ladespannung, auf, wobei der Bereich der Spannung in der Regel von der chemischen Zusammensetzung der jeweiligen Batteriezelle abhängt.
  • Vorteilhaft weist die jeweilige erste Batteriezelle und die jeweils zweite Batteriezelle eine ähnliche Kapazität auf. Vorteilhaft weisen die Kapazitäten der jeweiligen ersten und zweiten Batteriezellen um maximal 10% voneinander ab. Besonders vorteilhaft weist die zweite Batteriezelle eine höhere Kapazität als die erste Batteriezelle auf.
  • Vorteilhaft ist die zweite Batteriezelle so beschaffen, dass bei einer langen Betriebsdauer ihre Kapazität nicht oberhalb der Kapazität der jeweiligen ersten Batteriezelle fällt. Die zumindest gleich hohe Kapazität der zweiten Batteriezelle im Vergleich zu der jeweiligen ersten Batteriezelle verhindert vorteilhaft, dass die zweite Batteriezelle einen kapazitätsbegrenzenden Faktor bildet.
  • Unter einer Änderung der Spannung und/oder des Stroms der jeweiligen Batteriezelle kann ein zeitlicher Anstieg oder Abfall verstanden werden.
  • Alternativ kann unter einer möglichen Änderung der Spannung die Differenz der Spannung der Batterie oder der jeweiligen Batteriezelle bei einem Ladezustand von 0% und einem Ladezustand von 100% verstanden werden (vorteilhaft im jeweils unbelasteten Zustand). Alternativ kann die mögliche Änderung der Spannung zwischen Ladezuständen von 20% und 80% definiert sein.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei einer schwachen Änderung der (Lade-) Spannung oder des (Lade-) Stroms während des Ladevorgangs bei einer ersten Batteriezelle die Bestimmung des Ladezustands ungenau ist. Bei Verwendung einer zweiten Batteriezelle mit einer höheren möglichen Änderung der Spannung oder einer höheren möglichen Änderung des Stroms kann eine genauere Bestimmung des Ladezustands mit Hilfe der zweiten Batteriezelle erfolgen. Jedoch sind zweite Batteriezellen meist komplexer aufgebaut und damit aufwändiger und/oder teurer in der Herstellung als erste Batteriezellen.
  • Die Erfindung umgeht diesen Nachteil, indem die Batterie lediglich eine zweite Batteriezelle oder eine geringe Anzahl an zweiten Batteriezellen umfasst. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung des Ladezustands anhand der jeweiligen zweiten Batteriezelle, während die ersten Batteriezellen in größerer Anzahl zur Speicherung eines Großteils der elektrischen Energie dienen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Batteriezelle zur Überprüfung einer Bestimmung des Ladezustands der jeweiligen ersten Batteriezellen dienen.
  • Durch Einsatz von ersten und zweiten Batteriezellen in der oben geschilderten Anordnung kann auch bei einer geringen Steigerung der technischen Komplexität durch den Einsatz von vorwiegend ersten Batteriezellen (eines einfachen Typs) eine genaue und fehlerarme Bestimmung des Ladezustands ermittelt werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Spannung der zumindest einen zweiten Batteriezelle zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt bestimmt, wobei anhand der Spannungen, der Änderung der Spannung und/oder des Stroms der Ladezustand der Batterie bestimmt wird.
  • Vorzugsweise werden die Zeitpunkte während eines Ladevorgangs oder während einem Entladevorgang der Batterie angeordnet. Um einen möglichst großen Effekt zu haben, können die Zeitpunkte 10 bis 30 Minuten beabstandet sein. Beispielhaft wird der erste Zeitpunkt 5 bis 60 Sekunden nach Beginn des jeweiligen Ladevorgangs oder des jeweiligen Entladevorgangs angeordnet. Ebenfalls beispielhaft wird der zweite Zeitpunkt 5 bis 60 Sekunden vor Ende des jeweiligen Ladevorgangs oder des jeweiligen Entladevorgangs angeordnet.
  • Ist die Dauer des Ladevorgangs nicht bekannt, können die Zeitpunkte jeweils in einem zeitlichen Abstand von 1 Minuten bis 60 Minuten angeordnet werden.
  • Die Spannung und/oder der Strom werden jeweils mit Hilfe eines entsprechenden Erfassungsmittel erfasst, wobei das jeweilige Erfassungsmittel in dem Batteriemanagement integriert sein kann.
  • Vorteilhaft wird durch eine regelmäßige Bestimmung der Spannung und/oder des Stroms der jeweiligen Batteriezelle, insbesondere der jeweiligen zweiten Batteriezelle, die Änderung der Spannung oder des Stroms ermittelt.
  • Vorteilhaft kann die Erfassung der jeweiligen Spannung mit einer Erfassung des Stroms (Ladespannung und/oder Entladestrom) kombiniert werden. Besonders vorteilhaft erfolgt eine solche Erfassung in regelmäßigen zeitlichen Abständen, beispielhaft ein Mal pro Millisekunde. Alternativ kann eine Erfassung der Spannung und/oder des Stroms alle 1 bis 10 Sekunden erfolgen.
  • Durch die Erfassung der jeweiligen Spannung, insbesondere an der zweiten Batteriezelle, kann eine Bestimmung des Ladezustands besonders genau erfolgen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dient eine Überwachungseinheit zur Bestimmung der jeweiligen Ladezustände der jeweils zweiten Batteriezelle und optional der jeweils ersten Batteriezellen.
  • Besonders vorteilhaft dient die Überwachungseinheit zur Bestimmung der jeweiligen Ladezustände der ersten und der zweiten Batteriezellen gemeinsam.
  • Vorteilhaft ist die Überwachungseinheit als ASIC-Baustein ausgebildet. Die Überwachungseinheit umfasst vorzugsweise Erfassungsmittel für Strom und/oder Spannung, insbesondere für den (Ent-) Ladestrom und/oder für die (Ent-) Ladespannung. Weiter kann die Überwachungsmittel eine Recheneinheit umfassen, um den Ladezustand aus den erfassten Werten der Spannung und/oder des Stroms, insbesondere des (Ent-) Ladestroms und/oder der (Ent-) Ladespannung, zu bestimmen.
  • Darüber hinaus kann die Überwachungseinheit in einem Batteriemanagementsystem integriert sein. In der Regel umfasst ein Batteriemanagementsystem entsprechende Erfassungsmittel und optional die Recheneinheit.
  • Durch die Integration der Überwachungseinheit in einen Baustein oder in ein bereits vorhandenes Batteriemanagementsystem kann die Erfindung vereinfacht in eine vorhandene Batterie integriert werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Strom an der zweiten Batteriezelle erfasst, wobei anhand einer Stromintegration der Ladezustand der Batterie erfasst wird.
  • Vorteilhaft wird der Strom, der durch die zweite Ladezelle durchläuft, als Funktion der Zeit aufgezeichnet und/oder über der Zeit integriert. Ein solcher Vorgang wird auch als Coulomb-Counting bezeichnet.
  • Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung kann der Ladezustand auf Fehler korrigiert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Spannung beim Laden und/oder Entladen der jeweiligen Batteriezelle als Funktion der Zeit erfasst werden. Da eine Erfassung einer Spannung in der Regel genauer ist als die Bestimmung eines Stroms kann bei Kenntnis der Ladekurve/Entladekurve, beispielhaft der Ladespannung als Funktion der Zeit oder als Funktion des Ladezustandes, zu einer einfachen Bestimmung des Ladezustands dienen.
  • Besonders vorteilhaft werden die Ladezustände, welche durch die Erfassung des Stroms oder durch die Erfassung der Spannung ermittelt werden, miteinander verglichen und dienen jeweilig zur Korrektur des auf die andere Art und Weise ermittelten Ladezustands.
  • Zusammenfassend kann mit Hilfe des Verfahrens mit Hilfe einer Erfassung des Stroms und/oder der Spannung, an der zumindest einen zweiten Batteriezelle ein Ladezustand der Batterie genau erfasst werden. Vorteilhaft wird einer Mehrzahl von ersten Batteriezellen mit einer geringen Änderung der Spannung mit zumindest einer zweiten Batteriezelle kombiniert, wobei die zweite Batteriezelle eine erhöhte Änderung der Ladespannung oder der Entladespannung als Funktion des Ladezustands aufweist. Durch die Bestimmung der Spannung, insbesondere bei einem konstanten Strom, zu nacheinander erfolgenden Zeitpunkten an der jeweils zweiten Batteriezelle kann eine besonders genaue Bestimmung des Ladezustands der Batterie erfolgen. Da zweite Batteriezellen oft aufwändiger in der Herstellung und damit oft teurer als erste Batteriezellen sind, kann eine sehr genaue Bestimmung des Ladezustands an einer einfach herzustellenden Batterie erfolgen. Vorteilhaft kann eine bestehende Batterie durch Tausch zumindest einer Batteriezelle aufgewertet werden.
  • Die Batterie weist zumindest eine erste Batteriezelle und zumindest eine zweite Batteriezelle auf, wobei der Batterie eine Überwachungseinheit zugeordnet ist, wobei zumindest die jeweilig ersten Batteriezellen und optional die zweite Batteriezelle in Reihe geschaltet sind, wobei die Überwachungseinheit zur Bestimmung des Stroms der zumindest zweiten Batteriezelle ausgebildet ist, wobei die zweite Batteriezelle eine höheren Änderung der Spannung als Funktion der Zeit oder dem Ladezustand im Vergleich zu der jeweils ersten Batteriezelle aufweist.
  • Vorteilhaft umfasst die Batterie eine zweite Batteriezelle, wobei die zweite Batteriezelle mit einer Mehrzahl von ersten Batteriezellen in Reihe geschaltet ist.
  • Vorteilhaft weisen die ersten Batteriezellen und die zweite(n) Batteriezelle(n) eine ähnliche Kapazität auf. Vorteilhaft weist die zweite Batterieelle mit einem geringen Ladezustand eine geringere Ladespannung/Entladespannung als die jeweils erste Batteriezelle auf und/oder eine höhere Ladespannung/Entladespannung als die jeweilige erste Batteriezelle auf.
  • Um jeweils defekte oder gealterte Batteriezellen, insbesondere zweite Batteriezelle austauschbar zu gestalten, kann die Batterie entsprechende Verbindungsmöglichkeiten aufweisen. So kann besonders vorteilhaft die zweite Batteriezelle aus der Reihenschaltung entfernt werden, insofern eine lösbare Verbindung zwischen der zweiten Batteriezelle und der jeweils (schaltungs-) benachbarten Batteriezellen besteht.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Überwachungseinheit in einem Batteriemanagementsystem integriert und/oder als ASIC-Baustein ausgebildet.
  • Vorteilhaft ist der Batterie ein Batteriemanagementsystem (BMS) zugeordnet. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung des Ladezustandes der Batterie lediglich durch eine Erfassung des Stroms und/oder der Spannung der zumindest einen zweiten Batteriezelle.
  • Durch die Integration der Überwachungseinheit in einen ASIC-Baustein kann eine besonders einfache Bestimmung des Ladezustandes erfolgen, da ein solcher ASIC-Baustein klein ist und daher leicht in eine Batterie integriert werden kann.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweils erste Batteriezelle eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batteriezelle.
  • Eine solche Batteriezelle kennzeichnet eine einfache Herstellung und damit einhergehenden leichten Verfügbarkeit. Indem die Batterie überwiegend aus ersten Batteriezellen besteht, kann eine solche Batterie besonders preisgünstig bereitgestellt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweils zweite Batteriezelle eine Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batteriezelle.
  • Eine solche zweite Batteriezelle zeichnet sich durch eine hohe Bandbreite der Ladespannung oder Entladespannung als Funktion des Ladeszutandes aus. Im Vergleich zur ersten Batteriezelle, deren Ladespannung oder Ausgangsspannung zwischen 3,2 Volt und 3,3 Volt schwankt, kann eine zweite Batteriezelle des vorgenannten Typus zwischen 3,6 Volt und 4,2 Volt schwanken. Durch den relativ großen Unterschied der Ladespannung/Entladespannung kann mit einer zweiten Batteriezelle eine besonders genaue Bestimmung des Ladezustands der Batteriezelle erfolgen - und damit ein besonders genauer Ladezustand der Batterie ermittelt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die jeweils erste Batteriezelle eine Ausgangspannung oder Ladespannung von 3 Volt bis 3,5 Volt auf, wobei die jeweils zweite Batteriezelle eine Ausgangsspannung oder Ladespannung von jeweils 3 Volt bis 5 Volt aufweist.
  • Vorteilhaft werden die vorstehend genannten Spannungswerte der ersten und/oder zweiten Batteriezelle im unbelasteten Zustand ermittelt.
  • Selbstverständlich können auch andere Typen von Batteriezellen mit den entsprechenden Eigenschaften für die Batterie eingesetzt werden, insofern zumindest eine der Batteriezellen einen erhöhten Bereich der Ladespannung oder Entladespannung aufweist.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Batteriezelle jeweils nur auf einer Seite mit einer ersten Batteriezelle direkt verbunden.
  • Bei der vorstehenden Ausgestaltung der Erfindung können die ersten und zweiten Batteriezellen in Reihe geschaltet sein und zumindest eine zweite Batteriezelle bilden den Anfang und/oder das Ende der Reihe.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgangsspannung der Batterie im unbelasteten Zustand zwischen 10 und 60 Volt oder eine Hochspannungsbatterie mit einer Ausgangsspannung von 400 Volt bis 1000 Volt.
  • In der Regel dient eine Hochspannungsbatterie zum Antrieb eines Fahrzeugs, während eine Batterie mit einer Ausgangsspannung von 10 Volt bis 60 Volt zum Betrieb von weiteren Komponenten des Fahrzeugs dient. Vorzugsweise dient eine Batterie mit einer Ausgangsspannung von 10 bis 60 Volt zur Energieversorgung der Überwachungseinheit oder des Batteriemanagementsystems. Durch die vorstehende Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie besonders gut für elektrisch betriebene Fahrzeuge eingesetzt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Batterie als Mehrspannungsbatterie, insbesondere als Zweispannungsbatterie, ausgebildet.
  • Eine Mehrspannungsbatterie zeichnet sich dadurch aus, dass durch eine wechselnde Möglichkeit von Reihenschaltung und Parallelschaltung der Batteriezellen oder der Module eine Mehrzahl von Ladespannungen oder Entladespannungen bereitgestellt werden können. Hierbei werden bei zumindest einem Teil der Module oder einem Teil der ersten Batteriezellen jeweils zumindest eine zweite Batteriezelle zugeordnet. Vorteilhaft erfolgt die Bestimmung des Ladezustandes der Batterie anhand der jeweils zweiten Batteriezellen.
  • Vorteilhaft kann eine Zweispannungsbatterie Ausgangsspannungen von 12 Volt und 48 Volt aufweisen.
  • Durch die Ausgestaltung der Batterie als Mehrspannungsbatterie, insbesondere als Zweispannungsbatterie, kann die Erfindung mit besonderem Vorteil in modernen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorteilhaft eine Batterie gemäß vorstehender Beschreibung auf. Ein solches Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug sein. Besonders vorteilhaft kann es sich um ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug handeln.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben und erläutert. Die in den Figuren gezeigten Merkmale können zu neuen Ausgestaltungen der Erfindung kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung einzuschränken.
  • Dabei zeigt:
    • 1 eine beispielhafte Batterie sowie
    • 2 eine beispielhafte Ladekurve.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Batterie 1. Die Batterie 1 weist erste Batteriezellen 3A auf, wobei die ersten Batteriezellen 3A in Reihe geschaltet sind. Die ersten Batteriezellen 3A können sogenannte LFP-Zellen sein, wobei LFP für Lithium-Eisen-Phosphat steht. Am Ende der Reihenschaltung ist eine zweite Batteriezelle 3B angeordnet. Die zweite Batteriezelle 3B ist vorzugsweise eine NMC-Zelle, wobei NMC für Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt steht.
  • Zur Erfassung der Spannung U, insbesondere der Ladespannung und/oder der Entladespannung, an der jeweiligen Zelle 3A, 3B dient eine Überwachungseinheit 5. Die Überwachungseinheit 5 kann in der Batterie 1 integriert sein oder lediglich der Batterie 1 zugeordnet sein.
  • Die Batteriezellen 3A, 3B sind in Reihe geschaltet und werden bei einem Ladevorgang mit elektrischem Strom I derart versorgt, so dass durch die Batteriezellen 3A, 3B in der Reihenschaltung der gleiche Strom I bereitgestellt wird. Vorzugsweise kann auch die Spannung U, insbesondere die Ladespannung und/oder die Entladespannung, an der jeweiligen Batteriezelle 3A, 3B erfasst werden. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Spannung U und/oder des Stroms I sowohl zwischen den Polen der Batterie 1 (+, -) als auch an der jeweiligen Batteriezelle 3A, 3B mit Hilfe der Erfassungsmittel, welche der Überwachungseinheit 5 zugeordnet sind. Die Überwachungseinheit 5 kann Teil eines Batteriemanagementsystems sein.
  • 2 zeigt beispielhafte Ladekurven. Dargestellt ist eine erste Ladekurve der ersten Batteriezelle 3A und darüber eine zweite Ladekurve der zweiten Batteriezelle 3B. Die Ladekurve der zweiten Batteriezelle 3B weist einen stärkeren Anstieg auf. Die Spannung U, insbesondere die Ladespannung oder die Entladespannung, steigt mit der Zeit t oder mit dem Ladezustand SOC stärker an als die Spannung an der jeweiligen ersten Batteriezelle 3A.
  • Zu einem ersten Zeitpunkt t1 ist die Batterie 1 oder die jeweilige Batteriezelle 3A, 3B in einem niedrigen Ladezustand SOC. Beispielhaft ist die Batterie zum ersten Zeitpunkt zu 20% geladen. Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 weist die Batterie 1 oder die jeweilige Batteriezelle einen hohen Ladezustand SOC auf. Beispielhaft ist die Batterie zum zweiten Zeitpunkt t2 zu 80% geladen. Gemäß dem gezeigten Beispiel ist die Spannung U jeweils in einem unbelasteten Zustand dargestellt.
  • Dieses Verhalten kann in umgekehrter Ausprägung beim Entladevorgang der jeweiligen Batteriezelle 3A, 3B festgestellt werden.
  • Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustand SOC einer Batterie 1 sowie eine Batterie 1 und ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie 1. Die Batterie 1 weist vorteilhaft mehrere erste Batteriezellen 3A mit einer Ladespannung/Entladespannung von 3 Volt bis 3,5 Volt auf. Die Batterie 1 weist darüber hinaus zumindest eine zweite Batteriezelle 3B auf, wobei die zweite Batteriezelle 3B eine Ladespannung/Entladespannung mit einer vergrößerten möglichen Änderung der Spannung, beispielhaft 3 Volt bis 5 Volt, aufweist. Eine Überwachungseinheit 5 erfasst die Spannung U an der zweiten Batteriezelle 3B und bestimmt mit Hilfe der Spannung U an der zweiten Batteriezelle 3B den Ladezustand SOC der Batterie 1. Durch die vergrößerte Breite einer möglichen Änderung der Spannung U, insbesondere der Ladespannung/Entladespannung, kann eine genauere Bestimmung des Ladezustands SOC der Batterie 1 erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3309568 B1 [0004]
    • DE 102010050980 [0005]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands (SOC) einer Batterie (1), wobei die Batterie (1) eine Mehrzahl von ersten Batteriezellen (3A) und zumindest eine zweite Batteriezelle (3B) umfasst, wobei die zumindest eine zweite Batteriezelle (3B) eine höheren Spannung (U) und/oder eine breitere mögliche Änderung der Spannung (U) als die jeweilige erste Batteriezelle (3A) aufweist, wobei eine Bestimmung der Spannung (U) und/oder die Bestimmung der Änderung der Spannung (U) der zumindest einen zweiten Batteriezelle (3B) erfolgt und wobei anhand der Spannung (U), insbesondere der Änderung der Spannung (U) als Funktion der Zeit (t) und/oder als Funktion des Ladezustands (SOC) der zumindest zweiten Batteriezelle (3B) der Ladezustand (SOC) der Batterie (1) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Spannung (U) der zumindest einen zweiten Batteriezelle (3B) zu einem ersten Zeitpunkt (t1) und einem zweiten Zeitpunkt (t2) bestimmt wird, wobei anhand der Spannungen (U), des Stroms (I), der Änderung der Spannung (U) und/oder der Änderung des Stroms (I) der Ladezustand (SOC) der Batterie (1) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Überwachungseinheit (5) zur Bestimmung der jeweiligen Ladezustände (SOC) der jeweils zweiten Batteriezelle (3B) und optional der jeweils ersten Batteriezellen (3A) dient.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strom (I) durch die zweite Batteriezelle (3B) erfasst wird und anhand einer Stromintegration der Ladezustand (SOC) der Batterie (1) bestimmt wird.
  5. Batterie (1), aufweisend zumindest eine erste Batteriezelle (3A) und zumindest eine zweite Batteriezelle (3B), wobei der Batterie (1) eine Überwachungseinheit (5) zugeordnet ist, wobei zumindest die jeweilig ersten Batteriezellen (3A) und optional die zweite Batteriezelle (3B) in Reihe geschaltet sind, wobei die Überwachungseinheit (5) zur Bestimmung des Stroms (I) und/oder der Spannung (U) der zumindest zweiten Batteriezelle (3B) ausgebildet ist, wobei die zweite Batteriezelle (3B) eine höhere mögliche Änderung der Spannung (U) als Funktion der Zeit (t) oder dem Ladezustand (SOC) im Vergleich zu der jeweils ersten Batteriezelle (3A) aufweist.
  6. Batterie (1) nach Anspruch 5, wobei die Überwachungseinheit (5) in einem Batteriemanagementsystem (BMS) integriert ist und/oder als ASIC-Baustein ausgebildet ist.
  7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die jeweils erste Batteriezelle (3A) eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batteriezelle ist.
  8. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die jeweils zweite Batteriezelle (3B) eine Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batteriezelle ist.
  9. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die jeweils erste Batteriezelle (3A) eine Spannung (U) von 3 Volt bis 3,5 Volt aufweist und/oder wobei die jeweils zweite Batteriezelle (3B) eine Spannung (U) von jeweils 3 Volt bis 5 Volt aufweist.
  10. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die zweite Batteriezelle (3B) jeweils nur auf einer Seite mit einer ersten Batteriezelle (3A) direkt verbunden ist.
  11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Spannung (U) der Batterie (1) im unbelasteten Zustand zwischen 10 und 60 Volt und/oder zwischen 400 Volt bis 1000 Volt ist.
  12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Batterie (1) als Mehrspannungsbatterie, insbesondere als Zweispannungsbatterie, ausgebildet ist.
  13. Fahrzeug, aufweisend eine Batterie (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12.
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