DE102022115009A1 - Beurteilung des ladezustands und der leistungsfähigkeit eines mischchemieakkumulators - Google Patents

Beurteilung des ladezustands und der leistungsfähigkeit eines mischchemieakkumulators Download PDF

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Abstract

Es wird ein Mischchemieakkumulator bereitgestellt. Der Mischchemieakkumulator umfasst ein Referenzmodul mit einer ersten Chemie und ein Akkumulatormodul mit einer zweiten Chemie, die sich von der ersten Chemie unterscheidet, wobei das Akkumulatormodul mit dem Referenzmodul in Reihe geschaltet ist. Der Mischchemieakkumulator umfasst außerdem ein Akkumulatorüberwachungssystem, das dazu ausgelegt ist, eine Leerlaufspannung des Referenzmoduls, eine Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und einen Stromfluss durch das Referenzmodul und das Akkumulatormodul zu überwachen. Das Akkumulatorüberwachungssystem ist ferner dazu ausgelegt, einen Ladezustand (SoC) und eine Leistungsfähigkeit (State-of-Health, SoH) des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage eines SoC des Referenzmoduls zu berechnen.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die Offenbarung bezieht sich auf Mischchemieakkumulatoren. Insbesondere bezieht sich die Offenbarung auf das Ermitteln des Ladezustands und der Leistungsfähigkeit eines Mischchemieakkumulators.
  • Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Elektrofahrzeugen über Hausbatterien bis hin zu Anwendungen im Stromnetzmaßstab. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff Lithium-lonen-Akkumulator auf eine breite Palette von Akkumulatorchemien, die sich jeweils durch Reaktionen zwischen einer Kathode aus lithiumhaltigem Metalloxid und einer Graphitanode aufladen und entladen. Bei der Verwendung hierin handelt es sich bei einem Mischchemieakkumulator um einen Lithium-Ionen-Akkumulator, der Akkumulatorzellen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Chemien umfasst. Zwei der am häufigsten verwendeten Lithium-Ionen-Chemien sind Nickel-Mangan-Cobalt (NCM) und Lithium-Eisen-Phosphat (LFP). Im Allgemeinen sind LFP-Akkumulatoren in der Herstellung kostengünstiger als NCM-Akkumulatoren, und NCM-Akkumulatoren weisen im Vergleich zu LFP-Akkumulatoren eine höhere Leistung und Energiedichte auf.
  • Der Ladezustand (SoC) des NCM-Akkumulators ändert sich deutlich mit dem Pegel der Leerlaufspannung (OCV). Andererseits kann der SoC-Wert des LFP-Akkumulators aufgrund seiner flachen Lade-Entlade-Kurve nicht ohne weiteres anhand seiner OCV ermittelt werden. Folglich ist eine genaue SoC-Diagnose für NCM-Akkumulatoren möglich, während die Genauigkeit des SoC bei LFP-Akkumulatoren eine große Herausforderung darstellt.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Bei einer beispielhaften Ausgestaltung wird ein Mischchemieakkumulator bereitgestellt. Der Mischchemieakkumulator umfasst ein Referenzmodul mit einer ersten Chemie und ein Akkumulatormodul mit einer zweiten Chemie, die sich von der ersten Chemie unterscheidet, wobei das Akkumulatormodul mit dem Referenzmodul in Reihe geschaltet ist. Der Mischchemieakkumulator umfasst außerdem ein Akkumulatorüberwachungssystem, das dazu ausgelegt ist, eine Leerlaufspannung des Referenzmoduls, eine Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und einen Stromfluss durch das Referenzmodul und das Akkumulatormodul zu überwachen. Das Akkumulatorüberwachungssystem ist ferner dazu ausgelegt, einen Ladezustand (SoC) des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage eines SoC des Referenzmoduls zu berechnen.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) wird der SoC des Referenzmoduls auf Grundlage der Leerlaufspannung des Referenzmoduls und des Stromflusses durch das Referenzmodul ermittelt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) ist das Akkumulatorüberwachungssystem ferner dazu ausgelegt, einen geschätzten SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage sowohl der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls als auch des Stromflusses durch das Akkumulatormodul zu berechnen.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) stellt das Akkumulatorüberwachungssystem den SoC des Akkumulatormoduls so ein, dass er dem SoC des Referenzmoduls entspricht, wenn festgestellt wird, dass der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls innerhalb eines Toleranzbereichs des SoC des Referenzmoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) handelt es sich bei der ersten Chemie um Nickel-Mangan-Cobalt und bei der zweiten Chemie um Lithium-Eisen-Phosphat.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) umfasst das Referenzmodul eine erste Vielzahl von Akkumulatorzellen, die in einer ersten Matrix angeordnet sind, und das Akkumulatormodul umfasst eine zweite Vielzahl von Akkumulatorzellen, die in einer zweiten Matrix angeordnet sind.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) werden die Anzahl und Größe der ersten Vielzahl von Akkumulatorzellen und der zweiten Vielzahl von Akkumulatorzellen so ermittelt, dass die Kapazität des Referenzmoduls innerhalb eines ersten Schwellenwerts einer Kapazität des Akkumulatormoduls liegt und dass die Leerlaufspannung des Referenzmoduls innerhalb eines zweiten Schwellenwerts der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) ist das Akkumulatorüberwachungssystem ferner dazu ausgelegt, die Leistungsfähigkeit des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage des SoC des Referenzmoduls zu berechnen.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Ermitteln des Ladezustands (SoC) eines Akkumulatormoduls bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Berechnen eines SoC eines Referenzmoduls, das mit dem Akkumulatormodul in Reihe geschaltet ist, und das Berechnen eines geschätzten SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage einer Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und eines Stromflusses durch das Akkumulatormodul. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen des SoC des Akkumulatormoduls so, dass er dem SoC des Referenzmoduls entspricht, wenn festgestellt wird, dass der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls innerhalb eines Toleranzbereichs des SoC des Referenzmoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) wird der SoC des Referenzmoduls auf Grundlage der Leerlaufspannung des Referenzmoduls oder des Stromflusses durch das Referenzmodul berechnet.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) umfasst das Referenzmodul eine Vielzahl von Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NCM-Zellen) und das Akkumulatormodul umfasst eine Vielzahl von Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP-Zellen).
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) werden die Anzahl und Größe der ersten Vielzahl von NCM-Zellen und der Vielzahl von LFP-Zellen so ermittelt, dass eine Kapazität des Referenzmoduls innerhalb eines ersten Schwellenwerts der Kapazität des Akkumulatormoduls liegt und dass die Leerlaufspannung des Referenzmoduls innerhalb eines zweiten Schwellenwerts der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) umfasst das Verfahren außerdem das Berechnen der Leistungsfähigkeit (State-of-Health, SoH) des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage des SoC des Referenzmoduls.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) wird die SoH des Akkumulatormoduls berechnet, indem eine Differenz zwischen dem SoC des Referenzmoduls im vollständig geladenen Zustand und dem aktuellen SoC des Referenzmoduls von 100% abgezogen wird.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wird ein Computerprogrammprodukt zum Ermitteln des Ladezustands (SoC) eines Akkumulatormoduls bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt umfasst ein computerlesbares Speichermedium mit darin verkörperten Programmanweisungen, wobei die Programmanweisungen von einem Prozessor ausführbar sind, sodass der Prozessor Vorgänge durchführt. Die Vorgänge umfassen das Berechnen des SoC eines Referenzmoduls, das mit einem Akkumulatormodul in Reihe geschaltet ist, und das Berechnen eines geschätzten SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage einer Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und eines Stromflusses durch das Akkumulatormodul. Die Vorgänge umfassen ferner das Einstellen des SoC des Akkumulatormoduls, sodass er dem SoC des Referenzmoduls entspricht, wenn festgestellt wird, dass der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls innerhalb eines Toleranzbereichs des SoC des Referenzmoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) wird der SoC des Referenzmoduls auf Grundlage der Leerlaufspannung des Referenzmoduls oder des Stromflusses durch das Referenzmodul berechnet.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) umfasst das Referenzmodul eine Vielzahl von Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NCM-Zellen) und das Akkumulatormodul umfasst eine Vielzahl von Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP-Zellen).
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) werden die Anzahl und Größe der ersten Vielzahl von NCM-Zellen und der Vielzahl von LFP-Zellen so ermittelt, dass eine Kapazität des Referenzmoduls innerhalb eines ersten Schwellenwerts einer Kapazität des Akkumulatormoduls liegt und dass die Leerlaufspannung des Referenzmoduls innerhalb eines zweiten Schwellenwerts der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls liegt.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) umfassen die Vorgänge außerdem das Berechnen einer Leistungsfähigkeit (SoH) des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage des SoC des Referenzmoduls.
  • Zusätzlich zu dem einen oder den mehreren hierin beschriebenen Merkmal(en) wird die SoH des Akkumulatormoduls berechnet, indem eine Differenz zwischen dem SoC des Referenzmoduls im vollständig geladenen Zustand und einem aktuellen SoC des Referenzmoduls von 100% abgezogen wird.
  • Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Details sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung aufgeführt, wobei sich die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
    • 1 ein Blockdiagramm zeigt, das einen Teil eines Mischchemieakkumulators gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht,
    • 2 ein Blockdiagramm zeigt, das ein Referenzmodul und ein Akkumulatormodul eines Mischchemieakkumulators gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht,
    • 3 ein Diagramm zeigt, das einen Ladezustand in Abhängigkeit von der Leerlaufspannung eines Referenzmoduls und eines Akkumulatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht,
    • 4 ein Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustands eines Akkumulatormoduls in einem Mischchemieakkumulator gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht, und
    • 5 ein Diagramm zeigt, das einen Ladezustand in Abhängigkeit von einer Leerlaufspannung eines Referenzmoduls und eines Akkumulatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einzuschränken. Es sind hierin verschiedene Ausgestaltungen der Offenbarung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Alternative Ausgestaltungen der Offenbarung sind denkbar, ohne vom Umfang der vorliegenden Ansprüche abzuweichen. In der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen sind verschiedene Verbindungen und Lagebeziehungen (z.B. über, unter, neben usw.) zwischen Elementen angegeben. Diese Verbindungen und/oder Lagebeziehungen können, sofern nicht anders angegeben, direkt oder indirekt sein, und die vorliegende Offenbarung ist in dieser Hinsicht nicht als einschränkend zu verstehen. Dementsprechend kann sich eine Kopplung von Objekten entweder auf eine direkte oder eine indirekte Kopplung beziehen, und eine Lagebeziehung zwischen Objekten kann eine direkte oder indirekte Lagebeziehung sein.
  • Um nun einen Überblick über die Aspekte der Offenbarung zu geben, umfassen Ausgestaltungen der Offenbarung einen Mischchemieakkumulator, der ein Referenzmodul und ein Akkumulatormodul aufweist, die in Reihe geschaltet sind. Bei dem Referenzmodul handelt es sich um ein Lithium-Ionen-Akkumulatormodul, das eine erste Chemie umfasst, die einen Ladezustand (SoC) aufweist, der sich deutlich mit dem Wert seiner Leerlaufspannung (OCV-Wert) ändert, wie z.B. Nickel-Mangan-Cobalt (NCM), Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA), Lithiumionen-Mangan (LMO), Lithium-Cobalt (LCO) oder dergleichen. Bei dem Akkumulatormodul handelt es sich um ein Lithium-Ionen-Akkumulatormodul, das eine zweite chemische Chemie umfasst, die einen SoC aufweist, der sich nicht deutlich mit seinem OCV-Wert ändert, z.B. LFP, Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat (LFMP), Natriumion oder dergleichen. Wie oben erörtert, ändert sich der SoC eines NCM-Akkumulators deutlich mit seiner OCV, während der SoC eines Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulators (LFP) aufgrund seiner flachen Lade-Entlade-Kurve nicht einfach nach seiner OCV erkannt werden kann. Dementsprechend wird bei beispielhaften Ausgestaltungen der SoC des Referenzmoduls zur Ermittlung des SoC und der Leistungsfähigkeit (SoH) des Akkumulatormoduls verwendet.
  • Bei beispielhaften Ausgestaltungen sind das Akkumulatormodul und das Referenzmodul so ausgelegt, dass die OCV des Akkumulatormoduls und des Referenzmoduls innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts zueinander liegen. Darüber hinaus sind die Kapazität des Akkumulatormoduls und die Kapazität des Referenzmoduls so ausgelegt, dass sie innerhalb eines anderen festgelegten Schwellenwerts zueinander liegen. Bei einer Ausgestaltung ist die OCV eines neuen vollständig geladenen Akkumulatormoduls so ausgelegt, dass sie innerhalb von 0,1 Volt (V) eines neuen vollständig geladenen Referenzmoduls liegen. Ebenso ist bei einer Ausgestaltung die Kapazität eines neuen vollständig geladenen Akkumulatormoduls so ausgelegt, dass sie innerhalb von 0,1 Kilowattstunden (kWh) eines neuen vollständig geladenen Referenzmoduls liegt.
  • Unter nun folgender Bezugnahme auf 1 ist ein Teil eines Mischchemieakkumulators 100 gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt. Wie veranschaulicht, umfasst der Mischchemieakkumulator 100 ein Referenzmodul 102, das in Reihe mit einem Akkumulatormodul 104 geschaltet ist. Der Mischchemieakkumulator 100 umfasst außerdem ein Akkumulatorüberwachungssystem 106, das so ausgelegt ist, dass es die Leerlaufspannung (OCV) sowohl des Referenzmoduls 102 als auch des Akkumulatormoduls 104 sowie den Strom 1 108 überwacht, der durch das Referenzmodul 102 und das Akkumulatormodul 104 fließt.
  • Bei beispielhaften Ausgestaltungen umfasst das Akkumulatorüberwachungssystem 106 eines oder mehrere der Folgenden: einen allgemeinen Prozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einen digitalen Signalprozessor, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine digitale Schaltung, eine analoge Schaltung oder Kombinationen davon. Bei einer Ausgestaltung umfasst das Akkumulatorüberwachungssystem 106 außerdem einen Speicher, der mit dem Prozessor und anderen Komponenten des Akkumulatorüberwachungssystems 106 in Kommunikation steht. Bei beispielhaften Ausgestaltungen ist das Akkumulatorüberwachungssystem 106 dazu ausgelegt, den SoC und die SoH sowohl des Referenzmoduls 102 als auch des Akkumulatormoduls 104 zu berechnen und zu verfolgen.
  • Unter nun folgender Bezugnahme auf 2 sind ein Referenzmodul 202 und ein Akkumulatormodul 204 eines Mischchemieakkumulators 200 gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung gezeigt. Wie veranschaulicht, besteht das Referenzmodul 202 aus einer Vielzahl von Referenzzellen 212, die in einer Matrixkonfiguration mit in Reihe geschalteten NREFc-Referenzzellen 212 und mit parallel geschalteten NREFp-Zweigen von Referenzzellen 212 angeordnet sind. Ebenso besteht das Akkumulatormodul 204 aus einer Vielzahl von Akkumulatorzellen 214, die in einer Matrixkonfiguration mit in Reihe geschalteten NBATc-Referenzzellen 214 und mit parallel geschalteten NBATp-Zweigen von Referenzzellen 214 angeordnet sind.
  • Bei beispielhaften Ausgestaltungen wird die OCV des Referenzmoduls 202 (OCVREFm) auf Grundlage der NREFc ermittelt und die OCV des Akkumulatormoduls 204 wird auf Grundlage der NBATc ermittelt. Bei einer Ausgestaltung ist die OCVREFm = OCVREFc × NREFc, wobei OCVREFc die OCV jeder Referenzzelle 212 ist, und die OCVBATm = OCVBATc × NBATc ist, wobei OCVBATc die OCV jeder Akkumulatorzelle 214 ist. Bei beispielhaften Ausgestaltungen sind das Referenzmodul 202 und das Akkumulatormodul 204 so ausgelegt, dass die OCVrefm ≅ OCVBATm ist (d.h. so, dass die OCV des Referenzmoduls 202 und des Akkumulatormoduls 204 innerhalb eines gewünschten Schwellenwerts zueinander liegen). Bei einer Ausgestaltung beträgt der Sollschwellenwert 0,1 V. Bei einer Ausgestaltung beträgt der Sollschwellenwert 1 V.
  • Bei beispielhaften Ausgestaltungen wird die Kapazität des Referenzmoduls (CREFm) 202 auf Grundlage der NREFp und die Kapazität des Akkumulatormoduls (CBATm) 204 auf Grundlage der NBATp ermittelt. Bei beispielhaften Ausgestaltungen sind das Referenzmodul 202 und das Akkumulatormodul 204 so ausgelegt, dass Crefm≅ CBATm ist, d.h. so, dass die Kapazität des Referenzmoduls 202 und des Akkumulatormoduls 204 innerhalb eines Sollschwellenwertes zueinander liegen. Bei einer Ausgestaltung beträgt der Sollschwellenwert 0,1 kWh. Bei einer Ausgestaltung beträgt der Sollschwellenwert 1 kWh.
  • Unter nun folgender Bezugnahme auf 3 ist ein Diagramm 300 gezeigt, das den Ladezustand (SoC) 304 in Abhängigkeit von einer Leerlaufspannung (OCV) 302 eines Referenzmoduls und eines Akkumulatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht. Wie veranschaulicht, ist die SoC-Kurve 306 des Referenzmoduls eine im Allgemeinen gerade Linie mit einer annähernd konstanten Steigung. Im Gegensatz dazu ist die SoC-Kurve 308 des Akkumulatormoduls im Allgemeinen flach zwischen fünf und fünfundneunzig Prozent SoC. Folglich ist die Ermittlung des SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage einer Messung der OCV des Akkumulatormoduls fehleranfällig und weist eine Fehlerspanne von etwa +/zehn Prozent auf.
  • Unter nun folgender Bezugnahme auf 4 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren 400 zum Ermitteln des Ladezustands eines Akkumulatormoduls in einem Mischchemieakkumulator gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht. Bei beispielhaften Ausgestaltungen wird das Verfahren 400 von einem Akkumulatormanagementsystem durchgeführt, wie es in 1 gezeigt ist. Wie bei Block 402 gezeigt, umfasst das Verfahren 400 das Berechnen des SoC des Referenzmoduls (SoCref) auf Grundlage des Stromflusses, z.B. durch ein Bilanzierungsverfahren, oder auf Grundlage der Leerlaufspannung des Referenzmoduls. Wie bei Block 404 gezeigt, umfasst das Verfahren 400 als Nächstes das Berechnen eines geschätzten SoC des Akkumulatormoduls (SoCBATe) auf Grundlage des Stromflusses, beispielsweise durch ein Bilanzierungsverfahren, und auf Grundlage der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls. Bei beispielhaften Ausgestaltungen ist der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls der Durchschnitt des SoC, der auf Grundlage des Stromflusses, z.B. durch ein Bilanzierungsverfahren, ermittelt wurde, und des SoC auf Grundlage der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls. Das Bilanzierungsverfahren, z.B. Coulomb-Berechnung, ist eine Technik zur Verfolgung des SoC eines Akkumulatormoduls, bei der der Stromfluss durch das Akkumulatormodul über die Zeit integriert wird, um die Summe der in das Akkumulatormodul eintretenden und aus ihm austretenden Energie abzuleiten.
  • Wie beim Entscheidungsblock 406 gezeigt, umfasst das Verfahren 400 als Nächstes das Ermitteln, ob der absolute Wert der Differenz zwischen dem SoCBATe, und dem SOCref kleiner oder gleich einem Toleranzwert ist. Bei beispielhaften Ausgestaltungen ist der Toleranzwert ein akzeptabler Fehlerbetrag zwischen dem SoCBATe, und dem SOCref. Bei einer Ausgestaltung beträgt der Toleranzwert drei Prozent. Bei einer anderen Ausgestaltung beträgt der Toleranzwert ein Prozent.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 4 fährt das Verfahren 400, wenn ermittelt wird, dass der absolute Wert der Differenz zwischen dem SoCBATe, und dem SOCref kleiner oder gleich dem Toleranzwert ist, mit Block 408 fort und setzt den SoCBAT gleich dem SoCref. Wird ermittelt, dass der absolute Wert der Differenz zwischen dem SoCBATe, und dem SOCref größer als der Toleranzwert ist, fährt das Verfahren 400 mit Block 410 fort und wartet, bis der SoCref unter einem minimalen Schwellenwert, wie z.B. fünf Prozent, oder über einem maximalen Schwellenwert, wie z.B. fünfundneunzig Prozent, liegt (d.h. dass das Referenzmodul fast entladen oder vollständig geladen ist). Sobald ermittelt ist, dass das Referenzmodul unter einem minimalen Schwellenwert oder über einem maximalen Schwellenwert liegt, kehrt das Verfahren 400 zu Block 402 zurück.
  • Akkumulatormodule mit Lithiumionen-Chemie, die eine relativ flache OCV-Kurve aufweisen, wie z.B. LFP, weisen nicht nur einen SoC auf, dessen Genauigkeit über die OCV nur schwer zu messen ist, sondern können auch keine herkömmlichen dV/dt-Verfahren zum genauen Ermitteln der Leistungsfähigkeit (SoH) verwenden. Dementsprechend wird bei beispielhaften Ausgestaltungen ein Referenzmodul mit einer Lithiumionen-Chemie wie NCM, das mit einem Akkumulatormodul in Reihe geschaltet ist, zum Ermitteln der SoH des Akkumulatormoduls verwendet.
  • Unter nun folgender Bezugnahme auf 5 ist ein Diagramm 500 gezeigt, das den Ladezustand 504 in Abhängigkeit von einer Leerlaufspannung 502 eines Referenzmoduls und eines Akkumulatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung veranschaulicht. Wie gezeigt, ist die SoC-Kurve 506 des Referenzmoduls eine im Allgemeinen gerade Linie mit einer annähernd konstanten Steigung. Das Diagramm 500 veranschaulicht außerdem eine SoC-Kurve 508 eines neuen Akkumulatormoduls und eine SoC-Kurve 510 eines gebrauchten Akkumulatormoduls (d.h. eines Akkumulatormoduls, das bereits mehrere Entlade-/Ladezyklen durchlaufen hat). Bei beispielhaften Ausgestaltungen wird ein Abbaufaktor (Δ) 512 des Akkumulatormoduls als Differenz zwischen dem Punkt, an dem sich die SoC-Kurve 508 mit der SoC-Kurve 506 schneidet, und dem Punkt, an dem sich die SoC-Kurve 510 mit der SoC-Kurve 506 schneidet, berechnet. Bei der veranschaulichten Ausgestaltung beträgt der Abbaufaktor 512 fünf Prozent. Bei beispielhaften Ausgestaltungen wird die Leistungsfähigkeit (SoH) des Akkumulatormoduls als hundert minus dem Abbaufaktor 512 berechnet.
  • Da sich die Leistungsfähigkeit eines Akkumulatormoduls mit der Zeit verschlechtert, wird die SoH des Akkumulatormoduls bei beispielhaften Ausgestaltungen in regelmäßigen Abständen neu berechnet. Bei einer Ausgestaltung wird die SoH des Akkumulatormoduls nach einer eingestellten Anzahl von Zykluszählungen des Akkumulatormoduls neu berechnet (d.h. nachdem das Akkumulatormodul eine eingestellte Anzahl von Malen entleert und wieder aufgeladen wurde). Bei einer Ausgestaltung wird die SoH des Akkumulatormoduls nach jeweils zehn Lade-/Entladezyklen neu berechnet.
  • Die folgenden Definitionen und Abkürzungen sind für die Auslegung der Ansprüche und der Beschreibung zu verwenden. Wie hierin verwendet, sollen die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „einschließt“, „einschließend“, „aufweist“, „aufweisend“, „enthält“ oder „enthaltend“ oder jede andere Abwandlung davon eine nicht ausschließliche Einbeziehung umfassen. Eine Zusammensetzung, ein Gemisch, ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, der bzw. die bzw. das eine Liste von Elementen umfasst, ist beispielsweise nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann auch andere Elemente umfassen, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder zu einer solchen Zusammensetzung, einem solchen Gemisch, einem solchen Prozess, einem solchen Verfahren, einem solchen Gegenstand oder einer solchen Vorrichtung gehören.
  • Darüber hinaus wird der Begriff „beispielhaft“ hier im Sinne von „als Beispiel, Exemplar oder Illustration dienend“ verwendet. Jede hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausgestaltung oder Ausführung ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausgestaltungen oder Ausführungen zu verstehen. Die Begriffe „wenigstens ein/eine“ und „ein/eine oder mehrere“ sind so zu verstehen, dass sie jede ganze Zahl größer oder gleich eins umfassen (d.h. eins, zwei, drei, vier usw.). Der Begriff „eine Vielzahl“ ist so zu verstehen, dass er jede ganze Zahl größer oder gleich zwei umfasst (d.h. zwei, drei, vier, fünf usw.). Der Begriff „Verbindung“ kann sowohl eine indirekte „Verbindung“ als auch eine direkte „Verbindung“ umfassen.
  • Die Begriffe „ungefähr“, „im Wesentlichen“, „annähernd“ und Abwandlungen davon sollen den Grad des Fehlers einschließen, der mit der Messung der jeweiligen Menge auf Grundlage der zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung verfügbaren Ausrüstung verbunden ist. Beispielsweise kann „ungefähr“ einen Bereich von ± 8 % oder 5% oder 2% eines bestimmten Wertes umfassen.
  • Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausgestaltungen beschrieben wurde, ist es unter Fachleuten bekannt, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Schutzumfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen offenbarten Ausgestaltungen beschränkt werden, sondern alle Ausgestaltungen umfassen, die in ihren Schutzumfang fallen.

Claims (10)

  1. Mischchemieakkumulator, umfassend: ein Referenzmodul mit einer ersten Chemie, ein Akkumulatormodul mit einer zweiten Chemie, die sich von der ersten Chemie unterscheidet, wobei das Akkumulatormodul mit dem Referenzmodul in Reihe geschaltet ist, und ein Akkumulatorüberwachungssystem, das dazu ausgelegt ist, eine Leerlaufspannung des Referenzmoduls, eine Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und einen Stromfluss durch das Referenzmodul und das Akkumulatormodul zu überwachen, wobei das Akkumulatorüberwachungssystem ferner dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand (SoC) des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage eines SoC des Referenzmoduls zu berechnen.
  2. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 1, wobei der SoC des Referenzmoduls auf Grundlage der Leerlaufspannung des Referenzmoduls und/oder des Stromflusses durch das Referenzmodul ermittelt wird.
  3. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 1, wobei das Akkumulatorüberwachungssystem ferner dazu ausgelegt ist, einen geschätzten SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage sowohl der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls als auch des Stromflusses durch das Akkumulatormodul zu berechnen.
  4. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 3, wobei das Akkumulatorüberwachungssystem den SoC des Akkumulatormoduls so einstellt, dass er dem SoC des Referenzmoduls entspricht, wenn festgestellt wird, dass der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls innerhalb eines Toleranzbereichs des SoC des Referenzmoduls liegt.
  5. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 1, wobei es sich bei der ersten Chemie um Nickel-Mangan-Cobalt und bei der zweiten Chemie um Lithium-Eisen-Phosphat handelt.
  6. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 1, wobei das Referenzmodul eine erste Vielzahl von Akkumulatorzellen umfasst, die in einer ersten Matrix angeordnet sind, und das Akkumulatormodul eine zweite Vielzahl von Akkumulatorzellen umfasst, die in einer zweiten Matrix angeordnet sind.
  7. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 6, wobei eine Anzahl und Größe der ersten Vielzahl von Akkumulatorzellen und der zweiten Vielzahl von Akkumulatorzellen so ermittelt werden, dass eine Kapazität des Referenzmoduls innerhalb eines ersten Schwellenwerts einer Kapazität des Akkumulatormoduls liegt und dass die Leerlaufspannung des Referenzmoduls innerhalb eines zweiten Schwellenwerts der Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls liegt.
  8. Mischchemieakkumulator nach Anspruch 1, wobei das Akkumulatorüberwachungssystem ferner dazu ausgelegt ist, eine Leistungsfähigkeit des Akkumulatormoduls wenigstens teilweise auf Grundlage des SoC des Referenzmoduls zu berechnen.
  9. Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustands (SoC) eines Akkumulatormoduls, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines SoC eines Referenzmoduls, das mit dem Akkumulatormodul in Reihe geschaltet ist, Berechnen eines geschätzten SoC des Akkumulatormoduls auf Grundlage einer Leerlaufspannung des Akkumulatormoduls und eines Stromflusses durch das Akkumulatormodul und Einstellen des SoC des Akkumulatormoduls so, dass er dem SoC des Referenzmoduls entspricht, wenn festgestellt wird, dass der geschätzte SoC des Akkumulatormoduls innerhalb eines Toleranzbereichs des SoC des Referenzmoduls liegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Referenzmodul eine Vielzahl von Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen (NCM-Zellen) umfasst und das Akkumulatormodul eine Vielzahl von Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP-Zellen) umfasst.
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DE102020121612A1 (de) 2020-08-18 2022-02-24 HELLA GmbH & Co. KGaA Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie und Fahrzeug

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