Energiespeicherzelle

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle.

Bei Kraftfahrzeugen mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang (etwa Hybrid-, Plug-in- Hybrid und rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge) werden derzeit fast ausschließlich Lithium-Ionen-Batteriezellen als wiederaufladbare elektrochemische

Energiespeicherzellen (im nachfolgenden oftmals als Batteriezellen bezeichnet) für die Batteriepacks verwendet, die als elektrischer Energiespeicher für den Antriebsstrang dienen.

Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen bekanntermaßen eine negative Elektrode (Anode), eine positive Elektrode (Kathode), einen zwischen Anode und Kathode angeordneten, für Lithium-Ionen durchlässigen Separator sowie einen flüssigen Elektrolyten auf. Die Anode und die Kathode sind weiter jeweils elektrisch leitend mit einem Stromableiter verbunden.

Die Anode und die Kathode einer Lithium-Ionen-Batteriezelle bestehen jeweils aus oder enthalten Aktivmaterial. Bei einem Ladevorgang interkalieren Lithium-Ionen in das aktive Anodenmaterial, beim Entladevorgang deinterkalieren die Lithium-Ionen wieder. Bei dem aktiven Kathodenmaterial findet der jeweils gegenläufige Vorgang statt. Derartige

Elektroden werden oftmals auch als Interkalations-Elektroden bezeichnet.

Für die Anode wird zum derzeitigen Stand der Technik als Aktivmaterial hauptsächlich Graphit verwendet, bei der Kathode handelt es sich oftmals um ein Mischoxid.

Ein Grund für den Einsatz von Graphit als Anodenmaterial ist, dass das elektrochemische Potential von geladenem Graphit gegenüber metallischem Lithium sehr gering ist. Somit ist die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und negativen Elektrode nahe dem energetischen Optimum einer metallischen Lithium Anode. Die geringe Potentialdifferenz von lithiiertem Graphit zu metallischem Lithium ist aber mit dem Nachteil verbunden, dass es bei der Zuführung von positiver Ladeleistung zu einer Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Graphitpartikel kommen kann, dem sog. Lithium-Plating.

Lithium-Plating führt zu einer erhöhten Degradation der Batteriezelle (falls das

abgeschiedene, metallische Lithium mit dem Elektrolyten reagiert oder den elektrischen Kontakt verliert, steht es nicht mehr für die weiteren Lade- und Entladevorgänge zur Verfügung; nur falls das metallische Lithium noch elektrisch angebunden ist, kann es weiter interkalieren oder beim Entladen wieder oxidieren) und es wird in der Literatur auch ein Einfluss auf die Sicherheit der Batteriezelle diskutiert. Aus diesen Gründen muss Lithium-Plating beim Laden einer Lithium-Ionen-Batteriezelle vermieden werden.

Aus der DE 10 2016 007 479 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um eine Batteriezelle mit einem hohen Ladestrom in möglichst kurzer Zeit zu laden, ohne dass es dabei zu Lithium-Plating kommt. Bei dem Verfahren gemäß der genannten

Offenlegungsschrift wird der Ladestrom aus einem Ladestromstärkenkennfeld in

Abhängigkeit des (lokalen) Ladezustands und der (lokalen) Temperatur der Batteriezelle berechnet. Das Ladestromstärkenkennfeld wird im Vorhinein experimentell oder simulativ bestimmt. Als Anwendungsfall wurde eine vollständige Aufladung gewählt.

Während eines Ladevorgangs vom tiefsten vom System (Fahrzeug / Batterie)

zugelassenen Ladezustand zum höchsten vom System zugelassenen Ladezustand mit dem gemäß dieser Offenlegungsschrift bestimmten maximalen Ladestrom werden die Lithium-Ionen-Konzentrationsgradienten im Aktivmaterial und im Elektrolyten am größten. Aus diesem Grund stellt die vollständige Ladung einer Batteriezelle vom tiefsten zum höchsten Ladezustand den kritischsten Anwendungsfall dar.

Bei Kraftfahrzeugen mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang wird die Batterie aber nicht nur über das Stromnetz geladen, sondern es wird auch im Fahrbetrieb

Bremsenergie in Form von positiver Leistung in die Batterie zurückgespeist (sog.

Rekuperation). Die Batteriezellen werden im Fahrbetrieb also kurzzeitig, meistens nach einer Entladephase (positive Beschleunigung und Halten der Geschwindigkeit), teilweise wieder geladen (bei einem Bremsvorgang bzw. einer negativen Beschleunigung).

Für derartige Ladevorgänge ist das aus der DE 10 2016 007 479 A1 bekannte Verfahren nicht optimal. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine wiederaufladbare,

elektrochemische Energiespeicherzelle mit einer maximalen, nicht zu Lithium-Plating führenden Leistung geladen werden kann, und dies sowohl im Fahr- als auch im

Netzbetrieb.

Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die

Vorrichtung gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren

elektrochemischen Energiespeicherzelle (Batteriezelle) mit einer Anode und einer Kathode vorgeschlagen, wobei während des Ladevorgangs ein elektrischer Ladestrom (/) in die Energiespeicherzelle eingespeist wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Ladestrom (/) mittels eines Zellmodells derart geregelt wird, dass die Zellspannung (U _ceU (t)) kleiner oder gleich dem (Metallionen-)konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (0j(x _pos , t) vs. Me/Me ⁿ⁺ ) ist, um eine elektrochemische Reaktion an der Anode zu vermeiden.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicherzelle (Batteriezelle) mit einer maximalen, nicht zu einer erhöhten Schädigung durch Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Partikel der Anode (Lithium-Plating) führenden Leistung im Fahr- und Netzbetrieb geladen werden kann, ohne dass hierzu eine Berechnung des Anodenpotentials erforderlich ist.

Bei dem eingangs erwähnten Verfahren gemäß der Offenlegungsschrift DE 1 0 201 6 007 479 A1 ist es zur Ermittlung der maximalen Ladeleistung, bei der noch keine Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anode eintritt, erforderlich, das Anodenpotential (etwa mittels eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug) zu berechnen. Eine in einem

Kraftfahrzeug erfolgende, genaue, über die Alterung der Batteriezellen korrekte

Berechnung des Anodenpotentials durch ein physikalisch-elektrochemisches Zellmodell ist nach Wissensstand der Erfinder jedoch derzeit in einem Serienprodukt sowohl technisch als auch wirtschaftlich nicht oder nur mit erheblichem Aufwand umsetzbar. Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung überwunden.

Wie oben bereits erwähnt, findet vor einem Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation in aller Regel ein (kurzzeitiger) Entladevorgang statt. Diese vorangehende Entladung führt dazu, dass die Konzentration an Lithium-Ionen an der Oberfläche der Graphitpartikel geringer ist als die mittlere Lithium-Ionen-Konzentration der Partikel. Der Ladestrom eines rekuperativen Ladepulses kann somit höher gewählt werden, als das Ladestromstärkenkennfeld gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 201 6 007 479 A1 für den gleichen (lokalen) Ladezustand und der gleichen (lokalen) Temperatur zulassen würde.

Dies gilt auch für Ladevorgänge, die bei einem höheren als dem tiefsten Ladezustand, also in einem teilentladenen Zustand der Batteriezelle gestartet werden. Auch hier ist der maximale nicht zu Lithium-Plating führende Ladestrom aufgrund der geringeren Lithium- Ionen-Konzentration an der Oberfläche der Graphitpartikel und dem geringeren

Konzentrationsgradienten im Elektrolyten bei dem entsprechenden Ladezustand höher als das Ladestromstärkenkennfeld aus der Offenlegungsschrift DE 1 0 2016 007 479 A1 für den gleichen (lokalen) Ladezustand und der gleichen (lokalen) Temperatur zulassen würde.

Bezüglich des verwendeten bzw. verwendbaren Zellmodells bestehen keine besonderen Einschränkungen und es können bspw. bekannte elektrische, physikalischelektrochemische Modelle, in der Komplexität vereinfachte Modelle bspw. durch eine mathematische Modellordnungsreduktion (engl. Model Order Reduction, kurz MOR), durch eine Reduktion der simulierten Partikelanzahl, durch eine Abbildung des

physikalisch-elektrochemischen Zellmodells auf elektrische Bauteile, durch den Einsatz von wissensbasierten Methoden, wie beispielsweise künstliche neuronale Netze, Support- Vector-Methoden und Fuzzy-Systeme oder durch ähnliche, verwandte Methoden implementiert werden, um U _C h(t) zu berechnen bzw. zu ermitteln.

Für die Berechnung der Spannungsgrößen durch das Zellmodell ist eine geeignete (digitale) Recheneinrichtung vorzusehen mit (einer) Speichereinrichtung(en), um die für das jeweilige eingesetzte Modell notwendigen Parameter zur Verfügung zu stellen. Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der elektrische Ladestrom (I) mittels eines Zellmodells derart geregelt, dass die Zellspannung ( kleiner oder gleich der Summe ( U _C h(t)) ist, die gebildet wird aus dem

konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode vs. Me/Me ⁿ⁺ ) und wenigstens einem weiteren Summanden, der eine Überspannung darstellt, bevorzugt die Reaktionsüberspannung an der Kathode ^ ⁺ (x _pos , t)) und/oder die

Elektrolytüberspannung (η (ί)).

Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird für die Berechnung der Spannungsgrößen durch das Zellmodell (neben dem Zellstrom) als eine

Eingangsgröße ein Vektor mit wenigstens einer gemessenen Temperatur ( 7) der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle, optional mit an

unterschiedlichen Stellen der wiederauf ladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle gemessenen Temperatur ( 7) verwendet.

Bspw. ist bei einer großformatigen Lithium-Ionen-Batteriezelle die Temperatur ( 7) aufgrund des Zelldesigns und/oder der Kühlung nicht homogen, sondern es existieren wärmere und kältere Bereiche. Aufgrund der stark temperaturabhängigen elektrischen und ionischen Leitfähigkeiten der in einer Batteriezelle verbauten Materialien folgt, dass auch die Stromdichte in einer Batteriezelle ebenfalls nicht homogen ist. Hieraus resultieren unterschiedliche Ladezustände innerhalb der Batteriezelle. Das Verfahren sollte demnach in vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung der lokalen Ladezustände und der Stromdichtenverteilung durchgeführt werden.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn durch das Zellmodell eine Überspannung oder

Überspannungen durch einen Offsetwert berücksichtigt wird/werden.

Da die bisher beschriebenen Modelle viel Rechenleistung benötigen und einen hohen Speicherbedarf aufweisen, kann in vorteilhafter Weise das Verfahren unter Verwendung von wenigstens einem vereinfachenden Modellansatz durchgeführt werden, etwa bei Durchführung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug. Vereinfachende Modellansätze sind dem Fachmann bekannt und von der vorliegenden Erfindung umfasst. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Ladestrom gemäß dem oben offenbarten erfindungsgemäßen Verfahren oder einem seiner vorteilhaften Weiterbildungen ermittelt wird und zusätzlich ein empirisch oder simulativ ermittelter Parameter von der vom Zellmodell ermittelten Zellspannung subtrahiert wird, um einen Modellfehler des

Zellmodells zu berücksichtigen.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn in dem verwendeten (gegebenenfalls vereinfachenden) Zellmodell eine Nachführung der Modellparameter über die Alterung der

wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle vorgenommen wird.

Weitere vorteilhafte und von der vorliegenden Anmeldung umfasste Ausgestaltungen des Verfahrens umfassen, dass

- das Verfahren mit einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle durchgeführt wird, die nur teilweise entladen ist;

- das Verfahren mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle durchgeführt wird;

- das Verfahren mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle mit einer Graphit-Anode durchgeführt wird;

- die Strom-, Temperatur- und Ladezustandsverteilung innerhalb der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle berücksichtigt werden;

- die Alterung der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle durch eine Anpassung der alterungsabhängigen Modellparameter über die Betriebsdauer der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle nachgeführt wird;

- das Verfahren mit einer wiederaufladbaren Batterie mit parallel verschalteten, wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen oder mit einer

Reihenschaltung von einer oder mehreren parallel verschalteten wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen durchgeführt wird, insbesondere mit einer Batterie mit Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen, bevorzugt mit einer Batterie mit Lithium- Ionen-Energiespeicherzellen, die jeweils eine Graphit-Anode enthalten.

Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch eine Vorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dazu eingerichtet ist, den Ladestrom (/) mittels eines Zellmodells derart zu regeln, dass die Zellspannung (t/ _cell (t)) kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (Φο (χ _ρθ5 , t) vs. Me/Me ⁿ⁺ ) ist, um eine elektrochemische Reaktion an der Anode zu vermeiden.

Die Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise auch dazu eingerichtet sein, eine der vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens durchführen zu können.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine eindimensionale Modellvorstellung einer Batteriezelle; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung (eines beispielhaften Regelkreises) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen.

Zur Beschreibung der erfindungsmäßigen Lösung wird nachfolgend von einer

vereinfachten, eindimensionalen Betrachtung einer Batteriezelle ausgegangen. Die Funktion der erfindungsmäßigen Lösung wird durch diese reduzierte Betrachtungsweise jedoch nicht eingeschränkt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht die vereinfachte Modellvorstellung der Batteriezelle 6 aus einer Anode 1 mit der Länge _n , einem Separator 2 der Länge L _Sep und einer Kathode 3 der Länge Die Stromableiter an der Anode 1 und der Kathode 3 werden als ideal leitend angenommen und entfallen bei dieser Betrachtungsweise. Die beiden Elektroden 1 , 3 bestehen aus porösem Aktivmaterial, so dass es an jedem Ort x in den Elektroden 1 , 3 und zu jeder Zeit t im Festkörper das Potential φ ₅ (χ, t) und im

Elektrolyten das Potential φ\ (χ, ί) gegeben ist. Im Bereich des Separators 2 existiert nur das Potential im Elektrolyten φ _λ (χ, ί) . Alle Größen in der Anode 1 werden zur besseren Übersicht mit einem hochgestellten Minus gekennzeichnet (bspw. 0 _s ^~~ (x, t)) und alle Größen in der Kathode 3 mit einem hochgestellten Plus (z.B. 0 _s ⁺ (x, t)). Des Weiteren werden Überspannungen an

Deckschichten wie z.B. der Solid Electrolyte Interphase (SEI) der Anode 1 und der Einfluss von elektrochemischen Doppelschichten vernachlässigt. Diese Vereinfachungen haben keinen Einfluss auf die Gültigkeit und Ausführbarkeit der erfindungsmäßigen Lösung.

Lithium-Plating tritt auf, wenn das Potential an der Grenzfläche Oberfläche Graphitpartikel und Elektrolyt unter 0 V versus Li/Li ⁺ fällt. Um Lithium-Plating zu vermeiden, muss also für im Bereich der Anode 1 gelten: φ _Αη (χ, t) := 0 _S - (x, t)— (χ, t) > OV vs. Li/Li ⁺

Die Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Graphitpartikel findet aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Aktivmaterials und der vergleichsweise geringen Transportgeschwindigkeit der Lithium-Ionen im Elektrolyten durch Diffusion und Migration typischerweise zuerst an der Oberfläche der separatornahen Graphitpartikel statt. Daher gilt:

^krit ⁼ ^An

Und somit für das Kriterium zur Vermeidung von Lithium-Plating: An (*krit> = s ^~ (*krit> ^~ 0f ( krit, > OV vS. Li/Li ⁺

Für die Zellspannung, die an den Klemmen der Batteriezelle 6 gemessen werden kann, gilt: fceiiC = 0s ⁺ ( pos> ^~ 0s ^~ (O. mit x _pos = L _An + L _Sep + L _Kat

Das Kathodenpotential an der Grenzfläche Kathodenpartikel und Elektrolyt an der Position x _pos berechnet sich zu:

Hierbei ist φ£ das Potential des Kathodenmaterials versus Li/Li ⁺ in Abhängigkeit der Konzentration der Lithium-Ionen an der Partikeloberfläche und η ⁺ die Reaktionsüberspannung für den Ladungstransfer. Diese ist an der Kathode 3 positiv im Falle einer Ladung der Batteriezelle 6.

Im Folgenden wird eine Elektrolytüberspannung η für die weitere Verwendung definiert: ηι(ΐ) ^■ = Φ ( ^Χ _Ρ Ο5> - 0r(*krit>

Mit diesen Größen kann nun die Grundgleichung für die erfindungsmäßige Lösung zur Vermeidung von Lithium-Plating hergeleitet werden:

0AnOkrit, = s ^~ (*krit> ^~ ΦΓ > O VS. Li/Li ⁺

<=> s ^~ (*krit> ^ 0fOkrit, = >l {Xpos.t) ^~ Vl(t <=> s ^~ (*krit> ^ 0s ⁺ ( pos' - Kat(*pos» ^~ *7l(

<=> s ^~ (*krit> - s ^~ (O,t) > i/cell( ^~ 0Kat( pos _* ^~ *7l(

<=> s ^~ (*krit> - s ^~ (O,t) > i/cell( - o(*pos» ^~ *7 ⁺ Opos _* 0 ^~ *7l(

Da die elektrische Leitfähigkeit des Anodenmaterials hoch ist, ist der ohmsche

Spannungsabfall über das Aktivmaterial der Anode 1 klein, in Laderichtung positiv und kann damit für die erfindungsmäßige Lösung vorteilhaft nach unten zu null abgeschätzt werden:

OV < 0 _s ^_ (x _kri t,t) - 0 _s ^~ (O,t) « 1mV => 0 _s ^_ (x _kri t,t) - 0 _S ^~ (O, t) « OV Daraus folgt, dass zur Vermeidung von Lithium-Plating gelten muss: t/cell (0 ^ o(*pos> + V ⁺ {x _P os>t) + Vl( ) = ^■ U _ch t)

Die Zellspannung der Batteriezelle 6 muss also durch ein entsprechendes Stellen des Ladestroms derart geregelt werden, dass diese kleiner oder gleich dem

konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential des Kathodenmaterials bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode ist, in vorteilhafter Weise kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential des Kathodenmaterials bezogen auf das elektrochemische Potential der

Metallreferenzelektrode plus wenigstens einer Überspannung, im hier veranschaulichten Beispiel der Reaktionsüberspannung an der Kathode 3 und/oder der

Elektrolytüberspannung, damit eine Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Anode 1 vermieden wird. Die Größe(n) bzw. die jeweilige Summe der Größen, im Folgenden als U _ch bezeichnet, muss durchgängig (etwa mittels eines

Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs) berechnet werden.

Im Vergleich zur direkten Berechnung des Anodenpotentials ΦΑΠ ( ^Χ _> (etwa mittels des erwähnten Steuergeräts) ist es von Vorteil, dass bei einer Unterschätzung der zu berechnenden Größen (f _C h,berechnet < ^ch.ist) die Regelung der Zellspannung auf ^zu einem geringeren Ladestrom führt und Lithium-Plating somit ausgeschlossen wird. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn die Alterung der Batteriezelle 6 nicht nachgeführt werden kann. Eine Alterung einer Batteriezelle 6 führt tendenziell zu höheren Überspannungen, so dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei Alterung, also während der gesamten Lebensdauer der Batteriezelle 6 anwendbar bzw. gültig bleibt.

Ein weiterer Vorteil speziell bei Lithium-Ionen-Zellen mit einer negativen porösen

Graphitelektrode ist, dass die Modellierung der Diffusion in den Graphitpartikeln deutlich komplexer ist, als bei den gegenwertig auf der Kathodenseite verwendeten Mischoxiden. Somit kann φ (x _pos , t) mit den vorhandenen Modellansätzen mit einer besseren

Genauigkeit berechnet werden als das konzentrationsabhängige elektrochemische Potential der Anode ( ö (x, t), das zur Berechnung des Anodenpotentials ΦΑΠ (. ^Χ _> benötigt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Vorrichtung 4 (einen Regelkreis 4) zur

Durchführung des erfindungsmäßigen Verfahrens, wie es bspw. in einem Kraftfahrzeug für die Ladung einer Batteriezelle 6 verwendbar ist.

Um andere Schädigungsmechanismen neben Lithium-Plating zu verhindern, wird eine maximale Zellspannung L/ _ma x vom Hersteller vorgegeben, die während einer Ladung der Batteriezelle 6 nicht überschritten werden darf. Aus diesem Grund muss im Fahrzeug das Minimum (min) zwischen dieser oberen Grenzspannung U _ma x und der vom Zellmodell 7 berechneten Größe U _ch (t) gebildet werden. Das Ergebnis ist eine maximale Soll- Spannung. Die Differenz zur Ist-Zellspannung ist die Eingangsgröße für einen Regler 5, der als Ausgangssignal einen maximalen Ladestrom / _ma x als Stellgröße hat. Dieser Wert kann durch eine weitere Minimumbildung (min) reduziert werden, da der maximale Ladestrom l _ma x beispielsweise zur Vermeidung anderer Schädigungsmechanismen neben Lithium-Plating limitiert werden muss. Auch kann das Soll-Drehmoment des Antriebs zur Geschwindigkeitsreduktion, das etwa vom Energiemanagementsystem des Kraftfahrzeugs in einen Ladestrom umgerechnet wird, oder der maximale Ladestrom des Ladegeräts oder der Ladesäule limitieren. Das Ergebnis ist ein maximaler Ladestrom, mit dem die Batteriezelle 6 geladen werden kann, ohne dass es zu schädigendem Lithium- Plating kommt.

Das Verfahren und die Vorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch bei einer direkten Parallelschaltung von mehreren Batteriezellen 6 anwendbar. Im Zellmodell 7 müssen in diesem Fall lediglich die veränderten thermischen und elektrischen

Randbedingungen angepasst werden. Die berechnete maximale Spannung t/ _ch (t) gilt dann für den ganzen Verbund der parallelverschalteten Batteriezellen 6. Weiter ist es erforderlich, dass der Regler 5 auf die höhere Kapazität und den geringeren

Innenwiderstand des parallelverschalteten Verbunds an Batteriezellen 6 eingestellt wird.

Werden mehrere einzelne Batteriezellen 6 oder mehrere parallelverschaltete

Batteriezelleinheiten in Reihe verschaltet, muss für jede Batteriezelleneinheit separat eine maximale Spannung U _ch (t) durch ein Zellmodell 7, wie oben beschrieben, berechnet werden. Der Regler 5 muss dann sicherstellen, dass von keiner Batteriezelleinheit die maximale Spannung durch einen zu hohen Ladestrom überschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 sowie dessen bzw. deren vorteilhafte Weiterbildungen sind bei allen Batteriezellen 6 mit einer

Interkalationselektrode, in die Ionen beim Ladevorgang eingelagert werden, anwendbar.

Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 sowie dessen bzw. deren vorteilhafte Weiterbildungen im automobilen Bereich, bei stationären Speichern, im Bereich der„Consumerelectronics", im Bereich des Modellbaus oder sonstigen Bereichen an- bzw. verwendbar, in denen wiederaufladbare

elektrochemische Energiespeicherzellen (Akkumulatoren) zum Einsatz kommen. Bezugszeichenliste

Anode

Separator

Kathode

Vorrichtung

Regler

Batteriezelle

Zellmodell