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Title:
METHOD FOR ASCERTAINING THE COULOMBIC EFFICIENCY OF ACCUMULATOR CELLS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/110602
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for ascertaining the Coulombic efficiency of the accumulator cell or the accumulator cells of at least one accumulator module to be checked of an accumulator which has at least two accumulator modules. Each accumulator module has electrically actuatable power semiconductors via which at least the electric energy that can be dispensed to a load by the accumulator can be varied, In particular the number of accumulator modules connected in series in order to generate energy is varied. The electric charge which is dispensed from the accumulator cell(s) of the accumulator module to be checked in a discharge test state of the accumulator and the electric charge which is received by the accumulator cell(s) in a charge test state of the accumulator are ascertained and used to ascertain the Coulombic efficiency of the accumulator cell(s) of the accumulator module to be checked in relation to each other. The invention is characterized in that all of the accumulator modules, the accumulator cell Coulombic efficiency of which is not to be ascertained, are connected by means of the respective electrically actuatable power semiconductors of the accumulator modules so as to allow a current to pass through in the discharge test state and in the charge test state of the accumulator such that the discharge test current flowing in the discharge test state of the accumulator and the charge test current flowing in the charge test state of the accumulator do not flow through the accumulator cell(s) of said accumulator modules. The discharge test current flowing through the accumulator cell(s) of the accumulator module to be checked is regulated by means of at least one electrically actuatable power semiconductor of the accumulator module to be checked, and the charge test current flowing through the accumulator cell(s) of the accumulator module to be checked is regulated by means of a charging device (L) connected to the accumulator. The accumulator is separated from a load current network to be provided with electric energy by the accumulator in the discharge test state and in the charge test state.

Inventors:
FETZER JOACHIM (DE)
FINK HOLGER (DE)
PARTES HANS (DE)
Application Number:
PCT/EP2015/051398
Publication Date:
July 30, 2015
Filing Date:
January 23, 2015
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SAMSUNG SDI CO LTD (KR)
International Classes:
G01R31/36; B60L11/18; H02J7/00
Foreign References:
US6504344B12003-01-07
DE102012209660A12013-12-12
DE102012210602A12013-12-24
Other References:
A. J. SMITH ET AL: "Precision Measurements of the Coulombic Efficiency of Lithium-Ion Batteries and of Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries", JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY, vol. 157, no. 2, 1 January 2010 (2010-01-01), pages A196, XP055078852, ISSN: 0013-4651, DOI: 10.1149/1.3268129
BRANDL M ET AL: "Batteries and battery management systems for electric vehicles", DESIGN, AUTOMATION&TEST IN EUROPE CONFERENCE&EXHIBITION (DATE), 2012, IEEE, 12 March 2012 (2012-03-12), pages 971 - 976, XP032320886, ISBN: 978-1-4577-2145-8, DOI: 10.1109/DATE.2012.6176637
Attorney, Agent or Firm:
BEE, Joachim (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln des coulombschen Wirkungsgrades der

Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) oder der Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1- n-m) von wenigstens einem zu prüfenden Akkumulatormodul (1-1 ,...,1-n) eines mindestens zwei Akkumulatormodule (1-1 ,...,1-n) aufweisenden Akkumulators (1), wobei jedes Akkumulatormodul (1-1 1-n) elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter (2-1-1,..., 2-n-2) aufweist, über welche zumindest die von dem Akkumulator (1 ) an einen Verbraucher abgebbare elektrische Energie variiert werden kann, insbesondere indem die Anzahl von zur Energieerzeugung in Reihe geschalteten Akkumulatormodulen (1- 1 ,...,1-n) des Akkumulators (1) variiert wird, wobei die von der

Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. den Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1- n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) in einem

Entladetestzustand des Akkumulators (1) abgegebene elektrische Ladung und die von der Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. den

Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) in einem Ladetestzustand des Akkumulators (1) aufgenommene elektrische Ladung ermittelt und zur Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades der Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. der Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) des zu prüfenden

Akkumulatormoduls (1-1,..., 1-n) in Verhältnis zueinander gesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entladetestzustand und dem Ladetestzustand des Akkumulators (1) alle Akkumulatormodule (1-1 1-n), zu deren Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) nicht der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll, mittels ihrer jeweiligen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter (2-1-1,..., 2-n-2) derart auf Stromdurchlass geschaltet werden, dass der in dem

Entladetestzustand des Akkumulators (1) fließende Entladeteststrom und der in dem Ladetestzustand des Akkumulators (1) fließende Ladeteststrom nicht durch die Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n-m) bzw. die Akkumulatorzellen (1-

1-1,..., 1-n-m) dieser Akkumulatormodule (1-1 1-n) fließen, wobei der durch die Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. die Akkumulatorzellen (1- 1-1 1-n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) fließende Entladeteststrom mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Leis- tungshalbleiters (2-1-1,..., 2-n-1) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-

1 ,...,1-n) geregelt wird, wobei der durch die Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n- m) bzw. die Akkumulatorzellen (1 -1 -1 1 -n-m) des zu prüfenden

Akkumulatormoduls (1 -1 ,...,1 -n) fließende Ladeteststrom mittels eines mit dem Akkumulator (1 ) verbundenen Ladegerätes (L) geregelt wird, und wobei der Akkumulator (1 ) im Entladetestzustand und im Ladetestzustand von einem von dem Akkumulator (1 ) mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucherstromnetz getrennt ist.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der

Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters (2-1 -1 ,..., 2-n-1 ) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1 -1 1 -n) und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes (L) derart geregelt werden, dass der Entladeteststrom betragsmäßig gleich dem Ladeteststrom ist.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters (2-1 -1 ,..., 2-n-1 ) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1 -1 1 -n) und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes (L) derart geregelt werden, dass die Stärke des Entladeteststroms und die Stärke des Ladeteststroms sehr klein im Verhältnis zum im Normalbetrieb des Akkumulators (1 ) fließenden elektrischen Strom sind.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladeteststrom und der Ladeteststrom mittels eines

Stromsensors des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1 -1 1 -n) und/oder mittels eines außerhalb des Akkumulators (1 ) angeordneten Stromsensors (200) erfasst werden.

Akkumulator (1 ) mit wenigstens zwei jeweils eine Akkumulatorzelle (1 -1 -1 1 -n-m) oder Akkumulatorzellen (1 -1 -1 ,..., 1 -n-m) aufweisenden

Akkumulatormodulen (1 -1 , ... ,1 -n), wobei jedes Akkumulatormodul (1 -1 1 - n) elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter (2-1-1 ,..., 2-n-2) aufweist, über welche zumindest die von dem Akkumulator (1 ) an einen Verbraucher abgebbare elektrische Energie variiert werden kann, insbesondere indem die Anzahl von zur Energieerzeugung in Reihe geschalteten

Akkumulatormodulen (1 -1 ,..., 1 -n) des Akkumulators (1 ) variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (1) zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.

Akkumulatorsystem mit einem Akkumulator (1), einem mit dem Akkumulator (1) verbindbaren Ladegerät (L) und einer elektronischen Einrichtung, insbesondere zum Überwachen, Regeln und/oder Steuern des Zustandes des Akkumulators (1 ), wobei der Akkumulator (1 ) wenigstens zwei

Akkumulatormodule (1-1 ,...,1-n) aufweist, wobei jedes Akkumulatormodul (1- 1 ,...,1-n) wenigstens eine Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n-m) und elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter (2-1-1,..., 2-n-2) aufweist, wobei die Leistungshalbleiter (2-1-1 2-n-2) derart über die elektronische Einrichtung ansteuerbar sind, dass die von dem Akkumulator (1) an einen Verbraucher abgebbare elektrische Energie variiert werden kann, insbesondere indem die Anzahl von zur Energieerzeugung in Reihe geschalteten

Akkumulatormodulen (1-1,..., 1-n) des Akkumulators (1) variiert wird, wobei die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, die von der Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n-m) oder den Akkumulatorzellen (1-1-1 1-n-m) eines zu prüfenden Akkumulatormoduls (1 -1 1-n) in einem Entladetestzustand des

Akkumulators (1) abgegebene elektrische Ladung und die von der

Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. den Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1- n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 1-n) in einem Ladetestzustand des Akkumulators (1) aufgenommene elektrische Ladung zu ermitteln und zur Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades der

Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. der Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1- n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) in Verhältnis zueinander zu setzen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter (2-1-

1,..., 2-n-2) der Akkumulatormodule (1 -1 1-n) derart anzusteuern, dass in dem Entladetestzustand und dem Ladetestzustand des Akkumulators (1) alle

Akkumulatormodule (1-1 1-n), zu deren Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n- m) bzw. Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) nicht der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll, mittels ihrer jeweiligen elektrisch

ansteuerbaren Leistungshalbleiter (2-1-1 2-n-2) auf Stromdurchlass geschaltet werden, so dass der in dem Entladetestzustand des Akkumulators (1) fließende Entladeteststrom und der in dem Ladetestzustand des Akkumulators (1) fließende Ladeteststrom nicht durch die Akkumulatorzelle (1-1- 1,..., 1-n-m)bzw. die Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) dieser

Akkumulatormodule (1-1 ,...,1-n) fließen, und dass der durch die

Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. die Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1- n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) fließende

Entladeteststrom mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters (2-1-1,..., 2-n-1) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1- 1 ,...,1-n) geregelt wird, wobei der durch die Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n- m) bzw. die Akkumulatorzellen (1-1-1 1-n-m) des zu prüfenden

Akkumulatormoduls (1-1,...,1-n) fließende Ladeteststrom mittels des Ladegerätes (L) geregelt wird, und wobei der Akkumulator (1) im

Entladetestzustand und im Ladetestzustand von einem von dem Akkumulator (1) mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucherstromnetz getrennt ist.

Akkumulatorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters (2-1-1,..., 2-n-1) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes (L) derart geregelt werden, dass der durch die Akkumulatorzelle (1-1-1 1-n-m) bzw. die Akkumulatorzellen (1-1-1,..., 1-n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) fließende Entladeteststrom betragsmäßig gleich dem Ladeteststrom ist.

Akkumulatorsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters (2-1-1,..., 2-n-1)des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes (L) derart geregelt werden, dass die Stärke des Entladeteststroms und die Stärke des Ladeteststroms sehr klein im Verhältnis zum im Normalbetrieb des Akkumulators (1) fließenden elektrischen Strom sind.

Akkumulatorsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu prüfende Akkumulatormodul (1-1 ,...,1-n) einen Stromsensor aufweist und/oder dass ein außerhalb des Akkumulators (1 ) angeordneter Stromsensor (200) vorhanden ist, mittels dem bzw. denen der durch die Akkumulatorzelle (1-1-1,..., 1-n-m) bzw. die Akkumulatorzellen (1- 1-1 1-n-m) des zu prüfenden Akkumulatormoduls (1-1 ,...,1-n) fließende Entladeteststrom und Ladeteststrom erfassbar sind.

Description:
Beschreibung

Titel Verfahren zum Ermitteln des coulombschen Wirkungsgrades von

Akkumulatorzellen

Stand der Technik In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen und

Hybridfahrzeugen, eingesetzte Akkumulatoren sind in der Regel durch einen Zu- sammenschluss von mehreren in Reihe geschalteten Akkumulatormodulen gebildet. Jedes Akkumulatormodul weist üblicherweise mehrere in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen auf. Des Weiteren ist ein Akkumulatormodul für gewöhnlich mit einer passiven Elektronik zum Erfassen von Zustandsparametern des

Akkumulatormoduls, beispielsweise zum Erfassen der von den einzelnen Akkumulatorzellen erzeugten elektrischen Spannung oder der Temperatur der Akkumulatorzellen, ausgestattet. Die Akkumulatorzellen sind bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen meist auf Lithium-Basis hergestellt.

Es ist wünschenswert, die von einem Akkumulator an einen Verbraucher, insbesondere an einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, abgebbare elektrische Energie variieren zu können. Hierzu können die einzelnen Akkumulatormodule mit elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleitern ausgestattet sein, welche durch eine elektronische Einrichtung, beispielsweise dem Battery Management and

Monitoring System (BMS), eines entsprechenden Akkumulatorsystems derart elektrisch ansteuerbar sind, dass die Anzahl der zur jeweiligen Energieerzeugung in Reihe geschalteten Akkumulatormodule des Akkumulators auf geeignete Art und Weise variiert werden kann. Hierbei können die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter von Akkumulatormodulen, die nicht an der jeweiligen Energieerzeugung beteiligt sein sollen, derart angesteuert werden, dass der erzeugte elektrische Strom nicht durch die Akkumulatorzellen dieser Akkumulatormodule verläuft, sondern an diesen Akkumulatorzellen vorbeigeleitet wird. Derartige Akkumulatormodule befinden sich im sogenannten Bypass-Modus. Die Kapazität und Leistungsfähigkeit von Akkumulatorzellen und somit von Akkumulatormodulen und folglich von Akkumulatoren verringert sich mit jedem Lade-Entlade-Zyklus, und zwar solange, bis die einzelnen Akkumulatorzellen oder ganze Akkumulatormodule aufgrund von mangelnder Leistungsfähigkeit und Kapazität ausgetauscht werden müssen. Daher ist es wichtig, den Alterungspro- zess von Akkumulatorzellen genau zu überwachen.

Es ist bekannt, dass aus dem coulombschen Wirkungsgrad C E auf Änderungen in der Alterung (Änderung des SOH: State of Health) von Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen geschlossen werden kann. Der coulombsche Wirkungsgrad ergibt sich aus der Gleichung C E = C Qzu, wobei Q ab die beim Entladen der

Akkumulatorzelle abgegebene Ladung und Q zu die beim Laden der

Akkumulatorzelle zugeführte Ladung ist. Je genauer der coulombsche Wirkungsgrad von einer Akkumulatorzelle bestimmt wird, desto genauer wird eine darauf aufbauende Aussage über den Alterungszustand der Akkumulatorzelle bzw. desto genauere Lebensdauervorhersagen können gemacht werden. Zur möglichst exakten Bestimmung des coulombschen Wirkungsgrades einer Akkumulatorzelle ist eine genaue Erfassung bzw. Regelung des zu dieser Bestimmung fließenden Entlade- bzw. Ladeteststroms sowie auch der Entlade- bzw. Ladetestzeit erforderlich, wobei sich die geflossenen Ladungen aus den jeweiligen Integralen der erfassten Ströme über die erfassten Zeiten ergeben.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine der sehr exakten Ermittlung des

coulombschen Wirkungsgrades von Akkumulatorzellen eines Akkumulators zu ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , einen Akkumulator mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie ein Akkumulatorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Mit Patentanspruch 1 wird ein Verfahren zum Ermitteln des coulombschen Wirkungsgrades der Akkumulatorzelle oder der Akkumulatorzellen von wenigstens einem zu prüfenden Akkumulatormodul eines mindestens zwei

Akkumulatormodule aufweisenden Akkumulators vorgeschlagen, wobei jedes Akkumulatormodul elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter aufweist, über welche zumindest die von dem Akkumulator an einen Verbraucher abgebbare elektrische Energie variiert werden kann, insbesondere indem die Anzahl von in Reihe geschalteten Akkumulatormodulen des Akkumulators variiert wird, wobei die von der Akkumulatorzelle bzw. den Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls in einem Entladetestzustand des Akkumulators abgegebene elektrische Ladung und die von der Akkumulatorzelle bzw. den

Akkumulatorzellen in einem Ladetestzustand des Akkumulators aufgenommene elektrische Ladung ermittelt und zur Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades der Akkumulatorzelle bzw. der Akkumulatorzellen des zu prüfenden

Akkumulatormoduls in Verhältnis zueinander gesetzt werden. Vorzugsweise werden in dem Entladetestzustand und dem Ladetestzustand des Akkumulators alle Akkumulatormodule, zu deren Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen nicht der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll, mittels ihrer jeweiligen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter derart auf Stromdurchlass geschal- tet, dass der in dem Entladetestzustand des Akkumulators fließende

Entladeteststrom und der in dem Ladetestzustand des Akkumulators fließende Ladeteststrom nicht durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen dieser Akkumulatormodule fließt, wobei zumindest der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls fließende Entladeteststrom mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfenden Akkumulatormoduls geregelt wird, wobei der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden

Akkumulatormoduls fließende Ladeteststrom mittels eines mit dem Akkumulator verbundenen Ladegerätes geregelt wird, und wobei der Akkumulator im

Entladetestzustand und im Ladetestzustand von einem von dem Akkumulator mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucherstromnetz getrennt ist.

Gemäß Patentanspruch 1 erfolgt eine Regelung des Entladeteststroms mittels wenigstens eines elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des

Akkumulatormoduls, zu dessen Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll. Dies ermöglicht insbesondere eine sehr genaue Regelung des Entladeteststroms, was wiederum eine sehr exakte Ermittlung der beim Entladen der Akkumulatorzelle bzw.

Akkumulatorzellen abgegebenen Ladung erlaubt. Des Weiteren wird der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden

Akkumulatormoduls fließende Ladeteststrom mittels des mit dem Akkumulator verbundenen Ladegerätes geregelt. Auch diese Regelung des Ladeteststroms mittels des Ladegerätes, beispielsweise mittels einer Stromregelung an einer Ladesäule, kann sehr exakt erfolgen, so dass auch die beim Laden der

Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen aufgenommene Ladung sehr exakte ermittelbar ist. Folglich kann der coulombsche Wirkungsgrad der

Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls sehr exakt ermittelt werden, was wiederum eine darauf aufbauende, möglichst exakte Lebensdauervorhersage ermöglicht. Gleichzeitig werden bei dem Akkumulator bzw. dessen Akkumulatormodulen ohnehin vorhandene, weitere elekt- risch ansteuerbare Leistungshalbleiter dazu eingesetzt, die Akkumulatormodule, zu deren Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen nicht der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll, auf Stromdurchlass zu schalten. Folglich ist weder zur Regelung des Entladeteststroms noch zum Ab- und Zuschalten einzelner Akkumulatormodule eine zusätzliche Leistungselektronik erforderlich, sondern es wird auf ohnehin vorhandene Komponenten eines entsprechenden Akkumulators zurückgegriffen, welche gemäß Patentanspruch 1 angesteuert werden. Da also keine zusätzliche Leistungselektronik zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 erforderlich ist, kann das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden.

Theoretisch möglich ist es, ein Akkumulatormodul mit lediglich einer

Akkumulatorzelle und elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleitern auszustatten. In der Praxis weisen Akkumulatormodule jedoch meist sechs bis zwölf in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen auf. Gemäß dem Verfahren nach Patent- anspruch 1 ist der coulombsche Wirkungsgrad einer entsprechenden Reihenschaltung von Akkumulatorzellen ermittelbar.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung werden der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfen- den Akkumulatormoduls und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes derart geregelt, dass der Entladeteststrom betragsmäßig gleich dem Ladeteststrom ist. Hierdurch sind sowohl im Entladetestzustand als auch im Ladetestzustand des Akkumulators gleiche Bedingungen gegeben, welche die Genauigkeit des Verfahrens nach Patentanspruch 1 erhöhen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfenden Akkumulatormoduls und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes derart geregelt, dass die Stärke des Entladeteststroms und die Stärke des Ladeteststroms sehr klein im Verhältnis zur Stärke des im Normalbetrieb des Akkumulators fließenden elektrischen Stroms sind. Auch durch diese Ausgestaltung lässt sich die Genauigkeit der Ermittlung der von der Akkumulatorzelle bzw. den Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls abgegebenen bzw. aufgenommenen Ladung verbessern, was die Genauigkeit bei der Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades dieser Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen weiter erhöht.

Es wird weiter für vorteilhaft erachtet, wenn der Entladeteststrom und der Ladeteststrom mittels eines Stromsensors des zu prüfenden Akkumulatormoduls und/oder mittels eines außerhalb des Akkumulators angeordneten Stromsensors erfasst werden. Eine zweifache Messung des Entladeteststroms und des Ladeteststroms mittels eines Stromsensors des zu prüfenden Akkumulators und eines außerhalb des Akkumulators angeordneten Stromsensors dient der Schaffung redundanter Informationen bezüglich des tatsächlich geschlossenen Stroms und dient somit der Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens nach Patentanspruch 1 . Auf der anderen Seite können zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 sowohl solche Akkumulatoren verwendet werden, deren Akkumulatoren jeweils mit einem Stromsensor versehen sind, als auch solche Akkumulatoren, deren Akkumulatormodule keine eigenen Stromsensoren aufweisen, da der Strom mittels eines außerhalb des Akkumulators angeordneten Stromsensors erfassbar ist.

Mit Patentanspruch 5 wird ein Akkumulator mit wenigstens zwei jeweils eine Akkumulatorzelle oder Akkumulatorzellen aufweisenden Akkumulatormodulen vorgeschlagen, wobei jedes Akkumulatormodul elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter aufweist, über welche zumindest die von dem Akkumulator an einen Verbraucher abgebbare elektrische Energie variiert werden kann, insbeson- dere indem die Anzahl von zur Energieerzeugung in Reihe geschalteten

Akkumulatormodulen des Akkumulators variiert wird. Vorzugsweise ist dieser Akkumulator zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben eingerichtet. Da- mit sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile verbunden.

Mit Patentanspruch 6 wird ein Akkumulatorsystem mit einem Akkumulator, einem mit dem Akkumulator verbindbaren Ladegerät und einer elektronischen Einrichtung, insbesondere zum Überwachen, Regeln und/oder Steuern des Zustandes des Akkumulators, vorgeschlagen, wobei der Akkumulator wenigstens zwei

Akkumulatormodule aufweist, wobei jedes Akkumulatormodul wenigstens eine Akkumulatorzelle und elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter aufweist, wobei die Leistungshalbleiter derart über die elektronische Einrichtung ansteuerbar sind, dass die von dem Akkumulator an einen Verbraucher abgebbare elektri- sehe Energie variiert werden kann, insbesondere indem die Anzahl von zur

Energieerzeugung in Reihe geschalteten Akkumulatormodulen des Akkumulators variiert wird, wobei die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, wie von der Akkumulatorzelle oder den Akkumulatorzellen eines zu prüfenden

Akkumulatormoduls in einem Entladetestzustand des Akkumulators abgegebene elektrische Ladung und die von der Akkumulatorzelle bzw. den

Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulators in einen Ladetestzustand des Akkumulators aufgenommene elektrische Ladung zu ermitteln und zur Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades der Akkumulatorzelle bzw. der

Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls im Verhältnis zueinan- der zu setzen. Vorzugsweise ist die elektronische Einrichtung eingerichtet, die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter der Akkumulatormodule derart anzusteuern, dass in dem Entladetestzustand und dem Ladetestzustand des Akkumulatormoduls alle Akkumulatormodule, zu deren Akkumulatorzelle bzw. Akkumulatorzellen nicht der coulombsche Wirkungsgrad ermittelt werden soll, mittels ihrer jeweiligen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter auf Strom- durchlass geschaltet werden, so dass der in dem Entladetestzustand des Akkumulators fließende Entladeteststrom und der in dem Ladetestzustand des Akkumulators fließende Ladeteststrom nicht durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen dieser Akkumulatormodule fließt, und dass zumindest der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden

Akkumulatormoduls fließende Entladeteststrom mittels wenigstens eines elekt- risch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfenden Akkumulatormoduls geregelt wird, wobei der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulatormoduls fließende Ladeteststrom mittels des Ladegerätes geregelt wird, und wobei der Akkumulator im Entladetestzustand und im Ladetestzustand von einem von dem Akkumulator mit elektrischer Energie zu versorgenden Verbraucherstromnetz getrennt ist.

Das Akkumulatorsystem nach Patentanspruch 6 ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben eingerichtet. Hierzu weist das

Akkumulatorsystem eine elektronische Einrichtung auf, über welche die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter der einzelnen Akkumulatormodule entsprechend ansteuerbar sind. Des Weiteren weist das Akkumulatorsystem ein Ladegerät auf, über das der Ladeteststrom sehr exakt regelbar ist. Hiermit sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile verbunden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfenden Akkumulatormoduls und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes der- art geregelt, dass der durch die Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden Akkumulators fließende Entladeteststrom betragsmäßig gleich dem Ladeteststrom ist.

Des Weiteren wird als vorteilhaft erachtet, wenn der Entladeteststrom mittels des wenigstens einen elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters des zu prüfenden Akkumulatormoduls und der Ladeteststrom mittels des Ladegerätes derart geregelt werden, dass die Stärke des Entladeteststroms und die Stärke des Ladeteststroms sehr klein im Verhältnis zur Stärke des im Normalbetrieb des Akkumulators fließenden elektrischen Stroms sind.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das zu prüfende Akkumulatormodul einen Stromsensor aufweist und/oder dass ein außerhalb des Akkumulators angeordneter Stromsensor vorhanden ist, mittels dem bzw. denen der durch die

Akkumulatorzelle bzw. die Akkumulatorzellen des zu prüfenden

Akkumulatormoduls fließende Entladeteststrom und Ladestrom erfassbar sind. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen

Figur 1 : ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Akkumulator in einem neutralen Zustand, Figur 2: das Schaltbild des in Figur 1 gezeigten Akkumulators in einem

Entladetestzustand, und

Figur 3: das Schaltbild des in Figur 1 gezeigten Akkumulators in einem Ladetest- zustand.

Figur 1 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Akkumulator 1 . Der Akkumulator 1 weist n > 2 Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n auf, die zu einem Strang in Reihe schaltbar sind. Jedes

Akkumulatormodul 1 -1 bis 1 -n weist m > 1 Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m auf, welche in Reihe geschaltet sind. Des Weiteren weist jedes

Akkumulatormodul 1 -1 bis 1 -n eine H-Brücke auf, die zwei elektrisch

ansteuerbare Leistungshalbleiter 2-1 -1 bis 2-n-2 und zwei Freilaufdioden 3-1 -1 bis 3-n-2 aufweist. Die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-1 -1 bis 2-n- 2 sind auf Transistorbasis hergestellt. Ansteuerleitungen wie auch Messleitungen sind im Schaltbild in Figur 1 nicht gezeigt. Die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-1 -1 bis 2-n-2 sind in der gezeigten Weise jeweils mit m

Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m verschaltet. Der durch die Reihenschaltung der Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n gebildete Strang kann über den Lastwiderstand 103 und das Entladeschütz 102 kontrolliert entladen werden. Ein Verbrau- eher bzw. ein nicht näher dargestelltes Hochvolt-Fahrzeugnetz wird an den Punkten 12 und 13 über die Hauptschütze 10 und 1 1 an den Akkumulator 1 angeschlossen. An den Punkten 100 und 105 kann ein Ladegerät L angeschlossen werden, wobei der Pluspol des Ladegeräts L am Punkt 100 über den Ladeschütz 101 und der Minuspol des Ladegeräts L an Punkt 105 über den Ladeschütz 104 mit dem Akkumulator 1 verbindbar ist. Der jeweilig fließende elektrische Strom wird mittels des außerhalb der Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n angeordneten Stromsensors 200 erfasst, wobei jedes Akkumulatormodul 1 -1 bis 1 -n zusätzlich noch einen nicht dargestellten eigenen Stromsensor enthalten kann. Die Zellspannungen der einzelnen Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m werden in den einzelnen Akkumulatormodulen 1 -1 bis 1 -n durch nicht gezeigte Messchips erfasst.

Durch Schaltungen der elektronisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-1 -1 bis 2-n-2 wird der Strom in einem Akkumulatormodul 1 -1 bis 1 -n geregelt. Ist beispielsweise der elektronisch ansteuerbare Leistungshalbleiter 2-n-1 des

Akkumulatormoduls 1 -n gesperrt und der Leistungshalbleiter 2-n-2 leitend (By- pass-Modus), so fließt im Entladezustand des Akkumulators 1 (die übrigen

Akkumulatorzellen 1 -(n-1 ) werden entladen) der Strom an Punkt b in das

Akkumulatormodul 1 -n hinein, dann durch die Freilaufdiode 3-n-2 zum Punkt d und Wieder aus dem Akkumulatormodul 1 -n hinaus. Die Akkumulatorzellen 1 -n-1 bis 1 -n-m des Akkumulatormoduls 1 -n sind effektiv aus dem Strang herausgelöst, der durch eine Reihenschaltung der Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n gebildet wird. Wird der elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter 2-n-1 auf Stromdurch- lass geschaltet, befinden sich die Akkumulatorzellen 1 -n-1 bis 1 -n-m im Stromkreis und der Stromverlauf ist durch die Punkte b und a, dann durch die

Akkumulatorzellen 1 -n-1 bis 1 -n-m, durch Punkt e, durch den elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-n-1 , durch Punkt c und bei Punkt d aus dem

Akkumulatormodul 1 -n heraus zum nächsten Akkumulatormodul 1 -(n+1 ) oder zu einem Endpunkt. Dies ist somit der aktive Modus des Akkumulatormoduls 1 -n. Bei der Ladung des Akkumulatormoduls 1 -n mittels des Ladegerätes L sind die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-n-1 und 2-n-2 gesperrt und der Stromfluss ist durch Punkt d, durch die Freilaufdiode 3-n-1 , durch Punkt e, durch die Akkumulatorzellen 1 -n-1 bis 1 -n-m, durch Punkt a und durch Punkt b zum nächsten Akkumulatormodul 1 -(n-1 ).

Figur 2 zeigt das Schaltbild des Akkumulators 1 entsprechend Figur 1 , wobei sich der Akkumulator 1 in einem Entladetestzustand befindet. Der Stromfluss in dem

Entladetestzustand soll durch die gezeigten Pfeile verdeutlicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn sich der Akkumulator 1 in einem Ruhezustand befindet, in dem er nicht mit einem Verbraucherstromnetz verbunden ist. In diesem Ruhezustand kann der Akkumulator 1 an das Ladegerät L angeschlossen sein, beispielsweise wenn ein nächtliches

Aufladen eines entsprechend ausgestatteten Elektrofahrzeugs erfolgt. Zunächst wird ein einzelnes Akkumulatormodul 1 -1 des Akkumulators 1 ausgewählt, für dessen Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 -m der coulombsche Wirkungsgrad bestimmt werden soll. Die Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n des Akkumulators 1 werden so betrieben, dass sich beim Entladen der Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 - m der in Figur 2 durch die Pfeile wiedergegebene Stromverlauf ergibt, wobei sich

Akkumulatormodul 1 -1 im aktiven Modus befindet, während sich alle anderen Akkumulatormodule 1 -2 bis 1 -n im Bypass-Modus befinden. Das Entladeschütz 102 ist geschlossen, so dass die Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 -m über den Lastwiderstand 103 entladen werden können. Die Schütze 10, 1 1 , 101 und 104 sind geöffnet. Der elektrisch ansteuerbare Leistungshalbleiter 2-1 -2 ist gesperrt.

Im Akkumulatormodul 1 -1 wird mit Hilfe des im Linearbetrieb arbeitenden, elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiters 2-1 -1 der Strom in den

Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 -m sehr genau geregelt, was möglich ist, da der zur Bestimmung des coulombschen Wirkungsgrades erforderliche

Entladeteststrom sehr klein im Vergleich zum im Normalbetrieb fließenden Strom gewählt werden kann. Somit bleiben auch die Verluste im elektrisch

ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-1 -1 sehr gering.

Nachdem die Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 -m des Akkumulatormoduls 1 -1 so weit wie gewünscht entladen wurden, werden die Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -

1 -m über das an den Punkten 100 und 105 angeschlossene Ladegerät L wieder geladen, was in Figur 3 dargestellt. In diesem Ladetestzustand des Akkumulators 1 sind die Schütze 101 und 104 geschlossen und das Entladeschütz 102 geöffnet. Die Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n des Akkumulators 1 werden so betrie- ben, dass sich der in Figur 3 dargestellte Stromverlauf ergibt. Hierbei sind alle elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-1 -1 bis 2-n-1 gesperrt und die elektrisch ansteuerbaren Leistungshalbleiter 2-2-2 bis 2-n-2 auf Stromdurchlass geschaltet. Der durch die Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -1 -m des

Akkumulatormoduls 1 -1 fließende Ladeteststrom wird mittels einer nicht näher dargestellten Stromregelung des Ladegerätes L exakt geregelt, wobei der Ladeteststrom mit den im Akkumulatormodul 1 -1 eingebauten, nicht gezeigten Stromsensoren oder dem externen Stromsensor 200 gemessen wird.

Die Entladung bzw. Ladung des Akkumulatormoduls 1 -1 in den Figuren 2 und 3 ist lediglich exemplarisch zu sehen. Die beschriebene Stromregelung kann mit jedem der Akkumulatormodule 1 -1 bis 1 -n realisiert werden. Mit Hilfe der be- schriebenen genauen Stromregelung bzw. -messung kann die den

Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m zugeführte bzw. entnommene Ladung durch einfache Integration des elektrischen Stroms über der Zeit sehr genau bestimmt werden. Die von den Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m erzeugte elektrische Spannung lässt sich mit Hilfe der üblicherweise vorgesehenen Spannungsmessung ebenfalls genau ermitteln. Insgesamt sind die Voraussetzungen zur möglichst exakten Ermittlung des coulombschen Wirkungsgrades der

Akkumulatorzellen 1 -1 -1 bis 1 -n-m eines Akkumulatormoduls 1 -1 bis 1 -n erfüllt.