PISCOL, Ralf (Rainstr. 21, Herrenberg, 71083, DE)
RISCHEN, Joachim (Happenbacher Strasse 25/4, Untergruppenbach, 74199, DE)
SB LIMOTIVE GERMANY GMBH (Kruppstrasse 20, Stuttgart, 70469, DE)
BOEHM, Andre (Ludwigsburger Str. 24, Kornwestheim, 70806, DE)
PISCOL, Ralf (Rainstr. 21, Herrenberg, 71083, DE)
RISCHEN, Joachim (Happenbacher Strasse 25/4, Untergruppenbach, 74199, DE)
| Ansprüche 1 . Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle, bei dem ein Wert wenigstens einer auf die Batteriezelle einwirkenden physikalischen Größe und/oder eine Anzahl der Durchführungen wenigstens eines in der Batteriezelle stattfindenden Vorganges ermittelt wird und der Wert der physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen der Vorgänge als Grundlage zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Größe und/oder die in der Batteriezelle stattfindende Anzahl der Durchführungen von Vorgängen für mehrere Betriebszyklen ermittelt wird und die Häufigkeit (f) des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit (f) der Anzahl der Durchführungen von wenigstens einem bestimmten Vorgang gespeichert wird. 2. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach Anspruch 1 , wobei die physikalische Größe die Temperatur (T), der Ladezustand, der von der Batteriezelle abgegebene Strom (I) oder die in der Batteriezelle vorhandene Spannung ist. 3. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der in der Batteriezelle stattfindende Vorgang ein Ladeimpuls, ein Entladeimpuls oder ein kontrolliertes Entladen der Zelle zur Realisierung des Ausgleichs der Ladezustände mehrerer Zellen ist. 4. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wert der physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen der Vorgänge je Betriebszyklus in wenigstens einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird und die Häufigkeit (f) des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit (f) der Anzahl der Durchführungen eines bestimmten Vorganges aus dem Speicher ausgelesen wird. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach Anspruch 4, bei dem die Häufigkeit (f) des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit (f) der Anzahl der Durchführungen eines bestimmten Vorganges visuell wahrnehmbar in wenigstens einem Diagramm dargestellt wird. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach wenigstens einem der beiden Ansprüche 4 und 5, bei dem der Wert einer ersten physikalischen Größe oder die in der Batteriezelle stattfindende Anzahl der Durchführungen eines ersten Vorganges in Abhängigkeit zum Wert einer zweiten physikalischen Größe oder einer in der Batteriezelle stattfindenden Anzahl der Durchführungen eines zweiten Vorganges gespeichert wird. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach Anspruch 6, bei dem die Häufigkeit (f) des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe in Abhängigkeit voneinander und/oder die Häufigkeit (f) der Anzahl der Durchführungen eines bestimmten Vorganges in Abhängigkeit voneinander visuell wahrnehmbar in wenigstens einem dreidimensionalen Histogramm dargestellt wird. Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem über mehrere Betriebszyklen ermittelten Wertebereich der physikalischen Größe und/oder der in der Batteriezelle stattfindenden Anzahl von Durchführungen von Vorgängen Stützstellen definiert werden, die jeweils die Grenzen von Intervallen darstellen, deren Häufigkeit des Auftretens ermittelt wird. Batterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydrid- Batterie, die mehrere Batteriezellen sowie wenigstens ein Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet ist, das Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 zu realisieren. 10. Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine Batterie gemäß Anspruch 9 umfasst, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist. |
Titel
Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle, Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der
voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle, bei dem ein Wert wenigstens einer auf die Batteriezelle einwirkenden physikalischen Größe und/oder eine Anzahl der Durchführungen wenigstens eines in der Batteriezelle stattfindenden Vorgangs ermittelt wird und der Wert der physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen der Vorgänge als Grundlage zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer verwendet wird.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, die mehrere Batteriezellen und wenigstens ein Batteriemanagementsystem aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer der Batteriezelle durchzuführen.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie.
Stand der Technik
Eine Batterie, die eine oder mehrere galvanische Batteriezellen umfasst, dient als elektrochemischer Energiespeicher und Energiewandler. Bei der Entladung der Batterie bzw. der jeweiligen Batteriezelle wird in der Batterie gespeicherte chemische Energie durch Interkalation in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie kann somit je nach Bedarf von einem Nutzer angefordert werden.
Insbesondere in Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden in so genannten Batteriepacks Lithium-Ionen-Batterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien eingesetzt, die aus einer großen Anzahl in Serie geschalteter elektrochemischer Zellen bestehen. Üblicherweise dient ein Batteriemanagementsystem inklusive einer Batteriezustandserkennung zur Sicherheitsüberwachung und zur
Gewährleistung einer möglichst hohen Lebensdauer.
Zur Überwachung der Funktionssicherheit und Feststellung des
Alterungszustandes von Batteriezellen, insbesondere von Zellen von Lithium- Ionen-Batterien, sind unterschiedliche Ansätze bekannt. Üblicherweise wird die von Batteriezellen oder einer gesamten Batterie zur Verfügung gestellte
Spannung und Stromstärke erfasst, gegebenenfalls unter Einbeziehung von weiteren Faktoren als Leistungsparameter. Das heißt, dass physikalische Parameter der Batteriezellen gemessen, errechnet oder geschätzt werden und daraus Rückschlüsse auf den Alterungszustand und demzufolge auf die Funktionssicherheit gezogen werden. Für gewöhnlich werden dabei die je Betriebszyklus ermittelbaren Werte verwendet.
Aus der DE 103 28 721 A1 ist ein Verfahren zur Vorhersage einer
Restlebensdauer eines elektrischen Energiespeichers, wie zum Beispiel einer Batterie oder Batteriezelle, bekannt.
Dabei werden von der jeweiligem Batterie oder Batteriezelle generierte physikalische Größen in Abhängigkeit von äußeren, weiteren Einflüssen wie zum Beispiel der Temperatur ermittelt. Die Ermittlung erfolgt hierbei mittels
Berechnung. Die Anzahl bestimmter stattgefundener Vorgänge und/oder bestimmte Werte einiger physikalischer Größen gehen jedoch nicht in die Berechnung ein.
Offenbarung der Erfindung
Es wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle zur Verfügung gestellt, bei dem Wert wenigstens einer auf die Batteriezelle einwirkenden physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen wenigstens eines in der Batteriezelle stattfindenden Vorganges ermittelt wird und der Wert der physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen von Vorgängen als Grundlage zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer verwendet wird, wobei die physikalische Größe und/oder die in der Batteriezelle stattfindende Anzahl der Durchführungen von Vorgängen für mehrere Betriebszyklen ermittelt wird und die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Anzahl der Durchführungen wenigstens eines bestimmten Vorganges gespeichert wird.
Die dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogenen Batteriezellen sind vorzugsweise Bestandteil einer Vielzahl von Batteriezellen, wie sie zum Beispiel in einer einzelnen Batterie angeordnet sind.
In besonderer Ausgestaltung ist je Batterie nur eine Batteriezelle vorhanden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für die Ermittlung der
voraussichtlichen Lebensdauer der gesamten Batterie angewendet werden kann.
Daneben lässt sich das Verfahren auch derart durchführen, dass ein Wert wenigstens einer auf die gesamte Batterie einwirkenden physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen wenigstens eines in der gesamten Batterie stattfindenden Vorganges ermittelt wird und die Häufigkeit des
Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Anzahl der Durchführungen wenigstens eines bestimmten Vorganges gespeichert wird, und zwar auch in dem Fall, wenn die Batterie mehrere Batteriezellen aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden jedoch anhand seiner Anwendung für eine einzelne Batteriezelle erläutert.
Durch die Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer der einzelnen
Batteriezellen lassen sich Rückschlüsse auf die Lebensdauer der gesamten Batterie ziehen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Bestimmung des Alterungszustandes dienen. Die physikalische Größe wird vorzugsweise gemessen und die Ermittlung der Anzahl der Durchführungen wenigstens eines in der Batteriezelle stattfindenden Vorganges erfolgt vorzugsweise mittels Zählung. Der Beginn des Betriebszyklus ist durch den Beginn der Aktivierung der Batteriezelle und die Beendigung des Betriebszyklus ist durch die
Beendigung der Aktivierung der Batteriezelle definiert.
Die Phase der Aktivierung kann dabei lediglich einen Fahrzyklus umfassen, oder einen Fahrzyklus mit sich daran anschließendem Ladevorgang. Alternativ kann die Phase der Aktivierung auch einen Ladevorgang unabhängig von einem Fahrzyklus umfassen.
Außerdem kann die Phase der Aktivierung auch ein sich an den Fahrzyklus anschließendes kontrolliertes Entladen der Zelle zur Realisierung des
Ausgleichs der Ladezustände mehrerer Zellen, das so genannte Zell-Balancing, im Nachlaufen nach dem Fahrzyklus oder auch während des Fahrzyklus umfassen.
Der Beginn des Betriebszyklus kann somit zum Beispiel das Starten eines mit den Batteriezellen angetriebenen Kraftfahrzeuges sein. Die Beendigung des Betriebszyklus kann dem Ausschalten dieses Kraftfahrzeuges entsprechen. Im
Fall, dass ein Ladungsprozess der Batteriezelle zeitlich unmittelbar mit dem Betrieb des Kraftfahrzeuges verbunden ist, umfasst der Betriebszyklus auch die Zeit der Ladung. So kann zum Beispiel die Beendigung des Betriebszyklus bei einem an die Fahrt des Kraftfahrzeuges anschließenden Ladevorgang erst nach Beendigung des Ladevorganges erfolgen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt Werte oder Zustände der
Batteriezelle über mehrere Betriebszyklen hinaus. Dadurch lassen sich
Zelldefekte frühzeitig erkennen und somit verhindern. Außerdem sind genaue Erkenntnisse hinsichtlich der voraussichtlichen Lebensdauer bzw. des
Alterungsprozesses der Batteriezelle möglich, woraus sich geeignete
Betriebsweisen für die Batteriezelle bzw. für eine gesamte Batterie ableiten lassen. Bei so genannten Feldrückläufern, das heißt Batterien, die nach einer theoretischen Lebensdauer von z. B. einer Fahrleistung von über 100.000 km in einem Kraftfahrzeug einer Untersuchung unterzogen werden, kann analysiert werden, wie die Zellen über die Summe ihrer Betriebszeiten belastet wurden und dadurch ihre Eigenschaften verändert haben. Daraus lassen sich wertvolle Erkenntnisse für weitere Optimierungen der Zellen und/oder des
Batteriemanagementsystems gewinnen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann an Lithium-Ionen-Batterien als auch an Nickel-Metallhydrid-Batterien
angewendet werden. Vorzugsweise findet es Verwendung an mehreren und insbesondere an allen Zellen einer oder mehrerer Batterien, die im Wesentlichen gleichzeitig betrieben werden.
Die physikalische Größe, deren Werte hinsichtlich ihrer Häufigkeit
erfindungsgemäß ermittelt werden, können z. B. die Temperatur, der
Ladungszustand, der von der Batteriezelle abgegebene Strom oder die in der Batteriezelle vorhandene Spannung sein. Aus dem Ladungszustand abgeleitet kann auch die Differenz zwischen einem minimalen und maximalen
Ladungszustand und/oder die relative Zellenleistung, nämlich die aktuell abgerufene Leistung im Verhältnis zur aktuell maximal verfügbaren Leistung, ermittelt werden. Der hinsichtlich seiner Häufigkeit ermittelte, in der Batteriezelle stattfindende
Vorgang kann ein Ladeimpuls, ein Entladeimpuls oder ein kontrolliertes Entladen der Zelle zur Realisierung des Ausgleichs der Ladezustände mehrerer Zellen sein. Das kontrollierte Entladen der Zelle zur Realisierung des Ausgleichs der
Ladezustände mehrerer Zellen, welches auch Zell-Balancing genannt wird, ist vorzugsweise für Lithium-Ionen-Batteriezellen zu realisieren. Dieses Zell- Balancing dient dazu, gravierende Unterschiede hinsichtlich der Ladezustände einzelner Zellen zu vermeiden. Es hat sich herausgestellt, dass es zur
Erreichung einer langen Lebensdauer vorteilhafter ist, die Differenz des
Ladezustandes einzelner Zellen einer Batterie gering zu halten, als in einigen Zellen höhere Ladezustände gegenüber geringeren Ladezuständen anderer Zellen aufrechtzuerhalten. Zu diesem Zweck werden die Zellen kontrolliert bis zu dem Ladezustand entladen, der dem Ladezustand der am wenigsten geladenen Zelle entspricht. Die Häufigkeit der kontrollierten Entladung einer Zelle ist somit ein Kriterium für ihren Alterungszustand. Diejenigen Zellen, die am seltensten dem kontrollierten Entladevorgang unterzogen werden, sind somit diejenigen, die im Vergleich zu anderen Batteriezellen die geringsten Ladezustände aufweisen. Zur Erhöhung der Leistung und Lebensdauer der gesamten Batterie sind somit derartige Zellen als erste auszutauschen.
Vorteilhafterweise wird der Wert der physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen der Vorgänge je Betriebszyklus in wenigstens einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Vorgängen aus dem Speicher ausgelesen. Ein solcher nicht-flüchtiger Speicher ist z. B. ein so genannter EEPROM (ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher). Der Vorteil dieser
Verfahrensausgestaltung liegt in der einfachen Speicherung über mehre Betriebszyklen hinweg und die Möglichkeit, die gespeicherten Werte hinsichtlich ihrer Häufigkeit auszuwerten.
Die Anzahl des Auftretens wenigstens eines bestimmten Wertes einer physikalischen Größe und/oder die Anzahl der Durchführungen von Vorgängen wird über mehrere Betriebszyklen hinweg ermittelt.
Die je Betriebszyklus ermittelte Anzahl von Werten bzw. Durchführungen wird mit zu den vorher ermittelten Anzahlen addiert und gespeichert.
Das heißt, dass mit jedem Betriebszyklus die entsprechende Anzahl ermittelt wird und zu den zu den vorherigen Betriebszyklen ermittelten Anzahlen hinzugerechnet wird und das Ergebnis gespeichert wird.
Es lässt sich somit auswerten, wie oft über die Betriebszyklen hinweg zum Beispiel eine bestimmte Ladung vorhanden war und/oder eine bestimmte Temperatur vorhanden war und/oder ein Entladeimpuls erfolgte und/oder ein kontrolliertes Entladen der Zelle erfolgte.
Zur Auswertung der Verfahrensergebnisse wird die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Vorgängen visuell wahrnehmbar in wenigstens einem Diagramm dargestellt. In einem solchen Diagramm sind auf der Abszisse Werte der physikalischen Größe oder die Anzahl der Vorgänge einzutragen und auf der Ordinate die Häufigkeit des Auftretens des jeweiligen Wertes der physikalischen Größe oder die Häufigkeit der Durchführung der Anzahl von Vorgängen. Für eine Person ist aus dem Diagramm ablesbar, welcher Wert einer physikalischen Größe oder welche Anzahl von Vorgängen besonders häufig auftrat, woraus Rückschlüsse gezogen werden können auf den Alterungszustand der Batteriezelle bzw. auf die anzustrebende
Betriebsweise. In vorteilhafter Weise ist das Verfahren derart ausgestaltet, dass der Wert einer ersten physikalischen Größe oder die in der Batteriezelle stattfindende Anzahl der Durchführungen eines ersten Vorganges in Abhängigkeit zum Wert einer zweiten physikalischen Größe oder einer in der Batteriezelle stattfindenden Anzahl der Durchführungen eines zweiten Vorganges gespeichert wird. Auch hier ist vorgesehen, dass die physikalische Größe und/oder die Anzahl der
Vorgänge je Betriebszyklus in Abhängigkeit voneinander in wenigstens einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden und die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Vorgängen, die mittels Addition über mehrere Betriebszyklen hinweg ermittelt wurde, aus dem Speicher ausgelesen wird. Der Vorteil dieser Verfahrensausgestaltung liegt in der Erfassung der Größen in Abhängigkeit voneinander, so dass ein geringerer Speicherbedarf erforderlich ist und demzufolge der Einsatz der nicht-flüchtigen Speicher leichter realisierbar ist.
Bei der letztgenannten Verfahrensausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größen in Abhängigkeit voneinander und/oder die Häufigkeit der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Vorgängen in Abhängigkeit voneinander visuell wahrnehmbar in wenigstens einem dreidimensionalen Histogramm dargestellt wird. In einem solchen dreidimensionalem Histogramm können auf der ersten Abszisse die Werte der ersten physikalischen Größe oder die Anzahl von ersten Vorgängen angetragen sein und auf der zweiten Abszisse die Werte der zweiten physikalischen Größe oder die Anzahl von zweiten Vorgängen angetragen sein. An der Ordinate kann die Häufigkeit des Auftretens des jeweiligen Wertes der physikalischen Größe oder der Anzahl der Durchführungen der Vorgänge in Abhängigkeit voneinander angetragen sein. Die Erfindung ist dabei nicht eingeschränkt auf die Erfassung von zwei physikalischen Größen in
Abhängigkeit voneinander oder von zwei unterschiedlichen Vorgängen in Abhängigkeit voneinander, sondern es können auch eine physikalische Größe und ein Vorgang in Abhängigkeit zueinander hinsichtlich ihrer Häufigkeit ausgewertet werden. Derartige Histogramme werden abgespeichert und nach einem Reset des Batteriemanagementsystems wieder ausgelesen und zur weiteren Berechnung, auch zur weiteren Addition weiterer Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder Häufigkeiten der Durchführung einer bestimmten Anzahl von Vorgängen, verwendet. Aus dem Histogramm können mittels geeigneter Algorithmen der Alterungszustand sowie die Lebensdauer errechnet werden. Ein maßgeblicher Wert für die Berechnung kann die Häufigkeit des Auftretens einer bestimmten physikalischen Größe oder einer bestimmten Anzahl von Vorgängen sein.
Eine Person kann aus dem Histogramm erkennen, welche physikalischen Parameter und/oder welche Vorgänge am meisten Einfluss auf die Lebensdauer der Batteriezelle haben und/oder welche Einrichtungen des
Batteriemanagementsystems gegebenenfalls nachgeregelt werden müssen, um z. B. die Temperatur einiger Zellen zu variieren. Die aus dem Histogramm ableitbaren Werte können jedoch auch sofort im Batteriemanagementsystem als Steuer- und/oder Regelungssignale für den Betrieb der Batteriezelle bzw. einer gesamten Batterie verwendet werden, um vorzeitigen Alterungs- oder
Verschleißerscheinungen vorzubeugen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in einem bestimmten Wertebereich, in dem sich erfahrungsgemäß die über mehrere Betriebszyklen ermittelten Werte der physikalischen Größe und/oder die in der Batteriezelle stattfindende Anzahl von Vorgängen befinden,
Stützstellen definiert, die jeweils die Grenzen von Intervallen darstellen, deren Häufigkeit des Auftretens ermittelt wird. So kann zum Beispiel ein Temperatur- Wertebereich zwischen -40 °C und 80 °C definiert sein.
Die Stützstellen sind vorzugsweise parametrierbar, das heißt, dass sie derart definiert werden, dass hinsichtlich der Aussage zu bestimmten physikalischen Größen oder bestimmten Anzahlen von Vorgängen geeignete Intervalle gebildet werden. Es können z. B. in den Bereichen, in denen generell eine größere Häufigkeit zu verzeichnen ist, die Intervalle kürzer gestaltet werden, um somit differenziertere Aussagen hinsichtlich der Lebensdauer beim Betrieb der Batteriezelle mit den Werten der physikalischen Größe in diesem Intervall bzw. den Werten der Anzahl der Vorgänge in diesem Intervall zu ermöglichen. Das heißt, dass die Abstände benachbarter Stützstellen zueinander unterschiedlich groß sein können.
Alternativ können die Stützstellen auch in regelmäßigen Intervallen, wie zum Beispiel in Abständen von 20 °C definiert sein.
Es wird vorzugsweise in regelmäßigen Zeitabständen ermittelt, in welchem Intervall eine bestimmte physikalische Größe oder die Anzahl von Vorgängen vorliegt. Für dieses Intervall wird die Häufigkeit über mehrere Betriebszyklen ermittelt. Geeignete Zeitabstände sind dabei z. B. zwischen 0,5 und 2 Sekunden. Vorzugsweise wird jede Sekunde ermittelt, in welchem Intervall sich der Wert einer bestimmten physikalischen Größe oder die Anzahl von bestimmten
Vorgängen befindet.
Bei Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Realisierung der genannten Diagramme kann z. B. visuell wahrnehmbar dargestellt werden, mit welcher Häufigkeit die Batteriezelle eine Ladeleistung von 50 bis 60 % der maximalen Ladeleistung aufweist. In diesem Fall sind Stützstellen bei 50 und 60 Prozent vorgesehen.
Bei Durchführung des Verfahrens zum Erhalt von Histogrammen kann z. B. die Häufigkeit von Stromstärken in einem bestimmten Stromstärke-Intervall in Abhängigkeit von Temperaturen in einem bestimmten Temperatur-Intervall der Batteriezelle festgestellt werden. So kann z. B. ermittelt werden, mit welcher Häufigkeit ein Strom von z. B. 75 bis 85 % des maximal erzeugbaren Stroms erzeugt wurde, wenn die Batteriezelle in einem Temperatur-Intervall von 40 bis 50 °C betrieben wurde.
Durch Auswertung der Häufigkeiten lassen sich Rückschlüsse ziehen auf den Alterungszustand der Batteriezelle, z. B. wenn sie bei geringeren Temperaturen nur noch selten in der Lage ist, einen bestimmten Prozentsatz einer theoretisch erreichbaren maximalen Stromstärke zu generieren. Außerdem ermöglicht die Auswertung der Häufigkeit festzustellen, wie häufig bestimmte äußere
Parameter auf die Batteriezelle wirken, so dass das Batteriemanagementsystem entsprechend angepasst werden kann. Dies betrifft z. B.
Anpassungsmaßnahmen hinsichtlich der Batteriezellentemperatur und Anzahl der Lade- und Entladeimpulse.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine
Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, zur Verfügung gestellt, die mehrere Batteriezellen sowie wenigstens ein
Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren. Die
Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden.
Die Erfindung wird ergänzt durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Batterie umfasst, wobei die Batterie mit einem
Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Die Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle kann computergestützt ablaufen, unter Zuhilfenahme eines
Computerprogramms, das es einer Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht, nachdem es im Speichermittel der Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der
voraussichtlichen Lebensdauer wenigstens einer Batteriezelle durchzuführen. Ergänzend wird dazu ein computerlesbares Speichermedium zur Verfügung gestellt, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einer
Datenverarbeitungseinrichtung ermöglicht, nachdem es im Speichermittel der
Datenverarbeitungseinrichtung geladen worden ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Eine weitere Ergänzung ist ein Verfahren, bei dem das Computerprogramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aus einem elektronischen Datennetz, wie beispielsweise aus dem Internet, auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung
heruntergeladen wird. Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figurl ein durch das erfindungsgemäße Verfahren erstelltes Diagramm, und
Figur 2 ein durch das erfindungsgemäße Verfahren erstelltes dreidimensionales Histogramm.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist als ein Ergebnis einer Alternative des erfindungsgemäßen
Verfahrens ein Diagramm dargestellt, welches beispielhaft die Häufigkeit f des Auftretens einer aktuellen Ladeleistung P darstellt. Die aktuelle Ladeleistung P ist an der Abszisse angetragen und die Häufigkeit f an der Ordinate. Es ist ersichtlich, dass der Wertebereich der aktuellen Ladeleistung P in Intervalle eingeteilt wurde, die von 1 bis 12 nummeriert sind. Jedem dieser Intervalle 1 bis 12 ist ein Wertebereich der aktuellen Ladeleistung P zugeordnet. Die Größe der Wertebereiche kann dabei variieren. Aus Figur 1 ist ersichtlich, dass z. B. die aktuelle Ladeleistung P des Intervalls 5 am häufigsten auftrat. Es ist somit einer Person visuell vermittelbar, dass über mehrere Betriebszyklen hinweg die betreffende Batteriezelle am häufigsten eine Ladeleistung P aufwies, die durch das Intervall 5 definiert ist. Das heißt, es traten wesentlich häufiger
Ladeleistungen P gemäß dem Intervall 5 auf als eine maximale Ladeleistung P gemäß dem Intervall 12. Ein Rückschluss aus dieser Erkenntnis könnte sein, dass die Ladeleistung P oftmals unter der maximal möglichen Ladeleistung liegt, so dass Wartungsmaßnahmen oder gegebenenfalls, ein Austausch der
Batteriezelle oder Batterie zwecks Gewährleistung der Funktionssicherheit eines elektromotorischen Antriebs eines Kraftfahrzeuges durchzuführen sind. Derselbe Vorgang lässt sich auch an einer Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen durchführen, wobei die Ladeleistung der gesamten Batterie ausgewertet wird. Das in Figur 2 dargestellte dreidimensionale Histogramm, welches gemäß einer weiteren Verfahrensalternative erfindungsgemäß erzeugbar ist, zeigt die Häufigkeit f des Auftretens von Stromstärken I in einem bestimmten Intervall in Abhängigkeit von Temperaturen T in einem bestimmten Temperatur-Intervall der betreffenden Batteriezelle. Auf der ersten Abszisse ist die Stromstärke I in den Intervallen 1 bis 12 angetragen. Auf der zweiten Abszisse ist die Temperatur T in den Intervallen 1 bis 8 angetragen. An der Ordinate ist die Häufigkeit f angetragen. Aus dem dreidimensionalen Histogramm ist ersichtlicht, dass mit weitaus größter Häufigkeit Stromstärken I gemäß dem Stromstärken-Intervall 3 bei Temperaturen erzeugt wurden, die dem Temperatur-Intervall 6 entsprechen. Mit zweitgrößter Häufigkeit wurden Stromstärken generiert, die sich im
Stromstärken-Intervall 10 befinden, und zwar ebenfalls im Temperatur-Intervall 6. Eine wichtige Information aus diesem dreidimensionalen Histogramm ist außerdem, dass sämtliche Stromstärken I lediglich im Temperatur-Intervall 6 erzeugt wurden. Insofern feststellbar ist, dass die betreffende Batteriezelle auch in vom Temperatur-Intervall 6 abweichenden Temperaturbereichen betrieben wurde, kann der Rückschluss gezogen werden, dass in diesen abweichenden Temperatur-Intervallen mittels der Batteriezellen kein Strom erzeugt wurde. Auch dies ist eine Information, die zur Berechnung und/oder Schätzung des Alterungszustandes bzw. der Lebensdauer der betreffenden Batteriezelle nutzbar ist. Außerdem ergibt sich daraus die Erkenntnis, dass die Batteriezelle vorzugsweise lediglich im Temperatur-Intervall 6 zu betreiben ist.
Die Erfindung ist nicht darauf eingeschränkt, dass in dem dreidimensionalem Histogramm lediglich physikalische Größen wie z. B. die Stromstärke I und die Temperatur T in Abhängigkeit voneinander dargestellt werden, sondern es kann abweichend davon auch das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt werden, dass in dem Histogramm die Anzahl von Durchführungen von
Vorgängen in Abhängigkeit voneinander dargestellt werden oder eine physikalische Größe in Abhängigkeit von der Anzahl von Durchführungen von Vorgängen oder umgekehrt dargestellt wird. Es können z. B. die physikalische Größe und Temperatur, der Batteriezustand, gekennzeichnet durch seine Ladung in Prozent, die Differenz des minimalen und maximalen Zellen-Batteriezustandes, die relative Batterieleistung, die der aktuell abgerufenen Leistung im Verhältnis zur aktuell maximal verfügbaren Leistung entspricht, sowie die Anzahl von Durchführungen von Lade- und Entladepulsen miteinander im dreidimensionalen Histogramm kombiniert werden. Vorteilhafte Kombinationen der physikalischen Größen an den beiden Abszissen des dreidimensionalen Histogramms sind die minimale Zellspannung und die Temperatur, die maximale Zellspannung und die Temperatur, die Stromstärke und die Temperatur sowie die aktuell abgerufene Leistung und die Temperatur.
Next Patent: ROTATION-TRANSMITTING DEVICE