Lebensdauersteuerung für Energiespeicher Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls, wobei zu unterschied ^¬ lichen Zeitpunkten ein Alterungszustand des Energiespeichermoduls bekannt ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfah ^¬ ren zur Steuerung der Lebensdauer einer Vielzahl von Energie- speichermodulen. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuerung für ein Energiespeichermodul sowie ein Energiespeichermodul und ein Energiespeichersystem mit einer solchen Steuerung. Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul .

Ein Energiespeicher kann aus einem oder mehreren Energiespeichermodulen aufgebaut sein. Dabei umfasst das Energiespei ^¬ chermodul oftmals Sensoren zur Bestimmung der Temperatur des Energiespeichermoduls. Darüber hinaus ist dem Energiespei- chermodul oftmals eine Regel- oder Steuereinheit zugeordnet, mit der das Verhalten und der Betrieb des Energiespeichermo ^¬ duls beeinflusst werden kann.

Als Energiespeicher oder Energiespeichermodul kommen heute, insbesondere in einem Antriebssystem für Fahrzeuge, vorzugs ^¬ weise Doppelschichtkondensatoren (sog. SuperCaps oder Ultra- Caps) oder Batterien zum Einsatz.

Es ist bekannt, dass Betriebsbedingungen und externe Einflüs- se eines Energiespeichers oder eines Energiespeichermoduls die Grenzen des Energiespeichers und die Kühlung bestimmen. Dabei werden beispielsweise bei Übertemperatur die Stromgrenzen reduziert, in Abhängigkeit des Ladezustands (SoC, State of Charge) die Nachladung eingeschränkt oder in einem Hybrid- System bei niedrigem SoC eine weitere Leistungs- oder Ener ^¬ giequelle dazu geschaltet. Darüber hinaus kann die Kühlung verstärkt werden. Aus der DE 10 2013 213 253 AI ist bekannt, dass sich durch die Änderung der Betriebsparameter die Wirkungsgrade von Energiespeichersystemen beeinflussen lassen. Temperatur und Spannung haben teilweise einen großen Einfluss auf die Lebensdauer von elektrischen Energiespeichern (Doppelschichtkondensatoren, Ultracaps und Batterien) . Der Strom hat wiederum über die Erwärmung einen Einfluss auf die Tempe ^¬ ratur .

Will man aufgrund von Leasingverträgen oder Garantieleistungen eine definierte Lebensdauer des Energiespeichersystems garantieren, wird heute eine konservative Auslegung durchge ^¬ führt, die Sicherheiten bezüglich der Lebensdauer beinhaltet, und mit Toleranz versehen. Dieser Toleranzpuffer ist mit zusätzlichem Aufwand und damit Kosten oder Verlusten verbunden, wie beispielsweise einer Überdimensionierung, einer Einschränkung der Betriebsparameter (z.B. der Maximalspannung) oder einer hohen installierten Kühlleistung.

Der Alterungszustand, auch als Lebensalter eines Energiespei ^¬ chersystems bezeichnet, wird oft aus der Kapazität oder ande ^¬ ren Parametern, wie beispielsweise Innenwiderstand abgelei ^¬ tet. Dazu sind Algorithmen bekannt, um den Alterungszustand des Energiespeichermoduls zu bestimmen. Der Alterungszustand wird dabei oftmals in SoH (State of Health) ausgedrückt. Da ^¬ bei gilt 100% als neuwertig. Üblicherweise wird bei ca. 80% der kritische Alterungszustand erreicht, bei der man aus Sicherheitsgründen oder zur Sicherstellung eines einwandfrei- en Betriebs den Energiespeicher außer Betrieb nehmen sollte. Andere Definitionen definieren den kritischen Alterungszustand bei 0%. Unabhängig von der Definition des Alterungszu ^¬ stands (SoH) ist beim kritischen Alterungszustand noch immer die Fähigkeit vorhanden, Energie zu speichern oder abzugeben.

Oft wird die garantierte Lebensdauer eines Energiespeichersystems für die Anlage (z.B. Fahrzeug) ausgelegt, in der der Energiespeicher Energie puffern soll. Dabei ist oftmals die Lebensdauer der Anlage gleich oder doppelt so hoch wie die kalkulierte Lebensdauer des Energiespeichersystems.

Aus der EP 2 481 123 Bl ist ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung mindestens eines den Alterungszustand eines elektri ^¬ schen Energiespeichers beeinflussenden Betriebsparameters des elektrischen Energiespeichers mit den Schritten Ermitteln des tatsächlichen Alterungszustands des elektrischen Energiespei ^¬ chers, Vergleichen des tatsächlichen Alterungszustands mit einem für das momentane Alter des Energiespeichers vorgegebe ^¬ nen Soll-Alterungszustand und Einschränken eines für den min ^¬ destens einen Betriebsparameter zugelassenen Betriebsparameterbereichs, wenn der tatsächliche Alterungszustand schlech ^¬ ter als der Soll-Alterungszustand ist, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung oder Regelung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls zu ver ^¬ bessern . Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls gelöst, wobei zu unter ^¬ schiedlichen Zeitpunkten ein Alterungszustand des Energie ^¬ speichermoduls bekannt ist, wobei ein erster Alterungszustand bekannt ist, in dem sich das Energiespeichermodul zu einem ersten Zeitpunkt befindet, und ein zweiter Alterungszustand bekannt ist, in dem sich das Energiespeichermodul zu einem zweiten Zeitpunkt befindet, wobei aus dem ersten und dem zweiten Alterungszustand und dem ersten und dem zweiten Zeit ^¬ punkt eine Alterungsgeschwindigkeit ermittelt wird, wobei aus der Alterungsgeschwindigkeit und einem der Alterungszustände ein Zeitpunkt eines ermittelten Lebensdauerendes berechnet wird, wobei in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des ermittelten Lebensdauerendes eine Maßnahme zur Veränderung der Lebensdau ^¬ er des Energiespeichermoduls angewendet wird. Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer einer Vielzahl von Energiespeichermodulen gelöst, wobei mindestens ein erstes Energiespeichermodul der Vielzahl von Energiespeichermodulen mit einem ersten Zeitpunkt des ermit- telten Lebensdauerendes mittels eines zuvor genannten Verfah ^¬ rens derart geregelt werden, dass der erste Zeitpunkt des er ^¬ mittelten Lebensdauerendes sich einem vorgebbaren Zeitpunkt annähert. Ferner wird die Aufgabe durch eine Steuerung für ein Energiespeichermodul mit Mitteln zur Durchführung eines solchen Verfahrens, sowie durch ein Programm zur Durchführung eines solchen Verfahrens bei Ablauf in einer solchen Steue ^¬ rung und durch ein Computerprogrammprodukt gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch ein Energiespeichermodul mit einer solchen Steuerung, einem Energiespeichersystem mit einer

Vielzahl von Energiespeichermodulen sowie durch ein Fahrzeug mit einem solchen Energiespeichermodul gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhän- gigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass aus den Al- terungszuständen (SoH) zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein voraussichtliches Lebensdauerende des Energiespeichermoduls berechnet werden kann. Für die Berechnung muss der Alterungs ^¬ zustand (SoH) an mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten bekannt sein. Bildet man die Differenz der beiden Alte- rungszustände (des ersten und des zweiten Alterungszustands) und teilt diese durch die Differenz der beiden Zeitpunkte, so erhält man aus diesen beiden Alterungszuständen eine Alterungsgeschwindigkeit. Aus einem Alterungszustand und dem da ^¬ zugehörigen Zeitpunkt kann mit Hilfe der berechneten Alterungsgeschwindigkeit das Ende der Lebensdauer bestimmt wer ^¬ den. Dabei kann sowohl einer der Alterungszustände, d.h. der erste oder der zweite Alterungszustand, herangezogen werden, der bereits für die Berechnung der Alterungsgeschwindigkeit verwendet wurde, oder jeder beliebige bekannte Alterungszu ^¬ stand mit dem dazugehörigen Zeitpunkt. Mit Hilfe des Alte ^¬ rungszustands zu einem bestimmten Zeitpunkt kann berechnet werden, wann ein definierter Alterungszustand, der das Ende des Energiespeichermoduls definiert, erreicht wird. Dies ge ^¬ schieht auf einfache Weise dadurch, dass man bei der Berech- nung davon ausgeht, dass sich die Alterung mit der errechne ^¬ ten Alterungsgeschwindigkeit weiter fortsetzt.

Anhand dieses Zeitpunkts für das Erreichen des Lebensdaueren ^¬ des kann entschieden werden, ob Maßnahmen zur Veränderung der Lebensdauer durch eine Regelung oder Steuerung vorgenommen werden .

Dem zuvor beschriebenen Verfahren handelt es sich um eine Linearisierung durch zwei Punkte. Anschaulich wird bei der Bestimmung der Alterungsgeschwindigkeit eine Gerade durch diese zwei Punkte gelegt und ein Schnittpunkt berechnet, wann diese Gerade einen definierten Alterungszustand erreicht, d.h. einen Wert parallel zur Zeitachse schneidet, bei dem das Energiespeichermodul ausgetauscht werden muss. Dieser

Schnittpunkt stellt den berechneten Zeitpunkt des Lebensdau ^¬ erendes dar.

Alternative sind aus der Mathematik eine Vielzahl von Verfahren, insbesondere statistische Verfahren, bekannt, aus einer Menge von Punkten oder Messpunkten in einem zweidimensionalen Raum eine Gerade oder Ausgleichsgerade zu ermitteln bzw. zu interpolieren. All diese Verfahren eignen sich zur Bestimmung der Alterungsgeschwindigkeit eines Energiespeichermoduls.

Ein Vorteil des Verfahrens zur Lebensdauersteuerung ist da ^¬ durch gegeben, dass eine unvorhergesehene Alterung kurz vor dem geplanten Austausch des Energiespeichermoduls, d.h. kurz vor seinem Lebensdauerende vermieden werden kann. Der vorausschauende Charakter des Verfahrens zur Lebensdauersteuerung erlaubt die Steuerung, insbesondere die Verlängerung der Le ^¬ bensdauer des Energiespeichermoduls, und ermöglicht darüber hinaus einen Betrieb des Energiespeichermoduls, der einen Ausfall kurz vor dem geplanten Lebensdauerende verhindert oder zumindest unwahrscheinlich macht.

Bei vielen Energiespeichern ist ein Recovery-Effekt des SoH- Wertes zu beobachten. Dieser wird durch das hier verwendete Verfahrene ausgeblendet, wenn der Betrachtungszeitraum und damit die in dem Betrachtungszeitraum liegenden Alterungszu- stände für die Bestimmung der Alterungsgeschwindigkeit geeig ^¬ net gewählt werden. Dabei hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Berechnung der Alterungsgeschwindigkeit erst dann durch ^¬ zuführen, wenn eine initiale Anfangsphase des Energiespei ^¬ cherbetriebs abgelaufen ist, in der der Recovery-Effekt wirkt. Während der Recovery-Phase erfolgt die Alterung des Energiespeichermoduls nicht linear und weicht somit von einer berechneten konstanten Alterungsgeschwindigkeit teilweise so ^¬ gar deutlich ab. Eine darauf aufsetzende Berechnung des Zeit ^¬ punktes des Lebensdauerendes ist somit fehlerbehaftet und teilweise sehr ungenau. Somit hat es sich als günstig erwie ^¬ sen, die ersten Messwerte für den Alterungszustand nach Be- ginn des Betriebs des Energiespeichermoduls nicht für die Be ^¬ rechnung der Alterungsgeschwindigkeit heranzuziehen. Erst wenn das Energiespeichermodul einige Zeit, beispielsweise je nach Anwendungsfall eine Minute, zehn Minuten oder eine Stun ^¬ de im Betrieb ist, werden die ermittelten Alterungszustände zur Bestimmung der Alterungsgeschwindigkeit herangezogen. Alternativ können die ersten Alterungszustände mit einem Ge ^¬ wichtungsfaktor versehen werden, so dass deren Einfluss auf die Berechnung der Alterungsgeschwindigkeit, insbesondere bei der Berechnung über statistische Verfahren der Mathematik, geringer ist. Damit kann eine Berechnung des Zeitpunkts für das Lebensdauerende genauer erfolgen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit von der Größe des Zeitintervalls zwischen einem Zeitpunkt eines geplanten Lebensdauerendes und dem Zeitpunkt des ermittelten Lebensdauerendes eine Maßnahme zur Verände ^¬ rung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls angewendet. Damit steht der Regelung oder Steuerung ein Auswahlkriterium zur Verfügung, wann es sinnvoll ist oder sein kann, lebens- dauerverlängernde Maßnahmen für das Energiespeichermodul ein ^¬ zuleiten. Dazu wird beispielsweise im Vorfeld während der Auslegung des Energiespeichermoduls der zeitliche Verlauf des Alterungszustandes als Funktion von der Zeit unter bestimmten Auslegungsbedingungen oder Umgebungsbedingungen sowie Einsatzbedingungen oder Einsatzszenarien berechnet oder simuliert. Über diesen zeitlichen Verlauf kann auch der Zeitpunkt des geplanten Lebensdauerendes bestimmt werden. Die Simulati- on kann dabei rechnerisch oder auf Basis von Versuchen, sowie in Kombination durchgeführt werden. Dabei ist der Verlauf des Alterungszustands über der Zeit nicht unbedingt linear. Es hat sich gezeigt, dass gerade in einer Anfangszeit der Ver ^¬ lauf nicht linear ist und erst ab einem bestimmten Zeitpunkt in einen linearen Verlauf übergeht. Aus der Berechnung bzw.

Simulation ergibt sich unter anderem dieser Zeitpunkt, ab dem die Alterung, d.h. die Veränderung der Alterungsgeschwindig ^¬ keit, nahezu linear verläuft. Erst ab diesem Zeitpunkt ist das Verfahren aufgrund seiner dann vorhandenen Genauigkeit besonders vorteilhaft. Darüber hinaus kann auch der Recovery- Effekt, der oftmals zu einer Berechnung eines zu frühen Zeit ^¬ punkts des Lebensdauerendes führen würde, kompensiert werden. Somit liefert die Berechnung des Zeitpunkts des ermittelten Lebensdauerendes über die Alterungsgeschwindigkeit ein we- sentlich genaueres Ergebnis als bisher bekannte Verfahren für die Steuerung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass auf einfache Weise die Leistungsfähigkeit eines Energiespeichermoduls da- durch erhöht werden kann, dass der Zeitpunkt für das geplante Lebensdauerende zu einem früheren Zeitpunkt hin verschoben wird. Dies erlaubt eine stärkere Belastung des Energiespei ^¬ chermoduls, beispielsweise durch höhere Ströme, höhere Anzahl an Zyklen oder einer höheren Umgebungstemperatur. Dadurch kann auch nach Auslieferung einer Anlage oder eines Fahrzeugs in vielen Fällen auf einfache Weise eine zusätzliche oder ei ^¬ ne neue Kundenanforderung nach erhöhter Leistungsfähigkeit einfach realisiert werden, indem lediglich ein Parameter, beispielsweise der Wert des Zeitpunkts des geplanten Lebens- dauerendes, angepasst wird. Bei dieser Anpassung wird der

Wert des Zeitpunkts des geplanten Lebensdauerendes auf einen früheren Zeitpunkt gelegt. Die Kenntnis über den Zeitpunkt des ermittelten Lebensdauerendes kann dazu genutzt werden, Wartungsmaßnahmen für die Anlage oder das Fahrzeug genauer planen zu können, da diese hinreichend genau und frühzeitig bekannt sind. Dies verein- facht die Logistik über Planung des Fahrzeugeinsatzes sowie die Organisation der Wartung von Durchführung bis zur Ersatzteilbeschaffung .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Fall, dass der Zeitpunkt des ermittelten Lebens ^¬ dauerendes vor dem Zeitpunkt des geplanten Lebensdauerendes liegt, eine Maßnahme zur Veränderung der Lebensdauer angewendet, wobei die Maßnahme zur Veränderung der Lebensdauer eine Maßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer ist. Ein besonders günstiges Energiespeichermodul ist dadurch herstellbar, wenn keine Überdimensionierung oder Reserven bei der Auslegung berücksichtigt werden. Um gleichzeitig jedoch einen Ausfall bzw. ein Erreichen des Lebensdauerendes vor dem geplanten Lebensdauerende zu verhindern, werden bei einem hohen Lebens- dauerverbrauch, d.h. bei einer hohen Alterungsgeschwindigkeit, erkennbar an einem frühen Zeitpunkt des ermittelten Lebensdauerendes, Maßnahmen zur Verlängerung der Lebensdauer durch die Regelung oder Steuerung des Energiespeichermoduls veranlasst. Dabei kann bei nur leichten Einschränkungen im Betrieb eine Verlängerung des Betriebs des Energiespeichermo ^¬ duls erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass im Betrieb des Fahrzeugs oder der Anlage das Energiespeichermodul deut ^¬ lich weniger stark ausgenutzt oder belastet wird als gefordert. Diese Auslegungsreserven können für eine Verlängerung der Lebensdauer genutzt werden. Dabei führt häufig eine Steu ^¬ erung der Lebensdauer noch nicht zu Einschränkungen im Betrieb oder zu einer Verringerung des Wirkungsgrades des Sys ^¬ tems . Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter des Energiespeichermoduls und/oder mindestens einer Umge ^¬ bungsbedingung unter Zuhilfenahme von in einem Speicher abge- legten Daten der Betrieb des Energiespeichermoduls derart ge ^¬ steuert oder geregelt, dass zur Veränderung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls eine Kühlleistung des Energiespei ^¬ chermoduls verändert wird und/oder eine Betriebsstrategie des Energiespeichermoduls geändert wird und/oder eine Betriebs ^¬ größe des Energiespeichermoduls limitiert wird. Es hat sich gezeigt, dass es für die Veränderung der Lebensdauer des Energiespeichers vorteilhaft ist, die genannten Maßnahmen in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern oder einem oder mehreren Umgebungsbedingungen zu realisieren. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für die Auswahl ge ^¬ eigneter Maßnahmen, Entscheidungskriterium wie beispielsweise eine Veränderung des Wirkungsgrades in einem Datenspeicher (look up table) zu hinterlegen und für die Entscheidung über die Maßnahme heranzuziehen und nicht die Auswirkung der Maß ^¬ nahme online zu berechnen. Mit der Hinterlegung kann ohne viel Rechenleistung ein gutes Verhalten bei Einleiten von lebensdauerverlängernden Maßnahmen realisiert werden. Die Maßnahmen können in die oben genannten Gruppen unterteilt werden. Bei der Kühlleistungserhöhung kann beispielsweise der Durchsatz des Kühlmediums bzw. des Kühlmittels erhöht werden. Dies geschieht auf einfache Weise beispielsweise bei einer Luftkühlung durch Erhöhung der Lüfterdrehzahl oder bei einer Flüssigkeitskühlung durch Erhöhung der Pumpleistung. Darüber hinaus besteht alternativ oder ergänzend noch die Möglichkeit, die Temperatur des Kühlmediums zu reduzieren. Dies kann beispielsweise bei einer Luftkühlung durch ein Klimagerät ge ^¬ schehen, welches die Temperatur der Kühlluft absenken kann, oder bei einer Flüssigkeitskühlung durch Erhöhung der Leistungsfähigkeit eines Rückkühlers, der die in der Kühlflüssig ^¬ keit enthaltene Wärme an die Umgebungsluft abführt.

Die Änderung der Betriebsstrategie betrifft Punkte, welche eine Belastung des Energiespeichermoduls verursachen, aber nicht unbedingt direkt mittels eines Sensors aus elektrischen Größen gemessen werden. Dazu zählt beispielsweise, die Be ^¬ schleunigung eines Fahrzeugs zu verringern. Ebenso ist es möglich, die Anzahl von Zyklen, die sich aus Ladung und Entladung für den Energiespeicher ergeben, zu verringern. Die Verringerung dieser Zyklenzahl wird beispielsweise dadurch erreicht, dass ein Energiespeichermodul erst dann entladen wird, wenn es einen bestimmten vorgebbaren minimalen Ladezustand erreicht hat.

Die Limitierung von Betriebsgrößen betrifft die von einem Sensor messbaren Größen, insbesondere elektrische Größen. Da- zu zählt insbesondere der Strom durch das Energiespeichermo ^¬ dul. Da der Strom eine direkte Auswirkung auf die Temperatur und somit auch auf die Lebensdauer des Energiespeichers hat, ist diese Maßnahme besonders effektiv. Allerdings bringt die ^¬ se auch eine hohe Einschränkung für den Betrieb des Energie- speichermoduls mit sich.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Kühlleistung des Energiespeichermoduls gesteigert, wenn eine im Energiespeichermodul gemessene Temperatur größer ist als ein gemittelter oder geglätteter Wert der im Energiespeichermodul gespeicherten Temperatur und/oder wenn eine gemessene Umgebungstemperatur größer ist als ein gemittelter oder geglätteter Wert der gemessenen Umgebungstemperatur. Es hat sich als positiv erwiesen, wenn die Kühlleistung bei ei- ner hohen Temperatur des Energiespeichermoduls und/oder Umge ^¬ bungstemperatur gesteigert wird. Eine hohe Temperatur sowohl im Energiespeichermodul als auch in der Umgebung ist daran zu erkennen, wenn diese oberhalb ihres gemittelten oder geglätteten Wertes liegt. Dabei kann die Kühlleistung direkt bei Überschreiten dieses gemittelten oder geglätteten Wertes erhöht werden, oder wenn der gemittelte oder geglättete Wert um einen vorgebbaren Wert überschritten wird.

Der gemittelte Wert wird dadurch berechnet, dass über ein festgelegtes Zeitfenster der Mittelwert dieser Werte gebildet wird. Oftmals einfacher als eine Mittelung lässt sich innerhalb der Regelung eine Glättung durchführen. Bei dieser Glättung wird das Temperatursignal beispielsweise auf einfache Weise durch ein PTl-Glied geglättet. Im Vergleich zur Mittel ^¬ wertbildung ist der erforderliche Speicher deutlich geringer.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltungsform liegt darin, dass die Kühlung insbesondere zu den Zeiten besonders erhöht wird, wenn eine hohe Temperatur und damit eine hohe Belastung vorliegen. Somit kann durch eine einfache Maßnahme, die den Betrieb der Anlage bzw. des Fahrzeugs nicht oder nahezu nicht beeinträchtigt, die Lebensdauer des Energiespeichermoduls verlängert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Kühlleistung in Abhängigkeit der Differenz zwischen der im Energiespeichermodul gemessenen Temperatur und der ge- messenen Umgebungstemperatur gesteigert. Mit der Steigerung der Kühlleistung wird gerade bei einer großen Abweichung der im Energiespeichermodul gemessenen Temperatur von der Umgebungstemperatur dem dann vorhandenen Lebensdauerverlust entgegengetreten. Aufgrund des hohen Temperaturunterschiedes ist die Steigerung der Kühlleistung im Falle der Erhöhung des

Kühlmitteldurchflusses besonders effektiv. Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Erhöhung der Kühlleistung linear oder quadratisch zur Temperaturdifferenz zwischen der im Energiespeichermodul gemessenen Temperatur und der gemessenen Umgebungstemperatur erfolgt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Betriebsstrategie des Energiespeichers dahingehend geändert, dass der maximale Ladezustand gesenkt wird und/oder die minimale Entladetiefe erhöht wird. Die Belastung eines Energiespeichermoduls ist gerade an seinen Grenzen des La ^¬ dungszustands relativ hoch. Bei maximaler Ladung ist insbesondere bei der Verwendung von Doppelschichtkondensatoren die Spannung, insbesondere die Spannung der der einzelnen

Kondensatorzellen, recht hoch und stellt damit eine Belas ^¬ tung, d.h. erhöhte Alterung, für das Energiespeichermodul dar. Bei minimaler Ladung sinkt die Spannung und es ist zum Austausch einer bestimmten Energiemenge ein höherer Strom notwendig, der zu einer größeren Erwärmung und damit zu einer höheren Belastung des Energiespeichermoduls führt. Durch eine Verringerung der im Energiespeichermodul speicherbaren Energiemenge, durch Anhebung der minimalen Entladetiefe (DoD) und/oder Absenkung des maximalen Ladezustands (SoC) kann die Belastung des Energiespeichermoduls auf einfache Weise ver ^¬ ringert und die Lebensdauer erhöht werden. Diese Art der Maß ^¬ nahme ist ein Beispiel für die Änderung der Betriebsstrate ^¬ gie .

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Betriebsstrategie des Energiespeichermoduls dahinge ^¬ hend geändert, dass die Anzahl der Zyklen reduziert wird. Um die Lebensdauer eines Energiespeichermoduls zu erhöhen, hat es sich als günstig erwiesen, die Anzahl der Zyklen, d.h. die Abfolge von Lade- und Entladevorgänge, zu reduzieren. Dies kann auf einfache Weise dadurch geschehen, dass im Falle ei ^¬ ner Ladung des Energiespeichermoduls dieses Modul erst dann wieder entladen wird, wenn das Energiespeichermodul eine be- stimmte Mindestmenge an elektrischer Energie gespeichert hat. Erst nach Erreichen dieses Wertes wird der Energiespeicher wieder entladen. Damit werden Ladezyklen, die nur einen geringen Energieaustausch bewirken, d.h. nur einen geringen Energiehub haben, und trotzdem sich zum Teil deutlich negativ auf die Lebensdauer des Energiespeichermoduls auswirken, ver ^¬ mieden. Trotzdem kann das Fahrzeug oder die Anlage rückge ^¬ speiste Energie, z.B. während eines Bremsvorgangs jederzeit in das Energiespeichermodul einbringen und die Energie um ^¬ weltfreundlich speichern. Lediglich das Bereitstellen von Energie durch das Energiespeichermodul wird damit zu einigen Zeitpunkten, wie beispielsweise in einem Beschleunigungsvorgang, unterbunden. Somit kann überschüssige Energie aus dem Antrieb durch den Energiespeicher aufgenommen werden, so dass seine positiven Eigenschaften in Bezug auf Umweltfreundlich- keit erhalten bleiben, da überschüssige Energie nicht in Wär ^¬ me umgewandelt bzw. vernichtet werden muss. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird der durch das Energiespeichermodul fließende Strom limitiert. Dieser Strom bewirkt durch seine ohmschen Verluste im Energiespeicher eine Erwärmung innerhalb des Energiespeichers. Diese Erwärmung wirkt sich negativ auf die Lebensdauer des Energiespeichers aus. Dies geschieht umso stärker, je wärmer das Energiespeichermodul ist. Somit kann durch die Limitie ^¬ rung des durch das Energiespeichermodul fließenden Stroms ei ^¬ ne Erwärmung und damit eine Belastung des Energiespeichers, die zu einer Verringerung der Lebensdauer führt, auf einfache Weise reduziert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Entladestrom des Energiespeichermoduls limitiert. Wenn nur der Entladestrom begrenzt wird und der Ladestrom keiner Limitierung unterliegt, kann das Energiespeichermodul weiterhin unverändert Energie. Damit kann sichergestellt wer ^¬ den, dass keine elektrische Energie, beispielsweise über ei ^¬ nen Bremswiderstand, in Wärme umgewandelt wird, sondern für eine weitere Nutzung im Antrieb zur Verfügung steht. Somit bleibt der Wirkungsgrad der Anlage oder des Fahrzeugs, insbe ^¬ sondere des Antriebs des Fahrzeugs, auch bei dieser lebens ^¬ dauererhöhenden Maßnahme weiterhin hoch. Trotz des Wirkens dieser lebensdauerverlängernden Maßnahme ist die Umwelt- freundlichkeit des Energiespeichermoduls weiterhin gegeben, da keine Energie in Wärme umgewandelt werden muss. Damit ist ein erhöhter Energieverbrauch oder gar eine Energieverschwendung trotz des Wirkens der lebensdauerverlängernden Maßnahmen ausgeschlossen. Der Wirkungsgrad des Gesamtsystems ist daher nahezu unverändert hoch. Lediglich die Leistungsfähigkeit, beispielsweise bei der Beschleunigung eines Fahrzeugs, ist durch diese Maßnahme eingeschränkt, ohne jedoch den Gesamt ^¬ wirkungsgrad der Anlage deutlich zu verschlechtern. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: FIG 1 ein Blockschaltbild einer Regelung,

FIG 2 den Verlauf des Alterungszustands über der Zeit,

FIG 3 Berechnung des geplanten Lebensdauerendes,

FIG 4 eine erste Maßnahme zur Steigerung der Lebensdauer, FIG 5 eine weitere Maßnahme zur Steigerung der Lebensdau ^¬ er und

FIG 6 eine Absenkung des maximalen Ladezustands.

FIG 1 zeigt das Blockschaltbild einer Steuerung zur Beein- flussung der Lebensdauer eines hier nicht dargestellten Energiespeichermoduls 1. Als Eingangsgrößen dieser Regelung dienen die Signale über den Alterungszustand SoHi des Energie ^¬ speichermoduls 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten t±. Die einzelnen Alterungszustände SoHi können beispielsweise über den Innenwiderstand oder der Kapazität des Energiespeichermo ^¬ duls 1 bestimmt werden. Aus mindestens zwei der Alterungszu ^¬ stände SoHi und den dazugehörigen Zeitpunkten t± kann die Alterungsgeschwindigkeit V _SOH ermittelt werden. Diese erhält man beispielsweise dadurch, dass die Differenz zweier Alterungs- zustände SoHi durch die Differenz der dazugehörigen Zeitpunkte t± geteilt wird. Weitere Alterungszustände SoHi können da ^¬ zu genutzt werden, die Bestimmung der Alterungsgeschwindig ^¬ keit beispielsweise in Bezug auf Genauigkeit zu verbessern. Neben der Berechnung der Alterungsgeschwindigkeit V _SOH über die Differenz zweier Alterungszustände SoHi hat es sich ebenfalls als sinnvoll erwiesen, die Alterungsgeschwindigkeit V _SOH über statistische Verfahren wie beispielsweise über Median ^¬ werte zu bestimmen. Die Vielzahl der an der Bestimmung beteiligten Alterungszustände SoHi verbessert dabei die Bestimmung der Alterungsgeschwindigkeit V _SOH · Aus der Alterungsgeschwin ^¬ digkeit V _SOH kann der Zeitpunkt t _{E D} caic des ermittelten Le ^¬ bensdauerendes bestimmt werden, wenn der Berechnung ein Alte ^¬ rungszustand SoH _END vorgegeben wird, an dem das Energiespei ^¬ chermodul auszutauschen ist, d.h. das Ende seiner Lebensdauer (EoL, End of Lifetime) erreicht hat. Anhand eines Vergleichs zwischen dem ermittelten Lebensdauerende t _{E D} caic und einem geplanten Lebensdauerend t _{E D P} ian kann entschieden werden, ob Maßnahmen zur Beeinflussung der Lebensdauer angewendet wer- den. Dies hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwie ^¬ sen, wenn das geplante Lebensdauerende tE D _P ian zeitlich hin ^¬ ter, d.h. nach dem ermittelten Lebensdauerende t _E ND caic liegt. Die Differenz zwischen dem Zeitpunkt tE D caic des ermittelten Lebensdauerendes und einem Zeitpunkt t _E ND pian eines geplanten Lebensdauerendes wird als Regelabweichung einer Entschei ^¬ dungseinheit 4 übermittelt. Zur Beeinflussung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls 1 durch diese Entscheidungseinheit 4 werden zuvor abgelegte Daten aus einem Datenspeicher 3 herangezogen, um eine geeignete Maßnahme Ml, M2, M3 zur Verände ^¬ rung der Lebensdauer auszuwählen. Dabei kann beispielsweise der Betriebszustand des Energiespeichermoduls oder der Anlage bzw. des Fahrzeugs herangezogen werden, um eine oder mehrere Maßnahmen aus den zur Verfügung stehenden Maßnahmen Ml, M2,

M3 auszuwählen, die eine möglichst geringe Auswirkung auf den Betrieb hat. Die Maßnahmen Ml, M2, M3 werden deshalb vorzugs ^¬ weise über eine offline ermittelte Datenbasis (Energiever ^¬ lustberechnung, Lookup table) in Abhängigkeit von der Regel- abweichung ausgewählt. Die Datenbasis ist in dem Datenspei ^¬ cher 3 hinterlegt und stellt sicher, dass der Gesamtwirkungs ^¬ grad der Anlage wenig beeinflusst bzw. herabgesetzt wird. Da ^¬ rüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Maß ^¬ nahmen Ml, M2, M3 dann wirken zu lassen, wenn sie die Lebens- dauer am wirkungsvollsten verändern, insbesondere verlängern, und gleichzeitig mit minimalem Energieverlust verbunden sind. Auch dieses Entscheidungskriterium kann im Datenspeicher hinterlegt werden. Die einzelne Maßnahme Mi oder auch mehrere Maßnahmen Ml, M2, M3 werden dabei durch das Mittel 5 zur Um- setzung von Maßnahmen initiiert.

FIG 2 zeigt ein Beispiel für die Bestimmung der Alterungsge ^¬ schwindigkeit V _SO H, d.h. die Bestimmung der Steigung im Ver ^¬ lauf des Alterungszustands SoH über der Zeit t. In diesem Ausführungsbeispiel werden dazu die Alterungszustände SoHi an den Punkten Pi und P2 herangezogen. Aus diesen wird eine Ge ^¬ rade bestimmt, dessen Steigung der Alterungsgeschwindigkeit V _SO H entspricht. Der Alterungszustand SoH verläuft dabei nicht linear über die Zeit t. Vielmehr schwankt der Alterungszu ^¬ stand SoH, wobei es immer wieder Phasen der Erholung des Energiespeichermoduls 1 gibt, an denen der Alterungszustand einen höheren Wert annimmt. Diese Phasen treten beispielswei- se während Betriebspausen, insbesondere längeren Betriebspau ^¬ sen, auf. Diese Phasen werden auch als Recovery-Effekt be ^¬ zeichnet. Für die Berechnung der Alterungsgeschwindigkeit V _{S O} H ist es günstig, Punkte Pi zu verwenden, an denen der Effekt der Erholung bereits abgeklungen ist. Darüber hinaus ist es günstig, den Abstand der für die Bestimmung der Alterungsge ^¬ schwindigkeit V _{S O} H weder zu groß noch zu klein zu wählen, um das Rechenergebnis unabhängig von Messtoleranzen zu gestalten . Aus dem Schnittpunkt der Geraden mit der Achse EoL des Endes der Lebensdauer wird der Zeitpunkt T _{END ca} i _c des Endes der ermittelten Lebensdauer bestimmt. Dieser kann beispielsweise aufgrund von Messfehlern vom tatsächlichen Zeitpunkt t* für das Ende der Lebensdauer abweichen.

Einen typischen Verlauf für den Alterungszustand SoH eines Energiespeichermoduls 1 über der Zeit t zeigt FIG 3. Dieser kann für ein Energiespeichermodul 1 sowohl rechnerisch als auch aus Versuchen bestimmt werden. Die Lebensdauer 21 um- fasst dabei die Zeitspanne von Beginn des Betriebs des Ener ^¬ giespeichermoduls 1, an dem es einen Alterungszustand von 100% aufweist, bis zum Zeitpunkt t E D des Lebensdauerendes. Zu Beginn des Betriebs weist diese Kennlinie einen nichtlinearen Bereich 20 auf. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Mess- werte des Alterungszustands SoH nur außerhalb des nichtlinea ^¬ ren Bereichs 20 für die Bestimmung der Alterungsgeschwindig ^¬ keit V _{S O} H heranzuziehen, da Messwerte innerhalb des nichtli ^¬ nearen Bereichs 20 zu einem rechnerisch zu frühen Lebensdauerende führen würde .

FIG 4 zeigt als Beispiel für eine Maßnahme zur Verlängerung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls 1 den zeitlichen Verlauf der Umgebungstemperatur T _amb und den zeitlichen Ver- lauf 30 des Kühlmitteldurchsatzes Q. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, in Bereichen 31 mit hoher Temperatur T den Kühlmitteldurchsatz Q zu erhöhen. Als Bereiche 31 mit hoher Temperatur gelten beispielsweise Temperaturwerte T die ober- halb einer gemittelten oder geglätteten Umgebungstemperatur Tamb liegen oder die den gemittelten oder geglätteten Wert der Umgebungstemperatur T _am i, um einen bestimmten Wert oder einen bestimmten Faktor überschreiten. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, abhängig von der Differenz zwischen der Um- gebungstemperatur und der gemittelten oder geglätteten Umgebungstemperatur Tam^Den Kühlmitteldurchsatz Q zu erhöhen.

Ergänzend dazu kann in Bereichen 32 niedriger Umgebungstempe ^¬ ratur, wie beispielsweise im Winter oder in der Nacht, die Kühlleistung reduziert werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde eine Reduzierung der Kühlleistung in der FIG 4 nicht dargestellt.

Die Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes Q kann beispielsweise bei einer Luftkühlung durch die Erhöhung einer Lüfterdrehzahl erreicht werden. Bei einer Flüssigkeits- oder Wasserkühlung kann die Erhöhung des Kühlmitteldurchsatzes Q beispielsweise durch die Erhöhung der Pumpleistung erzielt werden. Alternativ zur Umgebungstemperatur T _amb kann auch die Temperatur T _ES des Energiespeichers bzw. eine Temperatur innerhalb des Energiespeichers für die Steuerung oder Regelung des Kühlmitteldurchsatzes Q verwendet werden. Eine Reduzierung des Strommaximalwertes I in Abhängigkeit von der Temperatur im Energiespeicher T _ES zeigt FIG 5. Dazu ist der Verlauf 40 des Strommaximalwertes I dargestellt. Im Be ^¬ reich 31 hoher Temperaturen T wird der Strommaximalwert I des Stromes I durch das Energiespeichermodul 1 reduziert. Als Be- reiche 31 hoher Temperaturen T gelten insbesondere Zeitpunkte, an denen die Temperatur im Energiespeicher T _ES den gemittelten oder geglätteten Wert dieser Temperatur T _am i, übersteigt oder um einen bestimmten Wert oder Faktor übersteigt. Der Grad der Reduzierung kann dabei abhängig von der Differenz zwischen der Temperatur im Energiespeicher T _ES und dem gemittelten oder geglätteten Wert dieser Temperatur T _am i, abhängig gemacht werden.

Eine alternative Maßnahme zur Beeinflussung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls 1 besteht darin, den Ladezustand SoC des Energiespeichers zu beschränken. Dazu kann der maxi ^¬ male Ladezustand SoC _max von einem Wert von 100% auf einen re- duzierten Wert von beispielsweise 75% abgesenkt werden. FIG 6 zeigt dabei den ersten zeitlichen Verlauf 41 eines Ladezu ^¬ stands SoC, der keiner Beschränkung des maximalen Ladezustands SoC _max unterliegt (d.h. SoC _max =100%) und einen zweiten zeitlichen Verlauf 42 eines Ladezustands SoC, der einer Be- schränkung des maximalen Ladezustands SoC _max unterliegt (bei ^¬ spielsweise SoC _max =75%) . Dabei hat es sich als vorteilhaft er ^¬ wiesen, auch im Falle der Beschränkung des maximalen Ladezustands SoC _m ax kurzzeitig einen Ladezustand zu erlauben, der den maximalen Ladezustand SoC _max überschreitet, da sich eine nur kurzfristige Überschreitung nur unwesentlich auf die Lebensdauer des Energiespeichermoduls 1 auswirkt, aber gleich ^¬ zeitig den Wirkungsgrad des Energiespeichersystems hoch hält.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls, wobei zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein Alterungszustand des Energiespeichermoduls bekannt ist. Zur Verbesserung der Steu ^¬ erung der Lebensdauer eines Energiespeichermoduls wird vorge ^¬ schlagen, dass aus einem ersten bekannten Alterungszustand, in dem sich das Energiespeichermodul zu einem ersten Zeit ^¬ punkt befindet, und einem zweiten Alterungszustand, in dem sich das Energiespeichermodul zu einem zweiten Zeitpunkt be ^¬ findet, eine Alterungsgeschwindigkeit ermittelt wird, wobei aus der Alterungsgeschwindigkeit und einem der Alterungszu- stände ein Zeitpunkt eines ermittelten Lebensdauerendes be ^¬ rechnet wird, wobei in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt des er ^¬ mittelten Lebensdauerendes eine Maßnahme zur Veränderung der Lebensdauer des Energiespeichermoduls angewendet wird.