Verfahren zum Laden einer Batterie

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie und ein Verfahren zum Laden einer Batterie für ein Kraftfahrzeug.

Unterschiedliche Materialtypen wie Li-Ion, NiMH und Pb sind in Batteriezellen einer Batterie einsetzbar. Unter anderem von dem Materialtyp hängen die Eigenschaften wie Kapazität, Nennspannung, Ladefähigkeit und Temperaturabhängigkeiten dieser Größen der Batteriezelle ab. In Kraftfahrzeugen müssen Batterien auch bei

Temperaturen im Bereich von -40°C bis 60°C betreibbar und ladbar sein. Dies trifft insbesondere auf Starterbatterien oder Bordnetzbatterien zu, die anders als

Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen üblicherweise keine separaten aktiven Heiz- und Kühlsysteme aufweisen. Die eingesetzten Batterien müssen entsprechend sowohl in Richtung warmer Temperaturen (beispielsweise über 20°C) als auch in Richtung kalter Temperaturen (beispielsweise unter 0°C) thermisch geeignet sein. Eine

Anforderung derartiger Batterien ist beispielsweise, dass diese auch bei kalten

Umgebungstemperaturen bzw. kalten Temperaturen sowie warmen

Umgebungstemperaturen bzw. warmen Temperaturen der Batteriezellen der Batterie gefahrlos und schädigungsfrei geladen und entladen werden können. Beispielsweise sind Materialtypen für Batteriezellen bekannt, auch bei hohen Temperaturen

weitestgehend gefahrlos betrieben und geladen werden können. Auch sind

kaltladefähige Materialtypen von Batteriezellen bekannt, die bei kalten Temperaturen mit einem hohen Ladestrom weitestgehend gefahrlos und beschädigungsfrei geladen werden können. Derartige thermisch vorteilhafte Materialtypen sind, insbesondere, wenn sie in den Batteriezellen ansonsten gute Eigenschaften wie eine hohe Kapazität und Nennspannung aufweisen, sehr teuer und daher insbesondere im

Automobilbereich, wo Batterien hoher Kapazität in großen Stückzahlen benötigt werden, unwirtschaftlich. Aufgabe der Erfindung ist es, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zu vermindern. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Batterie, ein

Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie und ein Verfahren zum Laden einer Batterie bereitzustellen, welche thermisch vorteilhafte Eigenschaften aufweisen und dennoch wirtschaftlich sind.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch eine Batterie nach Anspruch 1 , ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 und ein Verfahren nach Anspruch 13, gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den

Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie offenbart sind, selbstverständlich auch im

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird

beziehungsweise werden kann.

Gemäß dem ersten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch eine Batterie, insbesondere eine Sekundärbatterie oder einen Akkumulator, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei ersten Batteriezellen von einem ersten Materialtyp und mindestens zwei zweiten Batteriezellen von einem von dem ersten Materialtyp verschiedenen zweiten Materialtyp, wobei die ersten Batteriezellen elektrisch miteinander zum von den zweiten Batteriezellen unabhängigen Laden verschaltet sind und die zweiten Batteriezellen elektrisch miteinander verschaltet sind, und wobei jeweils eine der mehreren ersten Batteriezellen neben jeweils einer der mehreren zweiten

Batteriezellen in einer ersten Montageebene angeordnet ist.

Erfindungsgemäß werden in einer Batterie Batteriezellen unterschiedlicher

Materialtypen eingesetzt, wobei die Batteriezellen unterschiedlicher Materialtypen nebeneinander angeordnet sind. Dadurch wird bezweckt, dass die ersten und zweiten Batteriezellen auch voneinander unterschiedliche thermische Eigenschaften aufweisen, die beim unabhängigen Laden und/oder Entladen der ersten Batteriezellen oder zweiten Batteriezellen günstig auf die jeweils anderen Batteriezellen wirken können. Dadurch wird ein Ausgleich der thermischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit der Batterie erzielt, da nicht sämtliche Batteriezellen teure

Batteriezellen mit thermisch vorteilhaften Eigenschaften sein müssen.

Die Erfindung bezieht sich zwar insbesondere auf das Anwendungsgebiet und die Eignung in Kraftfahrzeugen, es sind jedoch auch weitere Anwendungsgebiete und Eignungen in anderen Technikgebieten möglich und vorgesehen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Batterie auch in Elektronikgeräten wie Smartphones und Notebooks und auch in Schienenfahrzeugen, Rollern, Motorrädern, Fahrrädern, Drohnen und Flugzeugen eingesetzt werden.

Der Materialtyp bezieht sich auf die in der Batteriezelle verwendeten Materialien.

Beispielhafte Materialtypen, die Verwendung finden können, sind Li-Ion (Lithium- Ionen), NiMH (Nickel-Metallhydrid) und Pb (Blei). Spezifische Materialtypen von Li-Ion oder Unterklassen vom Li-Ion-Typ sind beispielsweise LiCoCte (Lithium-Cobaltdioxid), LiPo (Lithium-Polymer), LiMn (Lithium-Mangan), NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt- Oxide), LiFePC (Lithium-Eisenphosphat, auch LFP) und LUTi50i ₂ (Lithium-Titanat, auch LTO). Insbesondere handelt es sich bei der Batterie um einen Lithium-Ionen- Akkumulator, wobei der erste Materialtyp und/oder der zweite Materialtyp von einem Li-Ion-Typ sind.

Insbesondere sind auch die zweiten Batteriezellen elektrisch miteinander zum von den ersten Batteriezellen unabhängigen Laden verschaltet. Ein Ladesteuergerät kann mit den ersten Batteriezellen und/oder den zweiten Batteriezellen verschaltet sein, sodass unabhängiges Laden ermöglicht wird.

Auf der Montageebene sind die Batteriezellen angeordnet oder montiert. Die

Montageebene kann insbesondere eine Montagefläche sein, sodass die Batteriezellen einer Montageebene alle auf derselben Montagefläche angeordnet oder montiert sind. Die Montageebene oder Montagefläche kann beispielsweise durch ein Batteriegehäuse, insbesondere eine Wandung eines Batteriegehäuses oder eine Montageplatte in einem Batteriegehäuse, der Batterie gebildet werden.

Insbesondere kann jede der mehreren ersten Batteriezellen neben jeweils einer der mehreren zweiten Batteriezellen in der ersten Montageebene angeordnet sein.

Insbesondere können abwechselnd jeweils eine erste Batteriezelle neben einer zweiten Batteriezelle angeordnet sein. Dann ist in der ersten Montageebene eine erste Batteriezelle neben einer zweiten Batteriezelle angeordnet und neben der zweiten Batteriezelle ist eine weitere erste Batteriezelle angeordnet, neben der wiederum eine zweite Batteriezelle angeordnet ist. Mit anderen Worten kann es sich um einen Sandwich-Aufbau handeln, in dem abwechselnd erste Batteriezellen neben zweiten Batteriezellen angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass beispielsweise zwei oder mehr erste Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind und von zweiten Batteriezellen umgeben sind oder beispielsweise zwei oder mehr zweite Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind und von ersten Batteriezellen umgeben sind. Diese Anordnung verbessert eine Wärmeübertragung zwischen den nebeneinander und/oder hintereinander und/oder übereinander angeordneten ersten Batteriezellen und den zweiten Batteriezellen.

Die ersten Batteriezellen und/oder die zweiten Batteriezellen können mit

unterschiedlichen Bauformen und unterschiedlichen Baugrößen ausgebildet sein. Beispielsweise können die ersten Batteriezellen und/oder die zweiten Batteriezellen Pouch-Zellen, zylindrische Zellen oder prismatische Zellen sein. Als

Batteriezellengehäuse der ersten Batteriezellen und/oder der zweiten Batteriezellen können beispielsweise Metallgehäuse, insbesondere starre Metallgehäuse, und/oder flexible Verbundfolien eingesetzt werden. Die Verbundfolien können mehrere

Materiallagen, beispielsweise eine aus Metall, beispielsweise Aluminium, und aus Kunststoff aufweisen.

Bevorzugt ist jeweils eine der mehreren ersten Batteriezellen neben jeweils einer der mehreren zweiten Batteriezellen in zumindest einer zweiten Montageebene

angeordnet, wobei jeweils eine der mehreren ersten Batteriezellen der ersten Montageebene neben jeweils einer der mehreren zweiten Batteriezellen der zweiten Montageebene und jeweils eine der mehreren zweiten Batteriezellen der ersten Montageebene neben jeweils einer der mehreren ersten Batteriezellen der zweiten Montageebene angeordnet sind. Die zumindest zweite Montageebene ist

insbesondere eine Montageebene, die parallel zu der ersten Montageebene ist.

Insbesondere ist die zweite Montageebene oberhalb oder unterhalb der ersten Montageebene angeordnet. Demgemäß ergibt sich ein Stapel aus ersten

Batteriezellen und zweiten Batteriezellen, wobei jede der ersten Batteriezellen neben zumindest zwei der zweiten Batteriezellen und jede der zweiten Batteriezellen neben zumindest zwei der ersten Batteriezellen angeordnet ist. Es können zudem weitere Montageebenen mit erfindungsgemäß angeordneten ersten Batteriezellen und zweiten Batteriezellen vorliegen, wie eine dritte Montageebene, die parallel zu der ersten und zweiten Montageebene angeordnet sind. Dadurch wird die Nutzung der thermischen Flächen der Batteriezellen verbessert.

Ferner bevorzugt sind Batteriezellengehäuse der nebeneinander angeordneten ersten Batteriezellen und zweiten Batteriezellen miteinander verbunden. Die Verbindung kann insbesondere eine unmittelbare oder mit anderen Worten ausgedrückt direkte Verbindung der Batteriezellengehäuse miteinander sein. Alternativ können die

Batteriezellengehäuse der nebeneinander angeordneten ersten Batteriezellen und zweiten Batteriezellen durch ein Wärmeübertragungsmedium wie Luft oder eine Kühlflüssigkeit miteinander verbunden sein. Die Luft oder die Kühlflüssigkeit kann ein Wärmeübertragungsmedium in einem aktiven oder passiven Heizsystem und/oder Kühlsystem der Batterie sein. Dies verbessert die Wärmeübertragung zwischen den nebeneinander angeordneten ersten Batteriezellen und den zweiten Batteriezellen.

Weiterhin bevorzugt ist, dass die Batteriezellengehäuse der nebeneinander angeordneten ersten Batteriezellen und der zweiten Batteriezellen mittels eines Wärmeleitelementes miteinander verbunden sind. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise eine Wärmeleitplatte, insbesondere aus einem Metall, eine

Wärmeleitpaste, eine Wärmeleitmatte oder eine Kombination hieraus sein. Auch dies verbessert die Wärmeübertragung zwischen den nebeneinander angeordneten ersten Batteriezellen und den zweiten Batteriezellen.

Außerdem bevorzugt sind die ersten Batteriezellen separat von den zweiten

Batteriezellen verschaltet. Dadurch wird auf einfache Weise ermöglicht, dass die ersten Batteriezellen unabhängig von den zweiten Batteriezellen und die zweiten Batteriezellen unabhängig von den ersten Batteriezellen geladen werden können. Die ersten Batteriezellen können in Reihe oder parallel miteinander verschaltet sein. Die zweiten Batteriezellen können in Reihe oder parallel miteinander verschaltet sein. Als Verschaltungselemente können beispielsweise Leiterschienen dienen.

Es ist bevorzugt, dass die Batterie eine Zweispannungsbatterie ist. Eine

Zweispannungsbatterie ist so geschaltet, dass sie mit zwei Spannungen geladen und/oder entladen werden kann. Das Umschalten zwischen den zwei Spannungen kann durch ein Steuergerät der Zweispannungsbatterie erfolgen. Vorzugsweise ist eine erste Spannung der zwei Spannungen eine 12 V-Spannung und eine zweite Spannung der zwei Spannungen eine 48 V-Spannung. Insbesondere kann das Ladesteuergerät zum Laden der Zweispannungsbatterie bei 48 V und zum Entladen der Zweispannungsbatterie bei 12 V eingerichtet sein. Die 12 V-Spannung kann eine Entladespannung bzw. Bordnetzspannung insbesondere des Kraftfahrzeuges sein. Die 48 V-Spannung kann eine Ladespannung sein, die beispielsweise durch einen Generator bzw. eine Lichtmaschine des Kraftfahrzeuges gespeist wird.

Vorzugsweise sind die ersten Batteriezellen kaltladefähig, insbesondere ist der erste Materialtyp Lithiumtitanat. Kaltladefähigkeit bedeutet insbesondere, dass eine

Batteriezelle bei Temperaturen von beispielsweise unter 0°C geladen werden kann, ohne dass die Batteriezelle beschädigt wird, beispielsweise an Kapazität verliert oder an Innenwiderstand gewinnt. Dies ermöglicht das Laden der ersten Batteriezellen bei kalten Temperaturen, sodass die Batterie bei kalten Temperaturen geladen werden kann. Ferner vorzugsweise sind die zweiten Batteriezellen nicht kaltladefähig, insbesondere ist der zweite Materialtyp Lithium-Eisenphosphat oder Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt- Oxid. Zumindest weisen die zweiten Batteriezellen eine schlechtere Kaltladefähigkeit als die ersten Batteriezellen auf. Diese schlechtere Kaltladefähigkeit weisen

insbesondere Batteriezellen mit einem kostengünstigen Materialtyp auf.

Bevorzugt weist die Batterie zumindest einen zweiten Temperatursensor zum

Bestimmen einer Ist-Temperatur zumindest einer zu ladenden zweiten Batteriezelle der mehreren zweiten Batteriezellen auf, und die Batterie weist ferner ein

Ladesteuergerät auf, das dazu eingerichtet ist: (a) eine Soll-Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle zum Starten eines Ladevorganges oder Erhöhen eines Ladestroms in einem Ladevorgang der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle zu bestimmen oder vorzugeben, (b) die Ist-Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle von dem zweiten

Temperatursensor zu empfangen, (c) zumindest eine der mehreren ersten

Batteriezellen, die neben der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle angeordnet sind, zu laden, wobei die zumindest eine zu ladende zweite Batteriezelle mittels einer beim Laden entstehenden Abwärme der zumindest einen ladenden ersten Batteriezelle erwärmt wird, und (d) den Ladevorgang oder den Ladestrom des Ladevorganges der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle zu starten oder zu erhöhen, sobald die Ist-Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle die Soll-Temperatur erreicht. Insbesondere kann jede der zweiten

Batteriezellen einen zweiten Temperatursensor aufweisen.

Dadurch wird erreicht, dass die ersten Batteriezellen mit insbesondere guten

Kaltladefähigkeiten bei kalten Temperaturen, die unterhalb der Soll-Temperatur liegen, geladen werden und durch die dabei erzeugte Abwärme die daneben angeordneten zweiten Batteriezellen mit insbesondere schlechten Kaltladefähigkeiten aufwärmen. Die Soll-Temperatur wird insbesondere so bestimmt, dass eine

Beschädigung der zweiten Batteriezellen vermieden wird. Insbesondere liegt die Soll- Temperatur zumindest bei oder über 0°C. Die Bestimmung der Soll-Temperatur kann in Abhängigkeit unterschiedlicher Faktoren wie Ladezustand und/oder Kapazität der Batteriezellen und/oder Umgebungstemperatur erfolgen oder ein für die zweiten Batteriezellen fest vorgegebener Wert sein. Der zweite Temperatursensor kann dazu eingerichtet sein, kontinuierlich oder in definierten Zeitabständen die Ist-Temperatur der zumindest einen zweiten Batteriezelle zu ermitteln. Entsprechend kann das Steuergerät dazu eingerichtet sein, die Ist-Temperatur kontinuierlich oder in definierten Zeitabständen zu empfangen.

Ferner bevorzugt weist die Batterie zumindest einen ersten Temperatursensor zum Bestimmen einer Ist-Temperatur zumindest einer ersten Batteriezelle der mehreren ersten Batteriezellen auf und das Ladesteuergerät ist ferner dazu eingerichtet: (a) eine Grenztemperatur beim Betrieb zumindest einer ersten Batteriezelle zum Sperren oder Abbrechen eines Betriebs oder Senken eines Stroms in einem Betrieb zumindest einer zweiten Batteriezelle zu bestimmen oder vorzugeben, die neben der zumindest einen ersten Batteriezelle angeordnet ist, (b) die Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle von dem ersten Temperatursensor zu empfangen, (c) die zumindest eine erste Batteriezelle, die neben der zumindest einen zweiten

Batteriezelle angeordnet ist, zu betreiben, wobei die zumindest eine zweite

Batteriezelle mittels einer beim Betreiben entstehenden Abwärme der zumindest einen ersten Batteriezelle, erwärmt wird, und (d) den Betrieb oder Strom im Betrieb der zumindest einen zweiten Batteriezelle zu sperren, abzubrechen oder zu senken, wenn eine Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle die

Grenztemperatur erreicht. Der Betrieb kann ein Ladevorgang oder ein Entladevorgang sein. Der Strom ist entsprechend ein Ladestrom in einem Ladevorgang oder ein Entladestrom in einem Entladevorgang. Insbesondere kann jede der ersten

Batteriezellen einen ersten Temperatursensor aufweisen.

Dadurch wird erreicht, dass die erste Batteriezellen bei Erreichen einer gefährlichen Grenztemperatur ihre beim Laden oder Entladen erzeugte Abwärme an die daneben angeordneten zweiten Batteriezellen abgeben kann, die im nicht betriebenen Zustand oder mit geringem Strom betriebenen Zustand als Kühlkörper fungieren, da

sichergestellt wird, dass sie nicht die hohen Temperaturen der ersten Batteriezellen aufweisen. Damit kann ein passiver Temperaturausgleich zwischen den betriebenen ersten Batteriezellen und den zweiten Batteriezellen erfolgen. Die Grenztemperatur wird insbesondere so bestimmt, dass eine Beschädigung der ersten Batteriezellen vermieden wird. Insbesondere liegt die Grenztemperatur zumindest bei oder über beispielsweise 30°C. Die Bestimmung der Grenztemperatur kann in Abhängigkeit unterschiedlicher Faktoren wie Ladezustand und/oder Kapazität der Batteriezellen und/oder Umgebungstemperatur erfolgen oder ein für die ersten Batteriezellen fest vorgegebener Wert sein. Der erste Temperatursensor kann dazu eingerichtet sein, kontinuierlich oder in definierten Zeitabständen die Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle ermitteln. Entsprechend kann das Ladesteuergerät dazu eingerichtet sein, die Ist-Temperatur kontinuierlich oder in definierten Zeitabständen zu empfangen.

Gemäß dem zweiten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie.

Bevorzugt ist die Batterie eine Bordnetzbatterie. Eine Bordnetzbatterie des

Kraftfahrzeuges ist eine Batterie, die Strom in das Bordnetz mit den elektrischen Verbrauchern wie beispielsweise Lichtern und Elektronikkomponenten des

Kraftfahrzeuges einspeist. Insbesondere ist die Bordnetzbatterie eine Starterbatterie eines Kraftfahrzeuges mit Verbrennungsmotor, die den Verbrennungsmotor startet. Beispielsweise kann die Bordnetzbatterie eine Maximalspannung von 48 V aufweisen. Die Bordnetzbatterie ist insbesondere eine Zweispannungsbatterie.

Gemäß dem dritten Aspekt löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zum Laden einer Batterie für ein Kraftfahrzeug mit mehreren ersten Batteriezellen von einem ersten Materialtyp und mehreren zweiten Batteriezellen von einem zweiten Materialtyp, wobei die ersten Batteriezellen elektrisch miteinander zum von den zweiten Batteriezellen unabhängigen Laden verschaltet sind und die zweiten

Batteriezellen elektrisch miteinander verschaltet sind, und wobei jeweils eine der mehreren ersten Batteriezellen neben jeweils einer der mehreren zweiten

Batteriezellen in einer ersten Montageebene angeordnet ist, das Verfahren

aufweisend die Schritte: (a) Bestimmen oder Vorgeben einer Soll-Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle zum Starten eines Ladevorganges oder Erhöhen eines Ladestroms in einem Ladevorgang zumindest einer zu ladenden zweiten Batteriezelle der mehreren zweiten Batteriezellen, (b) Ermitteln einer Ist- Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle, (c) Laden zumindest einer der mehreren ersten Batteriezellen, die neben der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle angeordnet sind, wobei die zumindest eine zu ladende zweite Batteriezelle mittels einer beim Laden entstehenden Abwärme der zumindest einen ladenden zweiten Batteriezelle erwärmt wird, und (d) Starten des Ladevorgangs oder Erhöhen des Ladestroms des Ladevorganges der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle, sobald eine Ist-Temperatur der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle der Soll-Temperatur entspricht.

Damit bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batterie beschrieben worden sind.

Bevorzugt weist das Verfahren ferner die Schritte auf: (a) Bestimmen oder Vorgeben einer Grenztemperatur zumindest einer ersten Batteriezelle zum Sperren oder Abbrechen eines Betriebs oder Senken eines Stroms in einem Betrieb zumindest einer zweiten Batteriezelle der mehreren zweiten Batteriezellen, die neben der zumindest einen ersten Batteriezelle angeordnet ist, (b) Ermitteln einer Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle, (c) Betreiben der zumindest einen ersten Batteriezelle, wobei die zumindest eine zweite Batteriezelle mittels einer beim Betrieb entstehenden Abwärme der zumindest einen ersten Batteriezelle erwärmt wird, und (d) Sperren oder Abbrechen des Betriebs oder Senken des Stroms des Betriebs der zumindest einen zweiten Batteriezelle, wenn eine Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle die Grenztemperatur erreicht.

Die vorstehenden Verfahrensschritte können auch nach einem separaten weiteren Aspekt die Aufgabe lösen. Nämlich durch ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie für ein Kraftfahrzeug mit mehreren ersten Batteriezellen von einem ersten Materialtyp und mehreren zweiten Batteriezellen von einem zweiten Materialtyp, wobei die ersten Batteriezellen elektrisch miteinander zum von den zweiten Batteriezellen unabhängigen Laden verschaltet sind und die zweiten Batteriezellen elektrisch miteinander verschaltet sind, und wobei jeweils eine der mehreren ersten

Batteriezellen neben jeweils einer der mehreren zweiten Batteriezellen in einer ersten Montageebene angeordnet ist, das Verfahren aufweisend die Schritte: (a) Bestimmen oder Vorgeben einer Grenztemperatur zumindest einer ersten Batteriezelle zum Sperren oder Abbrechen eines Betriebs oder Senken eines Stroms in einem Betrieb zumindest einer zweiten Batteriezelle der mehreren zweiten Batteriezellen, die neben der zumindest einen ersten Batteriezelle angeordnet ist, (b) Ermitteln einer Ist- Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle, (c) Betreiben der zumindest einen ersten Batteriezelle, wobei die zumindest eine zweite Batteriezelle mittels einer beim Betrieb entstehenden Abwärme der zumindest einen ersten Batteriezelle erwärmt wird, und (d) Sperren oder Abbrechen des Betriebs oder Senken des Stroms des Betriebs der zumindest einen zweiten Batteriezelle, wenn eine Ist-Temperatur der zumindest einen ersten Batteriezelle die Grenztemperatur erreicht. Der Betrieb kann ein Ladevorgang oder ein Entladevorgang sein. Der Strom ist entsprechend ein Ladestrom in einem Ladevorgang oder ein Entladestrom in einem Entladevorgang.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie,

Fig. 3 eine Vorderansicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zu einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 5 ein schematisches Diagramm zu einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 1. Die Batterie 1 weist zwei erste Batteriezellen 2.1 , 2.2 von einem ersten Materialtyp, vorliegend LTO, und zwei zweite Batteriezellen 3.1 , 3.2 von einem von dem ersten Materialtyp verschiedenen zweiten Materialtyp, vorliegend LFP oder NMC, auf. Jede der ersten Batteriezellen 2.1 , 2.2 ist jeweils neben einer der zweiten Batteriezellen 3.1 , 3.2 in einer ersten Montageebene 4 angeordnet. Um genau zu sein, ist die zweite Batteriezelle 3.1 vom zweiten Materialtyp zwischen der ersten Batteriezelle 2.1 und der zweiten Batteriezelle 2.2, die beide vom ersten Materialtyp sind, angeordnet, wobei die zweite Batteriezelle 3.2 vom zweiten Materialtyp neben der zweiten Batteriezelle 2.2 vom ersten Materialtyp angeordnet ist. Die ersten

Batteriezellen 2.1 , 2.2 sind mittels Leiterschienen 9.1 , 9.3 in Reihe miteinander und mit einem Ladesteuergerät 8 der Batterie 1 verschaltet. Die zweiten Batteriezellen 3.1 , 3.2 sind mittels Leiterschienen 9.2, 9.4 in Reihe miteinander und mit einem

Ladesteuergerät 8 der Batterie 1 verschaltet. Somit können die ersten Batteriezellen 2.1 , 2.2 unabhängig von den zweiten Batteriezellen 3.1 , 3.2 geladen werden. An den ersten Batteriezellen 2.1 , 2.2 sind jeweils erste Temperatursensoren 6.1 , 6.2 angeordnet. An den zweiten Batteriezellen 3.1 , 3.2 sind jeweils zweite

Tem peratursensoren 7.1 , 7.2 angeordnet.

Figur 2 ist eine schematische Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 1. Hier ist unter anderem eine Anordnung von ersten Batteriezellen 2.1 , 2.2 und zweiten Batteriezellen 3.1 , 3.2 in der ersten Montageebene 4 der Batterie 1 des ersten Ausführungsbeispiels aus Figur 1 gezeigt, wobei die ersten Tem peratursensoren 6, die zweiten Temperatursensoren 7, das Ladesteuergerät 8 und die Leiterschienen 9 der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. Anders als die Batterie 1 aus Figur 1 weist die Batterie 2 gemäß dieses zweiten

Ausführungsbeispieles eine zweite Montageebene 5 mit ersten Batteriezellen 2.3, 2.4 und zweiten Batteriezellen 3.3, 3.4 auf. Die zweite Montageebene 5 ist parallel zu der ersten Montageebene 4 und unterhalb der ersten Montageebene 4 angeordnet. Erste Batteriezellen 2.1 , 2.2 der ersten Montageebene 4 liegen flächig an zweiten

Batteriezellen 3.3, 3.4 der zweiten Montageebene 5 an und zweite Batteriezellen 3.1 , 3.2 der ersten Montageebene 4 liegen flächig an ersten Batteriezellen 2.3, 2.4 der zweiten Montageebene 5 an. Dadurch wird eine Wärmeübertragung zwischen ersten Batteriezellen 2 und zweiten Batteriezellen 3 jeweils in den Montageebenen 4, 5 selbst als auch über die Montageebenen 4, 5 hinweg ermöglicht.

Auch wenn in den Figuren 1 und 2 jeweils nur Ausführungsbeispiele gezeigt sind, bei denen bezogen auf die Montageebene jeweils nur zwei erste Batteriezellen vom ersten Materialtyp und zwei zweite Batteriezellen vom zweiten Materialtyp vorgesehen sind, so ist die Erfindung jedoch keineswegs darauf beschränkt. Es ist vielmehr in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen vorgesehen, bezogen auf eine

Montagebene mehr als zwei erste Batteriezellen vom ersten Materialtyp und mehr als zwei zweite Batteriezellen vom zweiten Materialtyp vorzusehen.

Figur 3 ist eine Vorderansicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 10. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine erfindungsgemäße Batterie 1 auf, die vorliegend als Bordnetzbatterie, insbesondere als Starterbatterie, ausgebildet ist.

Figur 4 ist ein schematisches Diagramm zu einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 4 stellt die Temperatur T zumindest einer ersten Batteriezelle 2 und die Temperatur T zumindest einer zweiten Batteriezelle 3 einer erfindungsgemäßen Batterie 1 über der Zeit t dar. Es kann sich bei den

Temperaturen T jeweils um Temperaturen T einer einzigen der ersten Batteriezelle 2 und einer einzigen der zweiten Batteriezelle 3 oder jeweils um D u rchsch n ittswerte der Temperaturen T mehrerer oder aller der ersten Batteriezellen 2 und mehrerer oder aller der zweiten Batteriezellen 3 handeln. Eine Soll-Temperatur Tss zumindest einer zu ladenden zweiten Batteriezelle 3 zum Starten eines Ladevorganges wurde vor Start des Ladevorganges bestimmt oder vorgegeben. Die Soll-Temperatur T3 _S liegt insbesondere über der Umgebungstemperatur Tu und ferner insbesondere über 0°C. Kontinuierlich wird eine Ist-Temperatur T31 der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle 3 gemessen, die hier über der Zeit t aufgetragen ist.

Vorliegend ist ein Kaltstart der Batterie gezeigt, bei dem sowohl die Temperatur T der ersten Batteriezelle 2 zum Zeitpunkt t = 0 als auch die gemessene Temperatur T31 (t=0) der zweiten Batteriezelle 3 zum Zeitpunkt t = 0 bei der Umgebungstemperatur Tu liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird angefangen, zumindest eine der mehreren ersten Batteriezellen 2, die neben der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle 3 angeordnet sind, durch einen Ladevorgang zu laden. Dabei wird die eine zu ladende zweite Batteriezelle 3 mittels einer beim Laden entstehenden Abwärme der zumindest einen ladenden zweiten Batteriezelle 2 auf die Soll-Temperatur T3 _s erwärmt. Zu dem Soll-Zeitpunkt tss, zu dem die Soll-Temperatur T3 _s der zweiten Batteriezelle 3 erreicht ist, wird ein Ladevorgang der zumindest einen zu ladenden zweiten Batteriezelle 3 gestartet. Zusätzlich zu der Abwärme der zumindest einen ersten Batteriezelle 2 wird die zumindest eine ladende zweite Batteriezelle 3 nunmehr auch durch den

Ladevorgang aufgewärmt und steigt auf ihre Betriebstem peratur TSB. Die

Betriebstemperatur T2 _B der zumindest einen ersten Batteriezelle 2 und die

Betriebstemperatur T3 _B der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 sind vorliegend nur beispielhaft gleich gezeigt, sie können auch unterschiedlich ausfallen. Das

Verfahren kann zudem auch Anwendung finden, wenn die zumindest eine zweite Batteriezelle 3 bereits mit einem Ladestrom geladen wird, der nicht einem maximalen Ladestrom entspricht, um den Ladestrom zu dem Soll-Zeitpunkt tss, zu dem die Soll- Temperatur T3 _s der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 erreicht ist, zu erhöhen.

Figur 5 ist ein schematisches Diagramm zu einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 5 stellt die Temperatur T einer ersten Batteriezelle 2 und die Temperatur T einer zweiten Batteriezelle 3 einer erfindungsgemäßen Batterie 1 über der Zeit t dar. Es kann sich bei den Temperaturen T jeweils um Temperaturen T einer einzigen der ersten Batteriezelle 2 und einer einzigen der zweiten Batteriezelle 3 oder jeweils um Durchschnittswerte der

Temperaturen T mehrerer oder aller der ersten Batteriezellen 2 und mehrerer oder aller der zweiten Batteriezellen 3 handeln. Eine Grenztemperatur T2 _G zumindest einer entladenden ersten Batteriezelle 2 zum Abbrechen eines Entladevorganges zumindest einer zweiten Batteriezelle 3 der mehreren zweiten Batteriezellen 3, die neben der zumindest einen ladenden ersten Batteriezelle 2 angeordnet ist, wurde vor dem Start des Ladevorgangs oder während des Ladevorgangs bestimmt oder vorgegeben. Die Grenztemperatur T2 _G liegt insbesondere über der

Umgebungstemperatur Tu. Kontinuierlich wird die Ist-Temperatur T ₂₁ der zumindest einen entladenden ersten Batteriezelle 2 gemessen, die hier über der Zeit t

aufgetragen ist.

Vorliegend ist ein laufender Betrieb in Form eines Entladevorganges der Batterie gezeigt, bei dem die gemessene Ist-Temperatur T ₂₁ (t=0) der zumindest einen ersten Batteriezelle 2 zum Zeitpunkt t = 0 bei einer Betriebstemperatur T2 _B liegt. Auch die gemessene Ist-Temperatur T3 ₁ (t=0) der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 liegt zum Zeitpunkt t = 0 bei einer Betriebstemperatur T3 _B , die hier lediglich beispielhaft geringer als die Betriebstemperatur T2 _B der ersten Batteriezelle 2 ist und alternativ gleich der Betriebstemperatur T3 _B der zweiten Batteriezelle 3 oder höher als diese sein kann.

Zu einem Aufheiz-Zeitpunkt Ϊ2 _H steigt die Ist-Temperatur T21 der ersten Batteriezelle 2, wobei die zumindest eine zweite Batteriezelle 3 mittels einer beim Entladen

entstehenden Abwärme der zumindest einen entladenden ersten Batteriezelle 2 mit erwärmt wird. Der Anstieg der Ist-Temperatur T31 der ersten Batteriezelle 3 ist dabei wegen der Temperaturdifferenz zwischen der ersten Batteriezelle 2 und der zweiten Batteriezelle 3 steiler als ein Anstieg der Ist-Temperatur T21 (t=0) der zumindest einen ersten Batteriezelle 2. Sobald die Ist-Temperatur T21 der ersten Batteriezelle 2 der Grenztemperatur T2 _G entspricht, wird der Entladevorgang der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 abgebrochen. Dadurch wird diese nicht mehr durch das Entladen erwärmt. Sie kann damit abkühlen, wobei sie als Kühlkörper für die bei Überschreiten der Grenztemperatur T2 _G zu überhitzen drohende zumindest eine erste Batteriezelle 2 fungiert. Statt also in der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 weiter Wärme durch Entladen zu erzeugen, wird der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 Abwärme von der ersten Batteriezelle 2 zugeführt.

Statt einen Entladevorgang der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 abzubrechen kann auch nur der Entladestrom des Entladevorganges gesenkt werden, um weniger Wärme zu produzieren. Ebenso kann, falls die zumindest eine zweite Batteriezelle 3 nicht zum Grenzzeitpunkt t2 _G entladen wird, ein Entladevorgang dieser zweiten

Batteriezelle 3 gesperrt werden, um einen Entladevorgang und die Erzeugung von Wärme zu unterbinden. Außerdem kann das vorbeschriebene Verfahren auch bei einem Betrieb in Form eines Ladevorganges der zumindest einen ersten Batteriezelle 2 und der zumindest einen zweiten Batteriezelle 3 entsprechend Anwendung finden.

Bezugszeichenliste

1 Batterie

2 erste Batteriezelle

3 zweite Batteriezelle

4 erste Montageebene

5 zweite Montageebene

6 erster Temperatursensor

7 zweiter Temperatursensor

8 Ladesteuergerät

9 Leiterschiene

10 Kraftfahrzeug

T Temperatur

Tu Umgebungstemperatur

T2 _B Betriebstemperatur der ersten Batteriezelle

T 3 _B Betriebstem peratur der zweiten Batteriezelle

T21 Ist-Temperatur der ersten Batteriezelle

T31 Ist-Temperatur der zweiten Batteriezelle

T2 _G Grenztemperatur der ersten Batteriezelle

T3 _S Soll-Temperatur der zweiten Batteriezelle t Zeitpunkt

tss Soll-Zeitpunkt der zweiten Batteriezelle

Ϊ2 _H Aufheiz-Zeitpunkt der ersten Batteriezelle t2 _G Grenzzeitpunkt der ersten Batteriezelle