Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, bei welchen eine verbesserte Kapazität bei gleichzeitig hoher Sicherheit der Batterie ermöglicht wird.

Stand der Technik

Verschiedenste Batterien, wie etwa Lithium-basierte Energiespeicher

beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen.

Dabei ist es bei verschiedensten Batterien oftmals vorgesehen, dass diese mit Bezug auf verschiedene Parameter Grenzwerte aufweisen, um die Batterien in einem sicheren Zustand zu betreiben. Es ist daher bekannt, ein Batteriesystem derart zu überwachen und zu steuern, dass ein Betreiben des Batteriesystems in dem sicheren Betriebszustand sichergestellt werden kann. Aus dem Dokument JP 2014-011826 A ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, um einen Ladevorgang einer Batterie zu überwachen. Es wird beschrieben, dass ein beendeter Ladevorgang der Batterie durch einen Grenzwert eines

Ladestroms detektiert wird. Dabei erfolgt eine Detektion des Alterungszustands der Batterie, um den Grenzwert des Ladestroms entsprechend dem

Alterungszustand anzupassen. Aus dem Dokument EP 0 508 720 AI ist ferner ein Regelkreis zur Steuerung des Ladevorgangs einer Batterie bekannt. Dem Regelkreis dient als Eingangsgröße der Innenwiderstand der Batterie, der mit einem Referenzwert verglichen wird, um den Ladezustand zu ermitteln.

Das Dokument EP 2 680 392 AI beschreibt ein Verfahren zum Wiederaufladen einer Batterie. Dabei soll die Kapazität der Batterie erhöht werden, ohne eine Ladeschwelle zu überschreiten. Dies soll gemäß diesem Dokument erzielt werden, indem während eines Ladezyklus ein wiederholtes Laden der Batterie erfolgt.

Aus dem Dokument US 2011/0057623 AI ist ferner ein Batteriesystem bekannt, bei dem die die Batterie überwacht wird und entsprechende Informationen an ein Ladegerät übermittelt werden, um eine Energieeinsparung zu ermöglichen und ferner die Effizienz und Funktionalität zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems, wobei das Batteriesystem eine Batterie umfasst, die mit einem Betriebsparameter betreibbar ist, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist:

a) Definiertes Betreiben der Batterie mit einer vordefinierten Größe des Betriebsparameters derart, dass

b) wenigstens eines von der Dauer des Betreibens der Batterie mit der vordefinierten Größe des Betriebsparameters und der Größe des Betriebsparameters ausgewählt wird auf Basis eines

Belastungskriteriums, wobei

c) das Belastungskriterium zum Einhalten eines zukünftigen vorbestimmten Alterungsverlaufs der Batterie ermittelt wird, wobei der Alterungsverlauf auf einer Belastung der Batterie durch den Betriebsparameter basiert. Ein vorbeschriebenes Verfahren ermöglicht das Betreiben einer Batterie mit einer besonders hohen Leistungsfähigkeit, beispielsweise mit einer besonders hohen Kapazität, bei einer gleichzeitig sicheren Betriebsweise. Das Verfahren bezieht sich auf ein Betreiben eines Batteriesystems, wobei das

Batteriesystem eine Batterie umfasst, die mit einem Betriebsparameter betreibbar ist.

Im Folgenden wird das Betreiben der Batterie mit Bezug auf einen

Betriebsparameter beschrieben, wobei in für den Fachmann verständlicher

Weise gleichermaßen das Betreiben der Batterie beziehungsweise das

Durchführen des Verfahrens mit Bezug auf eine Mehrzahl von wenigstens zwei Betriebsparametern von der Erfindung umfasst ist.

Weiterhin wird die Erfindung im Folgenden mit Bezug auf eine Batterie beschrieben, wobei unter einer Batterie in für den Fachmann verständlicher Weise gleichermaßen eine Batteriezelle, wie auch eine Mehrzahl von etwa zu einem Batteriemodul oder Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen von der Erfindung umfasst sind.

Das Verfahren basiert darauf, dass Batterien in herkömmlicher Weise mit Bezug auf einen Betriebsparameter, wie etwa mit Bezug auf die von der Batterie bereitgestellte Spannung, auf den durch die Batterie fließenden Strom und auf die Temperatur der Batterie, bei Werten betrieben werden, die innerhalb vorbeschriebener Betriebsgrenzen liegen. Herkömmlicher Weise umfasst eine Batterie dabei starre Betriebsgrenzen. Diese Betriebsgrenzen umfassen insbesondere eine Sicherheitsschwelle, ab welcher in Abhängigkeit der Größe und Dauer des Wertes des jeweiligen Betriebsparameters

Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden sollten, da bei Überschreiten der Sicherheitsschwelle und damit bei einem Betreiben der Batterie in dem kritischen Betriebszustand eine Sicherheitsbeeinträchtigung vorliegen kann.

Weiterhin kann eine Normbetriebsschwelle vorgesehen sein, die mit einem Abstand zu der Sicherheitsschwelle angeordnet ist, wobei der Bereich unterhalb der Normbetriebsschwele der Normbetriebsbereich ist, der Bereich zwischen Normbetriebsschwelle und Sicherheitsschwelle der Sicherheitsbetriebsbereich ist und der Bereich oberhalb der Sicherheitsschwelle der kritische Betriebszustand ist. Die Normbetriebsschwelle kann dabei in herkömmlicher Weise die Größe des Wertes des Betriebsparameters bestimmen, innerhalb der die Batterie mit Bezug auf den Betriebsparameter grundsätzlich besonders vorteilhaft betrieben werden kann, und kann etwa von dem Hersteller der Batterie als bevorzugte

Betriebsgrenze festgelegt sein. Innerhalb der Normbetriebsschwelle kann die Batterie zum einen ohne Sicherheitsbedenken betrieben werden, da diese Betriebsschwelle beabstandet zu der Sicherheitsschwelle liegt, und dabei etwa unterhalb dieser beispielsweise mit Bezug auf den Betrag des Wertes des Betriebsparameters. Neben einer besonders großen Sicherheit durch das Vorsehen eines Sicherheitspuffers durch den Sicherheitsbetriebsbereich kann das Vorsehen der Normbetriebsschwelle die Aufgabe erfüllen, dass ein Betreiben der Batterie in dem Rahmen der Normbetriebsschwelle beziehungsweise in dem Normbetriebsbereich auch auf Dauer es ermöglichen kann, dass die Belastung der Batterie bei einem Betreiben auf einen vorgebbaren Wert begrenzt ist. So kann beispielsweise die Lebensdauer der Batterie eine vorbestimmte optimale Bedingung erfüllen da die Normbetriebsschwelle ein Betreiben der Batterie in einem besonders schonenden Zustand ermöglichen kann.

Das Vorsehen der Normbetriebsschwelle beziehungsweise das Vorsehen eines Abstands der Normbetriebsschwelle zu der Sicherheitsschwelle kann ferner den weiteren Vorteil aufweisen, dass ein unerwünschtes Auslösen von

Sicherheitsmaßnahmen unterbleiben kann für den Fall, dass ein nur kurzzeitiges Überschreiten der Normbetriebsschwelle erfolgt. In einem derartigen Fall kann meist ein weiteres Betreiben ohne eine Sicherheitsgefährdung möglich sein, wodurch Sicherheitsmaßnahmen nicht erforderlich sind. Somit kann das definierte Vorsehen von Normbetriebsschwelle und Sicherheitsschwelle grundsätzlich ein besonders schonendes und verlässliches Betreiben der Batterie beziehungsweise des Batteriesystems ermöglichen.

Bei dem vorbeschriebenen Verfahren zum Betrieben des Batteriesystems wird es nunmehr ausgenutzt, dass die etwa von einem Batteriehersteller festgelegte Normbetriebsschwelle und damit beispielsweise eine Begrenzung der Spannung gültig ist für verschiedenste Betriebsweisen, um die Batterie in möglichst vielen verschiedenen Anwendungen verwenden zu können. Dadurch kann es jedoch vorgesehen sein, dass ein vergleichsweise großer Sicherheitsbetriebsbereich vorgesehen ist, um die Sicherheit gegebenenfalls bei sämtlichen

Betriebsbedingungen beziehungsweise Anwendungsgebieten sicherstellen zu können. Somit wurde es gefunden, dass zwischen der Normbetriebsschwelle und der Sicherheitsschwelle, also in dem Sicherheitsbetriebsbereich, ein Betreiben der Batterie ermöglicht werden kann, bei dem zwar geringe Beeinträchtigungen mit Bezug auf die Belastung der Batterie vorliegen können, jedoch ein sicheres Arbeiten noch problemlos gewährleistet ist. Damit wird gegenüber einem Battery- Management-System ohne die beschriebene Methodik beziehungsweise ohne Anwendung des vorbeschriebenen Verfahrens ein höherer Spannungsbereich nutzbar und somit mehr Energie aus der Zelle verfügbar.

Im Detail umfasst das Verfahren die Verfahrensschritte:

a) Definiertes Betreiben der Batterie mit einer vordefinierten Größe des Betriebsparameters derart, dass

b) wenigstens eines von der Dauer des Betreibens der Batterie mit der vordefinierten Größe des Betriebsparameters und der Größe des Betriebsparameters ausgewählt wird auf Basis eines

Belastungskriteriums, wobei

c) das Belastungskriterium zum Einhalten eines zukünftigen vorbestimmten Alterungsverlaufs der Batterie ermittelt wird, wobei der Alterungsverlauf auf einer Belastung der Batterie durch den Betriebsparameter basiert.

Das Verfahren basiert somit darauf, dass insbesondere dann, wenn die

Sicherheitsschwelle nicht überschritten wird, keine Sicherheitsbeeinträchtigungen vorliegen sondern lediglich die Belastung der Batterie kontrolliert erhöht werden kann. Dadurch wird insbesondere die Beeinträchtigung der Batterie erhöht, was jedoch oftmals akzeptiert werden kann. Insbesondere kann eine

Beeinträchtigung der Batterie eine zukünftige Alterung umfassen, so dass der Betriebsparameter beziehungsweise seine Größe und die Dauer des

Verwendens der Größe des Betriebsparameters ausgewählt wird basierend auf einer zukünftigen Alterung der Batterie beziehungsweise eines hiermit verknüpften Belastungskriteriums. Somit kann das Verfahren derart ausgelegt werden beziehungsweise kann das Batteriesystem derart ausgestaltet sein, dass definierte Anforderungen an die Lebensdauer der Batterie und somit an einen zukünftigen Alterungsverlauf erfüllt werden können, wenn die Grenzen mit Bezug auf Dauer und Stärke des

Verwendens des Parameters eingehalten werden.

Eine Alterung der Batterie etwa durch eine erhöhte Batteriespannung kann dabei beispielsweise hervorgerufen werden durch das Auftreten von Nebenreaktionen, welche Aktivmaterial insbesondere irreversibel verbrauchen können. In dem nicht beschränkenden Fall einer Lithium-Batterie, beispielsweise, kann Lithium oder eine Lithium-Spezies verbraucht werden.

Um eine Alterung der Batterie und damit einen Verlust der

Ladungsträgerkapazität beziehungsweise des Ladungsspeichervermögens zu beschreiben, kann ein Belastungskriterium herangezogen werden. Das

Belastungskriterium kann dabei insbesondere auf einer Belastung der Batterie durch den Betriebsparameter basieren, welcher erfindungsgemäß verwendet und geregelt wird. Somit umfasst das Verfahren nicht das Einstellen des Parameters auf Basis eines etwa während der Herstellung oder in Betriebnahme

vorbestimmten Wertes sondern vielmehr auf Basis eines konkret ermittelten

Belastungskriteriums, welches während der Laufzeit der Batterie sich

wiederholend ermittelt wird, um so die konkret vorliegenden Eigenschaften der Batterie zu berücksichtigen. Dieses Belastungskriterium kann in der Software einer Steuereinheit des

Batteriesystems, wie etwa in dem Batterie-Management-System, hinterlegt sein beziehungsweise angewendet werden und beispielsweise dazu dienen, die durch Erhöhung der Belastung beziehungsweise durch Erhöhung der

Leistungsfähigkeit der Batterie hervorgerufene Alterung zu beschreiben und durch Regeln des Betriebsparameters die Alterung ebenfalls zu regeln beziehungsweise in definierten Grenzen zu halten.

Ein beispielhaftes Belastungskriterium S als Funktion in Amperestunden [Ah], kann dazu dienen, die Alterung sowohl bei sehr hohen als auch bei niedrigen Spannungen und damit im Wesentlichen in dem gesamten Spannungsbereich der Batterie zu beschreiben, bei welchen signifikant Nebenreaktionen auftreten. Das Belastungskriterium S kann etwa wie folgt lauten:

Dabei beschreibt S das Belastungskriterium, welches dem Kapazitätsverlust der Batterie durch auftretende Nebenreaktionen entspricht. Das Belastungskriterium

S kann beschrieben werden beispielsweise als Strom unter Einbezug der Summe aller Nebenreaktionen l _Sr beziehungsweise deren Kapazitätsverlust nach der Zeit. In anderen Worten kann der Kapazitätsverlust als zeitliches Integral über den Betrag der Funktion I _S R beziehungsweise der Nebenreaktionen erhalten werden, die insbesondere in Bereichen sehr hoher oder niedriger Spannung auftreten und Aktivmaterial, wie etwa Lithium verbrauchen.

Beispielsweise kann die Summe aller Nebenreaktionen l _Sr dabei wie folgt ermittelbar sein:

Dabei setzt sich der Wert I _S R zusammen aus der Summe aller Nebenreaktionen bei einer ausgeschalteten Batterie beziehungsweise während eines Ruhens der Batterie Λ · /^ ^" ^ und aus der Summe aller Nebenreaktionen bei einer eingeschalteten Batterie, welche somit geladen oder entladen wird

I - Fi - e ⁰ ^ Für den nicht beschränkenden Fall des Durchführens des Verfahrens in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug kann der erste Faktor somit die Nebenreaktionen während eines Parkens des Fahrzeugs beschreiben, wohingegen der zweite Faktor etwa die Nebenreaktionen während eines Fahrens des Fahrzeugs und damit Ladens beziehungsweise Entladens der Batterie beschreiben kann.

Die Nebenreaktionen weist eine exponentielle Abhängigkeit der Spannung auf. Bei dem ersten Faktor der vorbeschriebenen Gleichung entsprechen l _t dem

Ruhestrom, der durch die Nebenreaktion ausgelöst wird und der die

Nebenreaktionen modelliert, wenn die Batterie nicht betrieben wird und kalendarisch altert, kt der Temperaturabhängigkeit der Nebenreaktionen bei einer ausgeschalteten Batterie, U die aktuelle Batteriespannung und U _t einem

Schwellwert der Spannung, ab welcher die betrachteten Nebenreaktionen signifikant auftreten. Es wird insbesondere die Annahme getroffen, dass die untersuchten Nebenreaktionen beispielsweise in einem mittleren

Spannungsbereich nicht auftreten sondern nur dann vorliegen, wenn eine Grenzspannung U _t überschritten wird. Bei dem zweiten Faktor der obigen Gleichung entsprechen I dem eingeprägten Strom, Fi einem

Proportionalitätsfaktor, der sich beispielsweise über die Lebensdauer verändern kann, k| beschreibt die Temperaturabhängigkeit der Nebenreaktion bei einer eingeschalteten Batterie, U ist die derzeit anliegende Batteriespannung und Ui die Spannungsschwelle der Nebenreaktion. Somit ist die Nebenreaktion proportional mit Fi zum eingeprägten Strom I , wobei Fi sich beispielsweise über die Lebensdauer verändern kann.

Als Spannung kann die Klemmenspannung der Batterie im Betrieb,

herangezogen werden. Wesentlich genauer kann es jedoch sein, wenn etwa eine Steuereinheit, wie beispielsweise das Batterie-Management-System, die

Elektrodenspannungen der Anode und der Kathode schätzen beziehungsweise messen kann, bei einer beispielhaften Verwendung einer Lithium-Batterie etwa gegen Li ⁺ , und das Ergebnis als Grundlage für die Spannung U verwendet wird. Dabei können die Parameter, die nicht unmittelbar messbar sind, wie etwa die

Temperaturabhängigkeiten k _t , k|, die Spannungsgrenzen Ui , U _t oder der Proportionalitätsfaktor Fi durch entsprechende Messungen ermittelt werden. Dies kann beispielsweise realisierbar sein durch Zyklisierungsversuche der Batterie, bei welchen beispielsweise Kapazitätsverluste bei unterschiedlichen

Spannungen ermittelt werden.

Somit beschreiben K _t , U _t und l _t den Ruhezustand der Batterie, wohingegen K|, Ui und Fi den Betrieb der Batterie beschreiben. Der aus den vorbestimmten Parametern bestimmbare Wert I _S R ist wie bereits beschrieben die Summe aller Nebenreaktionen und wird als Absolutwert über den Fahrzyklus aufintegriert, er entspricht dem Kapazitätsverlust durch die Nebenreaktionen. Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die gegebenenfalls auftretenden Belastungen und der damit einhergehende verstärkte Alterungsverlauf erfindungsgemäß kontrolliert beziehungsweise bestimmt werden kann, indem b) wenigstens eines von der Dauer des Betreibens der Batterie mit der

vordefinierten Größe des Betriebsparameters und der Größe des

Betriebsparameters ausgewählt wird auf Basis eines Belastungskriteriums, wobei gemäß Verfahrensschritt c) das Belastungskriterium zum Einhalten eines zukünftigen vorbestimmten Alterungsverlaufs der Batterie ermittelt wird, wobei der Alterungsverlauf auf einer Belastung der Batterie durch den

Betriebsparameter basiert. In anderen Worten ist es bei einem vorbeschriebenen

Verfahren vorgesehen, lediglich eine Sicherheitsschwelle fest vorzusehen, eine konstante verwendete Normbetriebsschwelle jedoch zumindest temporär nicht vorliegen zu haben sondern die Einstellung der Parameter dynamisch zu regeln auf Basis einer vorbestimmten und gewünschten zukünftigen Alterung. Dadurch können Alterungsziele problemlos erreicht werden. Für den Fall, dass ein konstanter Normbetriebsbereich weiter vorliegt, kann dieser auf vordefinierte und gewünschte Weise mit Bezug auf den Betriebsparameter verlassen werden, wobei bevorzugt die Größe des Parameters in dem Sicherheitsbetriebsbereich als auch die Dauer, in der sich der Parameter in dem Sicherheitsbetriebsbereich beziehungsweise auf einer jeweiligen Größe befindet, auf vordefinierte Weise gesteuert werden.

Auf diese Weise kann insbesondere die Alterung in einem annehmbaren beziehungsweise vertretbaren Bereich liegen und kann ferner vorhersagbar sein.

Bei dem vorbeschriebenen Verfahren kann somit in einer definierten und kontrollierten Weise der verwendbare Betriebsbereich des Betriebsparameters zumindest begrenzt vergrößert werden, ohne dabei unvorhersagbare und ungewollte Beeinflussungen der Batterie und damit einhergehende Nachteile befürchten zu müssen.

Im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik, wo stets eine vorbestimmte konstante Normbetriebsschwelle nicht überschritten werden sollte, geht das vorbeschriebene Verfahren einen entgegengesetzten Weg und nutzt den Sicherheitsbetriebsbereich jenseits einer gedachten konstanten Normbetriebsschwelle, um auf definierte Weise die Leistungsfähigkeit der Batterie zu erhöhen. Es findet somit gezielt ein Einstellen des

Betriebsparameters statt derart, dass seine Größe auch in einen ursprünglichen Sicherheitsbetriebsbereich gehen kann, um so die Leistungsfähigkeit auf gewünschte Weise anpassen zu können. Es ist dabei ein Verdienst der Erfinder gefunden zu haben, dass auf diese Weise ohne Sicherheitsbedenken und mit kalkulierbaren und vorbestimmbaren Beeinträchtigungen die Leistungsfähigkeit der Batterie signifikant gesteigert werden kann.

Das vorbeschriebene Verfahren nutzt somit aus, dass durch ein Überschreiten der Normbetriebsschwelle beziehungsweise durch das Entfernen einer konstanten Normbetriebsschwelle die Leistungsfähigkeit der Batterie verglichen mit einem permanenten Betreiben innerhalb der ursprünglich vorgegebenen Normbetriebsschwelle deutlich gesteigert werden kann, ohne jedoch einen Sicherheitsverlust oder signifikante Einschränkungen hinnehmen zu müssen.

Dabei ist keine umständliche Implementierung des Verfahrens in bestehende Betriebssysteme notwendig, sondern das vorbeschriebene Betreiben des Batteriesystems kann auf einfache Weise durch das Batterie- Management- System, beispielsweise, erfolgen. Dabei kann das Verfahren ferner auf

Parametern basieren, die oftmals ohnehin ermittelt werden, so dass im

Wesentlichen keine weiteren Sensoren oder ähnliches verwendet werden brauchen.

Somit kann das vorbeschriebene Verfahren es erlauben, auf einfache und sichere Weise die Leistungsfähigkeit der Batterie, wie beispielsweise die Kapazität der Batterie, zu erhöhen.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass der

Betriebsparameter ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Spannung, Strom und Temperatur. Insbesondere die vorgenannten Betriebsparameter, also die von der Batterie bereitgestellte Spannung, der durch die Batterie fließende Strom sowie eine Temperatur der Batterie können es erlauben, dass durch eine entsprechende Erhöhung dieses Betriebsparameters eine signifikante Steigerung der Leistungsfähigkeit der Batterie ermöglicht werden kann. Ersichtlich wird dies beispielsweise unter Verwendung der Spannung der Batterie als

Betriebsparameter. Schon bei einer vergleichsweise geringen Steigerung der Spannung von beispielhaften 0,25V, etwa von 4,15V auf 4,40V, kann eine Kapazitätssteigerung um 15% ermöglicht werden, wobei die vorgenannten Werte nur beispielhaft sind. Dabei kann es auch im Sinne dieser Ausgestaltung vorgesehen sein, dass nur einer der vorgenannten Betriebsparameter verwendet wird, oder dass eine Mehrzahl von wenigstens zwei der vorgenannten

Betriebsparametern verwendet werden beziehungsweise das Batteriesystem mit Bezug auf diese gewollt und definiert in dem jeweiligen

Sicherheitsbetriebsbereich betrieben wird.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren bei einem Ladevorgang der Batterie erfolgt. In anderen Worten kann in dieser Ausgestaltung beispielsweise die Spannung definiert erhöht werden, so dass etwa die Ladeschwelle beziehungsweise Ladezustandsschwelle auf Basis eines gewünschten zukünftigen Alterungsverlaufs definiert erhöht werden kann. Diese Ausgestaltung kann insbesondere deshalb von Vorteil sein, da bei einem Ladevorgang bei steigendem Ladezustand schon bei einer vergleichsweise geringen Erhöhung des Ladezustands beziehungsweise der Spannung der Batterie eine vergleichsweise große Erhöhung der Kapazität der Batterie ermöglicht werden kann. Somit kann insbesondere dann, wenn das Verfahren zumindest teilweisen, insbesondere vollständig, bei einem Ladevorgang erfolgt, eine signifikante Steigerung der Kapazität und damit der Leistungsfähigkeit der Batterie erzeugt werden.

Es kann ferner bevorzugt sein, wenn das Belastungskriterium während des Betreibens der Batterie ermittelt wird. Ein Bestimmen des Belastungskriteriums während des Betreibens der Batterie kann dabei bedeuten, dass das

Belastungskriterium bestimmt wird während eines Ladens oder Entladens der Batterie. In dieser Ausgestaltung kann online, also unmittelbar während des Betriebs, das Belastungskriterium ermittelt werden. Dadurch kann dieses stets auf aktuellen Werten beruhen, was ein Ermitteln des Belastungskriteriums besonders exakt ermöglichen kann. Dadurch kann weiterhin das Einhalten eines gewünschten Alterungsverlaufs, beispielsweise, besonders sicher und exakt ermöglicht werden. In dieser Ausgestaltung werden somit die ermittelbaren Größen, wie etwa Strom oder Spannung, unmittelbar während des Betreibens der Batterie ermittelt.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, wenn das Belastungskriterium auf Basis einer gespeicherten Historie des Betriebsparameters, insbesondere bei einer

Ruhephase der Batterie, ermittelt wird. In dieser Ausgestaltung kann während des Betriebs der Batterie lediglich der entsprechende Betriebsparameter oder die entsprechenden Betriebsparameter, wie etwa Strom und/oder Spannung, aufgezeichnet werden. Dadurch, dass ein Ermitteln während einer Ruhephase der Batterie, also wenn kein Lade- oder Entladevorgang stattfindet, erfolgen kann, etwa während des Parkens eines Fahrzeugs, kann die Rechenleistung des Batterie-Management-Systems während des Betriebs der Batterie besonders niedrig gewählt werden. Dadurch brauchen keine gesteigerten Anforderungen an die Ausstattung des Batteriesystems beziehungsweise an Ausgestaltung des Batterie-Management-Systems eingehalten werden. Eine Implementierung in bestehende Systeme ist so durch eine einfache Software-Anpassung ohne weitere Umbaumaßnahmen möglich.

Darüber hinaus kann das Belastungskriterium ermittelt werden unter

ausschließlicher Betrachtung von Werten, die über einer vordefinierten Schwelle liegen. Diese Schwelle kann beispielsweise der Grenzwert Ui beziehungsweise U _t sein, ab welchem eine Nebenreaktion signifikant einsetzt. Grundsätzlich kann die Schwelle derart gewählt werden, dass erst ab dieser Schwelle ein gesteigerter Alterungsverlauf eintritt. Ein derartiger Wert kann beispielsweise bei 4,1 bis 4,2V liegen. Bis zu dieser Schwelle kann die Batterie problemlos betrieben werden und trotzdem ihre Alterungsziele erfüllen. Somit kann ein Betrachten nur der Werte oberhalb der Schwelle ausreichend sein, da die entsprechenden Werte unterhalb der Schwelle bei der Ermittlung der Alterung nur von untergeordneter Relevanz sind und somit deren Einbeziehung das Ergebnis nicht oder nicht wesentlich beeinflussen. Durch ein Konzentrieren auf die vorgenannten relevanten Werte kann jedoch in großem Maße

Rechenkapazität beispielsweise des Batterie-Management-Systems eingespart werden, so dass auch ein Ermitteln des Belastungskriteriums online, also während des Betreibens der Batterie, problemlos möglich sein kann. Bezug nehmend auf ein Bestimmen des vorbestimmten Alterungsverlaufs auf Basis eines Belastungskriteriums, welches ermittelt wird auf Basis einer gespeicherten Historie des Betriebsparameters, können diese Betriebsparameter beispielsweise in einem zweidimensionalen Histogramm abgespeichert werden. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn, wie dies vorstehend erläutert ist, zwei etwa zusammenhängende Betriebsparameter, wie etwa der Strom und die Spannung, gleichermaßen gespeichert werden. Bei einem zweidimensionalen Histogramm, welches eine Auftragung des Stroms gegen die Spannung aufweist, kann eine Ermittlung des Belastungskriteriums etwa folgendermaßen durchgeführt werden:

U I

Dabei entspricht wiederum j ^" |lsR|< t dem Belastungskriterium wie vorstehend bereits ausgeführt, Σ ΣΝ - dt entspricht der Summe aller festgestellten

U I

Messgrößen der jeweiligen Betriebsgröße, also hier des Stroms und der

Spannung über die Zeit, wobei N die Anzahl der ermittelten Werte entspricht, und

I l _B ins | entspricht der Auflösung der ermittelten Messpunkte, also etwa von Strom und Spannung, in dem Histogramm. Durch eine Bezugnahme auf das

Zeitintegral und der Summe der Messpunkte des Histogramms lautet die Form des Belastungskriteriums:

' U I

Die vorgenannten bevorzugten Beispiele beziehen sich insbesondere auf das Ermitteln des Belastungskriteriums und damit etwa des Alterungsverlaufs auf Basis der Spannung als Betriebsparameter.

Weitere Möglichkeiten zum Ermitteln des Belastungskriteriums beziehungsweise weitere geeignete Betriebsparameter umfassen etwa die Temperatur, die Stromstärke oder Sprünge beziehungsweise Hübe des Ladungszustands (SOC- Hübe) bei einem Betreiben der Batterie, wie etwa bei einem Fahrzyklus eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Auch derartige Parameter können das Elektrodenmaterial, etwa durch Phasenübergänge, negativ beeinflussen. Beispielsweise führt eine erhöhte Stromstärke zu einer erhöhten Temperatur, SOC-Hübe führen zu einem An- und Abschwellen der Elektroden und somit zur Materialabnutzung.

Ein beispielhaftes Belastungskriterium für die Temperatur könnte gemäß den obengenannten Bedingungen beziehungsweise Annahmen folgendermaßen ermittelt werden:

Dabei ist l _T wiederum der Leerlaufstrom, k _t die Temperaturabhängigkeit der Nebenreaktion beziehungsweise der Alterungseffekte und T _t der Schwellwert der Temperatur, ab welcher die Nebenreaktionen beziehungsweise die

Alterungseffekte eintreten.

Es können in für den Fachmann verständlicher Weise auch Kombinationen von Belastungskriterien verschiedener Betriebsparameter ermittelt werden.

Das vorbeschriebene Verfahren kann dabei einen Großteil der Faktoren umfassen, die eine Alterung der Batterie bewirken. Durch die Qualität der Regelung kann jedoch noch ein verlässliches Betreiben der Batterie ermöglicht werden selbst dann, wenn die nicht beachteten Parameter, wie etwa eine kalendarische Alterung oder andere vernachlässigte Faktoren, einen Bereich von bis zu 70% der Gesamtalterung ausmachen.

Es kann weiterhin von Vorteil sein, dass die vordefinierte Größe des

Betriebsparameters ausgewählt wird in Abhängigkeit einer Regelungsdauer. Beispielsweise kann die Größe ausgewählt werden für eine Kurzzeitregelung, die beispielsweise für einige Ladezyklen, wie etwa fünf Ladezyklen, gilt und ferner für eine Langzeitregelung, die für beispielsweise mehr als zehn Ladezyklen gilt. In dieser Ausgestaltung kann somit zum einen eine Langzeitregelung ermöglicht werden, die einen dauerhaften Betrieb der Batterie regelt und ferner eine

Kurzzeitregelung, durch welche kurzzeitig die Leistungsfähigkeit noch stärker erhöht werden kann. Beispielsweise kann die Langzeitregelung einen

Ladungsdurchsatz von beispielsweise 5000Ah umfassen und etwa im Bereich einiger Monate gelten. Weiterhin kann eine Kurzzeitregelung beispielsweise für einen beispielhaften Ladungsdurchsatz von 100Ah oder einer oder weniger Wochen gelten.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens wird hiermit explizit auf die Ausführungen betreffend das Batteriesystem, auf die Figuren und auf die Figurenbeschreibung verwiesen, und umgekehrt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Batteriesystem, aufweisend wenigstens eine Batterie und eine Regeleinheit zum Regeln der Batterie. Das Batteriesystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit ausgebildet ist, ein wie vorstehend im Detail beschriebenes Verfahren auszuführen.

Im Detail kann das Batteriesystem eine Batterie oder eine Mehrzahl an Batterien, wie etwa eine Mehrzahl an Batteriezellen, aufweisen. Die Batterien

beziehungsweise Batteriezellen können beispielsweise zu einem Batteriemodul verbunden sein, um die gewünschten Spezifikation ermöglichen zu können. Rein beispielhaft und in keiner Weise beschränkend kann die Batterie oder können die Batterien Lithium-Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen Batterien sein. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Batteriesystem in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug angeordnet ist.

Das Batteriesystem weist neben der Batterie eine Regeleinheit auf, die das Betreiben der Batterie regeln kann und die somit wenigstens einen Regelkreis aufweist. Hierzu können entsprechende Sensoren vorgesehen sein, um etwa die Temperatur der Batterie, die von der Batterie bereitgestellte Spannung oder den durch die Batterie fließenden Strom zu detektieren. Ferner kann eine

Recheneinheit vorgesehen sein, die anhand der detektierten Betriebsparameter ermittelt, ob ein Regeleingriff notwendig ist beziehungsweise wie die

Betriebsparameter eingestellt werden sollten, um eine gewünschte Vorgabe, wie etwa einen gewünschten Alterungsverlauf, zu realisieren.

Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass die Regeleinheit wenigstens einen ersten Regelkreis und einen mit dem ersten Regelkreis verschachtelten zweiten Regelkreis aufweist. In dieser Ausgestaltung kann ein besonders effektives Regeln der Batterie erfolgen insbesondere mit Bezug auf ein Verfahren, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist.

Dabei kann es besonders bevorzugt sein, wenn der erste Regelkreis ausgebildet ist, um wenigstens eine Regelgröße zum Erreichen eines vorgegebenen

Alterungsverlaufs auszugeben und dass der zweite Regelkreis ausgebildet ist, um wenigstens eine Regelgröße zum Erreichen eines vorgegebenen

Belastungskriteriums auszugeben. Um dies zu realisieren kann es bevorzugt sein, dass ein Sollwert des ersten Regelkreises wählbar ist und/oder dass ein Sollwert des zweiten Regelkreises auf einer von dem ersten Regelkreis ausgegebenen Regelgröße basiert.

Eine vorbeschriebene Regelstruktur kann auf besonders effektive und sichere Weise ein Regeln der Batterie ermöglichen, bei welcher etwa durch sicher zu bestimmende beziehungsweise auszuführende Regelgrößen die Batterie mit

Bezug auf eine maximale Beanspruchung geregelt werden kann. Dabei kann ein Regeln mit Bezug auf eine Beanspruchung verschachtelt werden mit einer Regelung mit Bezug auf einen gewünschten Alterungsverlauf. Im Detail kann insbesondere durch das Vorsehen zweier verschachtelter

Regelkreise, wie dies vorstehend erläutert ist, es ermöglicht werden, dass durch eingeben eines gewünschten Alterungsverlaufs in den ersten Regelkreis dieser eine Regelgröße ausgibt, welche als Eingang des zweiten Regelkreises dient. Basierend auf diesem Eingang kann der zweite Regelkreis die Batterie auf eine gewünschte Beanspruchung regeln insbesondere dann, wenn auf Basis unter anderem der Regelgröße des ersten Regelkreises ein Belastungskriterium ermittelt werden kann. Somit kann die Steuereinheit durch eine einfache Eingabe einer Soll-Alterung die Batterie mit einer definierten Beanspruchung betreiben, um die gewünschte Alterung einhalten zu können.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Ausführungen betreffend das Verfahren, auf die Figuren und auf die Figurenbeschreibung verwiesen, und umgekehrt. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur

beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht verschiedener Betriebszustände einer

Batterie;

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Spannungsverlaufs einer Batterie über die Zeit;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines weiteren Spannungsverlaufs einer

Batterie über die Zeit;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines weiteren Spannungsverlaufs einer

Batterie über die Zeit;

Fig. 5 ein Diagramm zeigend beispielhaft das Regeln einer Batterie;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer Regelstruktur;

Fig. 7 beispielhaft das Ermitteln eines Belastungskriteriums auf Basis eines

Histogramms; und

Fig. 8 eine schematisches Beispiel der Regelung einer Batterie über eine Vielzahl von Ladezyklen.

In der Figur 1 sind mit Bezug auf die Temperatur und die Spannung einer Batterie schematisch und rein beispielhaft verschiedene Betriebszustände gezeigt, innerhalb welcher die Batterie gewollt oder ungewollt in Betrieb sein kann. Im Detail ist die Temperatur T auf der X-Achse gegen die

Batteriespannung U auf der Y-Achse gezeigt. Dabei umfassen die

Betriebszustände einen Normbetriebsbereich 10, einen

Sicherheitsbetriebsbereich 12 und einen kritischen Betriebsbereich 14. Es ist ferner gezeigt, dass eine Normbetriebsschwelle 16 den Normbetriebsbereich 10 und den Sicherheitsbetriebsbereich 12 trennt und dass eine Sicherheitsschwelle 18 den Sicherheitsbetriebsbereich 12 und den kritischen Betriebsbereich 14 trennt. Der Normbetriebsbereich 10 ist dabei ein derartiger Betriebsbereich, bei dem die Batterie derart betrieben wird, dass sowohl eine besonders hohe Sicherheit gegeben ist, als auch weitere vorbestimmte Anforderungen eingehalten werden können, wie etwa Zellkapazität, Energieinhalt, Lade-/Entladekraft, und

Lebensdauer- beziehungsweise Lebensendkriterien (EOL-Kriterien). Ein derartiger Normbetriebsbereich 10 kann beispielsweise von dem Hersteller der Batterie beziehungsweise des Batteriesystems durch eine Betriebsschwelle definiert beziehungsweise begrenzt werden.

Der kritische Betriebsbereich 14 ist weiterhin ein solcher, bei dem

Sicherheitsbeeinträchtigende Wirkungen zu erwarten sind. Somit kann es bei einem kritischen Betriebsbereich insbesondere vorgesehen sein, dass

Gegenmaßnahmen getroffen werden, also wenigstens eine Maßnahme eingeleitet wird, um einem eintretenden Fehlerfall entgegenzuwirken.

Der Sicherheitsbetriebsbereich 12 ist ferner ein solcher, bei dem weiterhin ein sicheres Betreiben der Batterie gewährleistet ist derart, dass keine

schwerwiegenden Fehlerfälle beziehungsweise keine irreversible Schädigung der Batterie zu befürchten sind, welche eine Reparatur nach sich ziehen. Gewisse Anforderungen, wie beispielsweise an die Kapazität, Lebensdauer oder ähnlichem, können in diesem Betriebsbereich jedoch verändert beziehungsweise beeinflusst werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn ein ausreichender Abstand zwischen der Normbetriebsschwelle 16 und der Sicherheitsschwelle 18 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein leichtes Überschreiten der

Normbetriebsschwelle 16 akzeptiert werden, ohne das unmittelbar

Gegenmaßnahmen eingeleitet werden müssen, was gegebenenfalls während eines gewünschten Betreibens nicht zwingend notwendig ist. Dies kann beispielsweise ungewollt während einer Betriebsoperation der Batterie kurzzeitig auftreten, oder dies kann für eine vorbestimmte Dauer und in einem

vorbestimmten Maß gewollt ablaufen, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Figur 2 zeigt schematisch auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse die Spannung U. Ferner zeigt die Kurve 20 die bei der Batterie anliegende

Spannung. Es sind weiterhin eine vorgegebene Ladegrenze 22 gezeigt, wie auch die Normbetriebsschwelle 16, welche den Normbetriebsbereich 10 begrenzt, und beispielsweise geringfügig, etwa in einem Bereich von 5mV, oberhalb der Ladegrenze 22 liegen kann, und die Sicherheitsschwelle 18, ab welcher etwa der kritische Betriebsbereich 14 vorliegen kann und unterhalb welcher etwa der Sicherheitsbetriebsbereich 12 vorliegen kann.

Ferner können die Bereiche ti einen Ladevorgang, t ₂ einen Entladevorgang, etwa während des Betreibens eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, und 3 einen Rekuperationsvorgang bezeichnen. Es ist zu erkennen, dass es oftmals nicht zu verhindern ist, dass die Spannung, etwa während des Ladens oder einer

Rekuperation, ungewollt über die Ladegrenze 22 beziehungsweise über die Normbetriebsgrenze 16 steigt. Dies kann jedoch akzeptiert werden, da die Normbetriebsschwelle 16 einen ausreichend großen Abstand von der

Sicherheitsschwelle 18 aufweist, so dass sich die Spannung stets im

Sicherheitsbetriebsbereich 12 befindet.

Dabei kann eine Einschätzung, inwieweit ein Betreiben der Batterie in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 vorliegt beziehungsweise akzeptiert werden kann, insbesondere umfassen ein Beurteilen der Stärke des Betriebsparameters, wie etwa der Spannung, als auch die entsprechende Zeitdauer des Betreibens in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12. Dies ist in der Figur 3 gezeigt.

Im Detail zeigt Figur 3, wie auch Figur 2, auf der x-Achse die Zeit t und auf der y- Achse die Spannung U. Ferner zeigt erneut die Kurve 20 die bei der Batterie anliegende Spannung. Es sind weiterhin eine vorgegebene Ladegrenze 22 gezeigt, welche in dieser Ausgestaltung der Normbetriebsschwelle 16 entspricht, welche den Normbetriebsbereich 10 begrenzt, und die Sicherheitsschwelle 18, ab welcher etwa der kritische Betriebsbereich 14 vorliegen kann und unterhalb welcher etwa der Sicherheitsbetriebsbereich 12 vorliegen kann.

Die Zeitbereiche I4 und t ₅ zeigen eine vergleichsweise geringe Zeitdauer der Überschreitung der Normbetriebsschwelle 16, etwa in einer Zeitdauer von 300ms (I4) und 500ms (t ₅ ). Weiterhin entsprechen mit Bezug auf die Zeitdauer die Zeiträume t ₆ dem Zeitraum I4 und der Zeitraum t ₇ dem Zeitraum t ₅ . Mit Bezug auf Größe der Spannung in dem Zeitraum des Betreibens der Batterie in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 ist zu erkennen, dass während der Zeiträume t ₆ und t ₇ eine deutlich größere Spannung vorliegt, als bei 1^ und tj.

Dabei kann eine bloße Betrachtung der Zeitdauer des Betreibens der Batterie in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 als auch die bloße Betrachtung der Stärke des Betriebsparameters während des Betreibens der Batterie in dem

Sicherheitsbetriebsbereich 12 ausreichend sein. Unter Umständen kann dies jedoch zu Ergebnissen mit einer vergleichsweise geringen Qualität führen, da bei einer Konzentration auf die Zeit etwa die Zeitdauern t ₅ und t ₇ als kritisch angesehen würden, wohingegen bei einer reinen Betrachtung der Stärke die

Zeiträume t ₆ und t ₇ als kritisch angesehen würden.

Bei einer Betrachtung sowohl der Zeitdauern als auch der Stärke des jeweiligen Betriebsparameters, was etwa einem Zugrundelegen der Fläche unter der Kurve 20 oberhalb der Normbetriebsschwelle 16, also dem schraffierten Bereich in

Figur 3, entspricht, kann dies zu einem veränderten und gegebenenfalls verbesserten Ergebnis führen. Mathematisch kann dies folgendermaßen beschrieben werden:

Xerr = i(U meas Ulimit) dt,

wobei X _err ein Fehlerintegral ist und U _mea s die gemessene beziehungsweise aufgetretene Spannung und υ _Μ die Spannungsschwelle entsprechend der Normbetriebsschwelle 16. Dies kann bei den entsprechenden Zeiträumen und Spannungen rein beispielhaft zu folgenden Werten führen: X _err für t ₄ beträgt 3mVs, Xerr für t ₅ beträgt 5mVs, X _err für t ₆ beträgt 15mVs und X _err für t ₇ beträgt 25mVs. Auf Basis dieser Daten kann eine genaue und sichere Abschätzung etwa der negativen Beeinflussung der Batterie ermöglicht werden.

Alternativ kann eine quadratische Gewichtung erfolgen:

Xerr = i(U meas Ulimit dt

Dies kann bei den entsprechenden Zeiträumen und Spannungen rein beispielhaft und in Vergleich zu der vorbeschriebenen Annahme zu Werten wie folgt führen: Xerr für t ₄ beträgt 30μ\/ ² 8, X _err für t ₅ beträgt 50μ\/ ² 8, X _err für t ₆ beträgt 750μ\/ ² 8 und Xerr für t ₇ beträgt 1250μν ² 8. Auf Basis dieser Daten kann eine noch exaktere und damit noch sicherere Abschätzung etwa der negativen Beeinflussung der Batterie ermöglicht werden. Die quadratische Gewichtung der Spannungen hat den Vorteil, dass ein besonders definiertes Betreiben der Batterie ermöglicht werden kann.

Es ist also ersichtlich, dass mit Bezug auf einen oder mehrere Betriebsparameter durch eine Beurteilung sowohl der Dauer des Betreibens der Batterie in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 beziehungsweise mit einer definierten Größe als auch die Größe des Betriebsparameters während des Betreibens des

Betriebsparameters in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 beziehungsweise mit der betreffenden Größe in vorteilhafter Weise ein definiertes Betreiben der Batterie in dem Sicherheitsbetriebsbereich 12 beziehungsweise mit der betreffenden Größe ermöglicht werden kann.

Zurückkommend auf Figur 1 kann mit Bezug auf die Lage der

Betriebsbereichsschwellen 16, 18 beispielsweise auf eine Einteilung der EUCAR zurückgegriffen werden, welche eine Einteilung in verschiedene Gefahrenstufen bei bestimmten Fehlerfällen mit Bezug auf elektrisch Systeme (EEES, electrical equipment safety System) darstellt. Gemäß dieser Einstufung sind verschiedenen Fehlerfällen verschiedene Wirkungen zugeschrieben. Diese können

beispielsweise von der geringsten Gefahrstufe, bei welcher keine negative Wirkung zu erwarten ist, bis hin zu einer stärksten Gefahrstufe, bei der etwa eine Explosion der Batterie erwartet werden muss, verlaufen. Die

Normbetriebsschwelle 16 mit Bezug auf den oder die jeweiligen

Betriebsparameter kann dabei unterhalb der Gefahrenstufe 0 nach EUCAR angeordnet sein und die Sicherheitsschwelle 18 kann ferner etwa der Grenze der Gefahrenstufe 0 nach EUCAR entsprechen. Diese Schwellen werden oftmals von dem Hersteller festgelegt und sind in einer Steuer- beziehungsweise

Regeleinheit, wie etwa in dem Batterie- Management-System hinterlegt. Diese Schwellen sind in der Regel allgemeingültig und damit für alle Fahrzustände beziehungsweise Anwendungen gleichermaßen vorgegeben, um ein sicheres und bezogen auf sämtliche Betriebszustände allgemeingültig ausgewogenes Betreiben der Batterie zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, den Betrieb der Batterie nicht mehr grundsätzlich auf sämtliche Betriebszustände beziehungsweise

Anwendungen im Vorhinein auszulegen, sondern vielmehr die Belastung der Batterie selektiv zu steuern und so die Leistungsfähigkeit der Batterie zu verbessern.

In der Figur 4 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch gezeigt.

Insbesondere in einem Vergleich zu Figur 2 ist zu erkennen, dass die

gewünschte Ladespannungsschwelle 22 in definierter Weise in den

Sicherheitsbetriebsbereich 12 verschoben ist. Für den Fachmann ist dabei ersichtlich, dass eine Normbetriebsschwelle 16 noch vorliegen kann, jedoch nicht mehr zwingend vorliegen braucht, also im Weiteren als gedachte Schwelle angesehen werden kann. Dadurch kann durch das Erreichen einer erhöhten Spannung trotz eines sicheren Betreibens der Batterie eine vergrößerte

Kapazität erzielt werden, indem insbesondere durch eine Langzeitregelung die Spannung sich in definierter Weise in dem Sicherheitsbetriebsbereich befindet und nicht hauptsächlich, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, in dem

Normbetriebsbereich 10. Dies kann insbesondere deshalb von Vorteil sein, da bei vergleichsweise geringen Erhöhungen der Spannung eine vergleichsweise große Verbesserung der Kapazität möglich ist.

Dabei kann etwa durch eine geeignete Steuerung beziehungsweise Regelung realisiert werden, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie gewünscht steigt, die Beanspruchung der Batterie wie insbesondere ihre Alterung jedoch nicht über einen vordefinierten Wert steigt. Dies ist in der Figur 5 gezeigt.

Figur 5 zeigt im Detail in dem oberen Diagramm schematisch einen Auftrag der Lebenszeit der Batterie auf der Achse Xi und an der Achse Yi eine Belastung der Batterie. In dem unteren Diagramm ist schematisch ein Auftrag der

Lebenszeit der Batterie auf der Achse X ₂ und an der Achse Y ₂ ein Schwellwert eines Betriebsparameters, wie etwa der Spannung, gezeigt. Dabei zeigt die Kurve 24 eine konkret auftretende Belastung der Batterie, die Kurve 26 zeigt eine gewünschte Grenze der Belastung der Batterie, die Kurve 28 zeigt einen konkret vorliegenden Betriebsparameter, wie etwa die Spannung, und die Linie 30 zeigt einen gewünschten Schwellenwert des Betriebsparameters, wie etwa die Normbetriebsschwelle 16. Ferner sollen die Abschnitte I bis VI verschiedene Zeitintervalle angeben. Durch einen Vergleich der oberen mit der unteren Grafik kann gezeigt werden, dass durch eine entsprechende Regelung, also etwa durch ein Anheben beziehungsweise Absenken der Größe des Betriebsparameters, wie etwa der Spannung, es möglich ist, auf unterschiedliche und gegebenenfalls auch nicht vorhergesehene Einflüsse zu antworten und so die Beanspruchung stets innerhalb gewünschter Grenzen zu halten. Dadurch kann beispielsweise die Alterung der Batterie ebenfalls wie gewünscht eingehalten werden.

Beispielsweise kann zu Beginn des Abschnitts II, wenn die tatsächliche

Beanspruchung unterhalb des gewünschten beziehungsweise erlaubten Wertes liegt, die Spannung angehoben werden. Liegt die tatsächliche Beanspruchung dagegen oberhalb eines vorbeschriebenen Wertes, kann der Betriebsparameter gesenkt werden, wie dies in dem Abschnitt III gezeigt ist, so dass auf einfache Weise stets eine vorbestimmte Beanspruchung eingehalten werden kann. Eine bevorzugte aber rein beispielhafte Regelstruktur 32, um eine Regelung basierend etwa auf einer Beanspruchung der Batterie auszuführen, ist ferner in der Figur 6 gezeigt. Die Regelstruktur 32 ist insbesondere Bestandteil einer Regeleinheit eines Batteriesystems. Die Regelstruktur 32 in der Figur 6 ist insbesondere Bestandteil eines

Batteriesystems und kann im Detail Bestandteil einer Steuereinheit

beziehungsweise Regeleinheit sein, wie etwa des Batterie- Management- Systems. Die Regelstruktur 32 gemäß Figur 6 beziehungsweise die Steuerbeziehungsweise Regeleinheit kann dabei über nicht gezeigte Verbindungen mit der Batterie verbunden sein, um so einen Regeleingriff basierend auf den in der

Regelstruktur 32 ausgeworfenen Regelgrößen durchführen zu können.

Im Detail umfasst die Regelstruktur 32 einen ersten Regelkreis 35 und einen mit dem ersten Regelkreis 35 verschachtelten zweiten Regelkreis 37, wie dies nachstehend ersichtlich wird. Dabei ist der erste Regelkreis 35 ausgebildet, um wenigstens eine Regelgröße zum Erreichen eines vorgegebenen

Alterungsverlaufs auszugeben und ist der zweite Regelkreis 37 ferner ausgebildet, um wenigstens eine Regelgröße zum Erreichen eines

vorgegebenen Belastungskriteriums auszugeben. Im Detail ist ein Sollwert des ersten Regelkreises 35 wählbar und basiert ein Sollwert des zweiten Regelkreises 37 auf einer von dem ersten Regelkreis 35 ausgegebenen Regelgröße.

Die Funktionsweise der Regelstruktur 32 beziehungsweise die Verschachtelung der Regelkreise 35, 37 wird im Folgenden beschrieben.

Zunächst wird in einer Eingabeeinheit 34 insbesondere als einzigem externen Eingang in die Regelstruktur 32 ein Sollwert eines gewünschten

Alterungszustands beziehungsweise Alterungsverlaufs mit Bezug auf die Kapazität (SOHc) eingegeben. Dieser kann beispielsweise einer Kapazität von

80% innerhalb von 10 Jahren oder innerhalb von einer Fahrleistung von 300.000km bezogen auf den Ursprungswert entsprechen und sich somit beispielsweise auf einen gewünschten Wert zu einer bestimmten Zeit in der Zukunft beziehen, wobei eine lineare Abnahme angenommen werden kann. Somit liegt in dem Funktionsblock 36 der Soll-SOHc vor, welcher basierend auf einem gewünschten Alterungsverlaufs zum momentanen Zeitpunkt vorliegen sollte. Dieser wird zu einem Funktionsblock 40 geleitet, welcher gleichermaßen mit einem derzeit vorliegenden SOHc versorgt wird. Der derzeit vorliegende SOHc kann von dem Funktionsblock 38 ermittelt und zu dem Funktionsblock 40 geleitet werden. Der momentan vorliegende SOHc kann in für den Fachmann verständlicher Weise anhand gemessener Spannungswerte während eines Ladezyklus, beispielsweise, ermittelt werden.

Durch einen Vergleich des Soll-SOHc mit dem momentan vorliegenden SOHc kann in dem Funktionsblock 40 eine entsprechende Differenz ermittelt werden.

Diese wird in einen Transformationsblock 42, wie etwa einen PID-Regler, geleitet, welcher durch in der Regeltechnik an sich bekannter und problemlos implementierbarer Weise durch Definition einer gewünschten Regelstrecke als Ausgang 44 eine Regelgröße ausgeben kann. Als eine derartige Regelgröße kann beispielsweise eine Soll-Beanspruchung für die Batterie ausgegeben werden, um dadurch den Alterungsverlauf durch Anpassung der Beanspruchung einzustellen.

Die Soll-Beanspruchung wird wiederum in einen Funktionsblock 46 geleitet, in welchem die Soll-Beanspruchung mit einer derzeit vorliegenden Beanspruchung verglichen wird. Die derzeit vorliegende Beanspruchung kann in dem

Funktionsblock 48 ermittelt werden und an den Funktionsblock 46 geleitet werden. Figur 7 zeigt ein Beispiel des Ermitteins eines Beanspruchungs-Kriteriums während eines Betreibens der Batterie. Im Detail ist in dem oberen Diagramm der Figur 7 ein zweidimensionales Histogramm gezeigt, in welchem die

Spannung insbesondere als oberes Spannungslimit auf der X-Achse angegeben ist und wobei auf der Y-Achse der durch die Batterie fließende Strom angegeben ist. Die Skala N zeigt ferner die Anzahl des Auftretens der entsprechenden

Werte. Eine derartige Historie der Betriebsparameter kann etwa während eines Betreibens der Batterie erfolgen. Beispielhaft kann dies während einer Fahrdauer eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs von etwa 10 Stunden realisiert werden.

Eine Veränderung des Spannungswertes führt zu einer Verschiebung des Histogramms, da der Strom mit dem Faktor e ^(U"U(l)) multipliziert wird.

In dem unteren Diagramm ist die Zellspannung U _ce ii gegen den Faktor e ^Uce " aufgetragen. Dabei ist ersichtlich, dass insbesondere bei hohen Spannungen eine signifikante Veränderung auftritt. Es wird insbesondere ersichtlich, dass ein Einbeziehen von Werten, die oberhalb eines Grenzwertes Ui liegen, ausreichen kann, da Werte unterhalb dieses Grenzwertes gegebenenfalls keine signifikanten Veränderungen hervorrufen.

Zurückkommend auf den Funktionsblock 46 wird in diesem die Differenz des Sollwerts und des derzeit vorliegenden Wertes der Beanspruchung gebildet und in den Transformationsblock 50, wie etwa einen PI D-Regler, geleitet. Dieser kann optional mit zusätzlichen Grenzen als Ober- und Untergrenzen der zu regelnden Werte beaufschlagt werden. In diesem wird als Ausgang 52 wiederum eine

Regelgröße ausgegeben, welche etwa einem Betriebsparameter, wie

insbesondere Strom, Spannung oder Temperatur sein kann, um dadurch die Beanspruchung auf den Sollwert anzupassen, wie dies in der Regeltechnik in an sich bekannter und problemlos implementierbarer Weise durch Definition einer gewünschten Regelstrecke möglich ist. Die Regelgröße kann von dem Ausgang 52 etwa in einen Speicher 54 geleitet werden. Unabhängig von dem Vorsehen des Speichers 54 kann die Regelgröße in die Funktionsblöcke 38, 48 geleitet werden. So kann in dem Funktionsblock 38 wiederum der derzeit vorliegende SOHc ermittelt werden und kann in dem Funktionsblock 48 die derzeit vorliegende Beanspruchung ermittelt werden.

Das Funktionsprinzip basiert somit darauf, eine Soll-Belastung beziehungsweise Soll-Beanspruchung für die Batterie einzustellen, durch welche ein definierter Alterungsprozess der Batterie ermöglicht werden kann. Eine Voraussetzung hierfür ist die Definition eines geeigneten, messbaren Beanspruchungs-Wertes, der über die Zeit akkumuliert und der gemäß dieser Ausgestaltung auf dem gewünschten Alterungsverlauf basiert.

Die vorstehende Regelung dient insbesondere einer Langzeitregelung. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Ausgänge 44, 52 mit Bezug auf eine

Kurzzeitregelung variiert werden, die Schwellwerte somit kurzzeitig erhöht werden. Hierzu werden weitere Sollgrößen 43, 53 verarbeitet.

In der Figur 8 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Regelung einer Batterie gezeigt. Auf den Achsen Χ-ι, X ₂ , X3 und X ₄ sind jeweils die Anzahl an Ladezyklen aufgetragen, wohingegen auf der Achse Y1 der SOHc aufgetragen ist, auf der Achse Y ₂ eine Spannungsschwelle in Volt angegeben ist, die auf der erfindungsgemäßen Regelung basiert, und wobei auf den Achsen Y ₃ und Y ₄ die Alterung beziehungsweise der SOH-Verlust pro Ladungszyklus aufgetragen ist.

Dabei zeigt in dem oberen Diagramm die Linie 58 den Sollwert der Alterung und zeigt die Kurve 60 den ermittelten Wert der Alterung. Es ist in dem oberen Diagramm zu erkennen, dass bei ungefähr 400 Ladezyklen eine

unvorhergesehene Steigerung der Alterung eintritt.

In dem zweiten Diagramm ist durch die Kurve 62 die durch die Regelung eingestellte Spannung zu erkennen. Es ist gezeigt, dass sich der Regler in den ersten Zyklen auf eine geregelte Zellspannung als oberes Limit einschwingt. Mit Bezug auf das zweite Diagramm zeigt insbesondere die Höhe der Grundlinie eine Langzeitregelung, wohingegen die Peaks eine Kurzzeitregelung zeigen. Durch die Kurzzeitregelung kann kurzzeitig ein höheres Spannungsniveau erreicht werden, welches beispielhaft um 100mV erhöht sein kann. Ferner ist zu erkennen, dass die eingestellte Spannung bei dem Verlust an SOHc

beziehungsweise bei der unvorhergesehenen Alterung ebenfalls verringert wird, indem die Spannung durch die Regelung um etwa 70mV reduziert wird. Dadurch gleicht sich, wie dies in dem oberen Diagramm zu erkennen ist, der Ist-Wert des SOHc sich wieder an den Sollwert an.

In dem dritten Diagramm zeigt die Kurve 64 die Alterung, wohingegen in dem vierten Diagramm die Kurve 66 die Ziel-Beanspruchung beziehungsweise den

SOHc-Verlust und die Kurve 68 die tatsächlich vorliegende Beanspruchung beziehungsweise den tatsächlich vorliegenden SOHc-Verlust gezeigt. Dabei ist wiederum die Effektivität der Regelung zu erkennen, da auch bei einer unvorhergesehen Änderung der Alterung durch ein Anpassen der auf die Batterie wirkenden Beanspruchung die Alterung wieder konstant sein kann, so dass die gewünschten Werte einer zukünftigen Alterung problemlos eingehalten werden können, da der SOHc-Verlust dem Zielwert entspricht.