Verfahren, Vorrichtung, Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogramm zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.

Moderne Fahrzeuge werden häufig rein elektrisch betrieben und weisen hierfür eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie auf. Diese Batterie wird häufig ge- und entladen und es treten Alterungseffekte auf.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, dazu beizutragen eine Kapazität einer Batterie zu reaktivieren.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs.

Bei dem Verfahren wird eine Beanspruchung der Batterie ermittelt. Abhängig von der ermittelten Beanspruchung wird eine Art der Reaktivierung der Kapazität der Batterie ermittelt. Abhängig von der ermittelten Art der Reaktivierung wird zumindest ein Entladevorgang der Batterie mit einer vorgegebenen Entladeleistung durchgeführt zur Reaktivierung der Kapazität der Batterie.

Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, beispielsweise ein Lithium-Ionen-Akkumulator, insbesondere mit einem Siliziumanteil auf Anodenseite, wie beispielsweise Siliciumoxid oder Siliciumcarbid, beispielsweise einem Anteil zwischen 5%-20%. Moderne Wallboxen ermöglichen neben einem Laden auch ein gezieltes Entladen einer Fahrzeugbatterie. Gerade durch ein gezieltes Entladen kann dazu beigetragen werden eine Kapazität der Batterie wieder zu reaktivieren. Durch das beschriebene Verfahren wird ein solches Entladen durchgeführt, so dass eine beispielsweise auf Grund von Alterungseffekten verlorene Kapazität der Batterie wieder zumindest teilweise reaktiviert wird.

Gemäß einer optionalen Ausgestaltung wird die Beanspruchung ermittelt abhängig von einem Vergleich von Daten anderer Fahrzeuge, und/oder einer Abweichung einer Betriebsspannungskennlinie der Batterie zu einer Ruhespannungskennlinie der Batterie und/oder einem Alterungskennwert der Batterie.

Gerade mittels eines Vergleichs von Daten anderer Fahrzeuge, und/oder einer Abweichung einer Betriebsspannungskennlinie der Batterie zu einer Ruhespannungskennlinie der Batterie und/oder einem Alterungskennwert der Batterie kann die Beanspruchung der Batterie sehr genau ermittelt werden. In den Alterungskennwert fließt beispielsweise ein, wie alt die Batterie ist und/oder wie viele Ladezyklen schon durchgeführt wurden.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung umfasst die Art der Reaktivierung eine Anzahl von Entladungsvorgängen und/oder eine vorgegebene Entladungstiefe des jeweiligen Entladungsvorgangs.

Je nachdem wie stark die Batterie beansprucht war, kann es sinnvoll sein eine stärkere Reaktivierung durchzuführen. Die Reaktivierung kann beispielsweise mit einer Anzahl von Entladungsvorgängen verbessert werden (je mehr Entladungsvorgänge, desto besser ist die Reaktivierung) und/oder mit einer Entladungstiefe (je stärker die Batterie Entladen wird, desto besser ist die Reaktivierung).

Beispielsweise umfasst die Anzahl eine einstellige Zahl an Wiederholungen, wie 1, 2, 3 oder 4.

Die Entladungstiefe kann beispielsweise in Stufen angegeben werden, wie eine erste Stufe, bei der mit konstantem Strom (constant current) oder mit konstanter Leistung (constant power) entladen wird, bis beispielsweise ein Ladezustand (State of Charge SoC) der Batterie zwischen 5% und 10% erreicht wird, wobei der Wert 0% nicht einer komplett entladenen Batterie entspricht, sondern einem Zustand, in dem das Fahrzeug einen Fährbetrieb einstellt, die Batterie aber noch eine vorgegebene Restkapazität aufweist. In einer zweiten Stufe erfolgt beispielsweise ein Entladen mit konstantem Strom oder mit konstanter Leistung (constant Power) bis beispielsweise ein Ladezustand der Batterie zwischen 0% und 5% erreicht wird oder bis eine vorgegebene Mindestspannung der Batterie erreicht wird, die repräsentativ ist für einen Ladezustand unter 0%. In einer dritten Stufe erfolgt beispielsweise ein Entladen mit konstantem Strom oder mit konstanter Leistung (constant power) gefolgt von einem Entladen mit konstanter Spannung (constant voltage CV), bis beispielsweise die vorgegebene Mindestspannung der Batterie erreicht wird.

Das Entladen erfolgt beispielsweise mit einer Entladeleistung zwischen 0 und 4 kW, insbesondere zwischen 2 und 3 kW, beispielsweise mit 3kW. Gerade mit einer solchen geringen Entladeleistung wird eine sehr gute Reaktivierung erzielt.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird eine Zellsymmetrierung zum Ausgleich von Ladungsunterschieden zwischen einzelnen Batteriezellen der Batterie vor dem zumindest einen Entladevorgang der Batterie durchgeführt.

Bei der Zellsymmetrierung werden beispielsweise die einzelnen Batteriezellen der Batterie auf einen selben Spannungswert gebracht. Hierdurch kann dazu beigetragen werden, dass die einzelnen Batteriezellen in dem Entladevorgang gleichmäßig entladen werden.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird die Batterie nach dem zumindest einem Entladevorgang der Batterie, mit einer vorgegebenen Ladeleistung, bis zu einem vorgegebenen oberen Ladungsschwellenwert geladen.

Bei der tiefen Entladung ist es vorteilhaft auch wieder langsam zu laden, insbesondere stromgeregelt, beispielsweise mit einer Ladeleistung zwischen 0 und 11 kW, insbesondere 3 oder 11 kW beispielsweise bis zu einem Ladezustand von 10-30% insbesondere bis 30%. Anschließend kann beispielsweise auf Wunsch bis zu einem Ladezustand von beispielsweise 80% auch mit einer Ladeleistung von mehr als 11 kW geladen werden.

Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird ein Fahrer über die ermittelte Art der Reaktivierung der Kapazität der Batterie informiert zur Bestätigung und/oder Planung der Durchführung des mindestens einen Entladevorgangs.

Da der mindestens eine Entladevorgang und optionaler Ladevorgang eine gewisse Zeit benötigt und in dieser Zeit das Auto gegebenenfalls nicht fahrtüchtig ist (beispielsweise, bei Entladung unter 0% Ladezustand), ist es vorteilhaft, dass ein Fahrer die Reaktivierung planen kann, so dass sie beispielsweise nachts an einer Wallbox durchgeführt werden kann und das Fahrzeug am nächsten Morgen wieder einsatzbereit ist. Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung wird abhängig von dem zumindest einem Entladevorgang eine Neukalibrierung einer Ladezustandsschätzung durchgeführt.

Durch die sehr tiefe Entladung und eine anschließende Ladung kann sehr genau ermittelt werden über welche Restkapazität die Batterie noch verfügt. Somit kann dies genutzt werden um anschließend die Ladezustände des Fahrzeugs besser zu schätzen.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch ein Computerprogramm zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs auszuführen.

Die Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch ein computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.

Das computerlesbare Speichermedium umfasst insbesondere ein von einer Datenverarbeitungsvorrichtung lesbares Medium, auf dem Programmcode gespeichert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ablaufdiagram eines Programms zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, und

Figur 2 ein Diagramm einer Restkapazität einer Batterie über eine Betriebszeit.

Die Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagram eines Programms zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs.

Eine Vorrichtung 50 ist dazu ausgebildet das Programm abzuarbeiten. Die Vorrichtung 50 weist hierfür insbesondere eine Recheneinheit, einen Programm- und Datenspeicher, sowie beispielsweise eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen auf. Der Programm- und Datenspeicher und/oder die Recheneinheit und/oder die Kommunikationsschnittstellen können in einer Baueinheit und/oder verteilt auf mehrere Baueinheiten ausgebildet sein. Die Vorrichtung 50 kann auch als Vorrichtung zur Reaktivierung einer Kapazität einer Batterie eines Kraftfahrzeugs bezeichnet werden.

Auf dem Programm- und Datenspeicher der Vorrichtung 50 ist hierfür insbesondere das Programm gespeichert.

Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden können.

In einem Schritt S3 wird eine Beanspruchung der Batterie ermittelt.

Die Beanspruchung wird beispielsweise abhängig von einem Vergleich von Daten anderer Fahrzeuge, und/oder einer Abweichung einer Betriebsspannungskennlinie der Batterie zu einer Ruhespannungskennlinie der Batterie, und/oder einem Alterungskennwert der Batterie ermittelt.

Die Daten anderer Fahrzeuge umfassen beispielsweise Daten zur Restkapazität vergleichbarer anderer Fahrzeuge, also insbesondere von Fahrzeugen mit der gleichen Batterie.

Der Alterungskennwert umfasst beispielsweise wie alt die Batterie ist und/oder wie viele Ladezyklen schon durchgeführt wurden.

In einem Schritt S5 wird abhängig von der ermittelten Beanspruchung eine Art der Reaktivierung der Kapazität der Batterie ermittelt.

Die Art der Reaktivierung umfasst beispielsweise eine Anzahl von Entladungsvorgängen und/oder eine vorgegebene Entladungstiefe des jeweiligen Entladungsvorgangs.

Die Anzahl umfasst beispielsweise eine einstellige Zahl an Wiederholungen, wie 1 , 2, 3 oder 4.

Die Entladungstiefe kann beispielsweise in Stufen angegeben werden, wie eine erste Stufe, bei der mit konstantem Strom (constant current) oder mit konstanter Leistung (constant Power) entladen wird, bis beispielsweise ein Ladezustand (State of charge SoC) der Batterie zwischen 5% und 10% erreicht wird, wobei der Wert 0% nicht einer komplett entladenen Batterie entspricht, sondern einem Zustand, in dem das Fahrzeug einen Fährbetrieb einstellt, die Batterie aber noch eine vorgegebene Restkapazität aufweist. In einer zweiten Stufe erfolgt beispielsweise ein Entladen mit konstantem Strom oder mit konstanter Leistung (constant power) bis beispielsweise ein Ladezustand der Batterie zwischen 0% und 5% erreicht wird oder bis eine vorgegebene Mindestspannung der Batterie erreicht wird, die repräsentativ ist für einen Ladezustand unter 0%. In einer dritten Stufe erfolgt beispielsweise ein Entladen mit konstantem Strom oder mit konstanter Leistung (constant Power), oder mit konstanter Leistung (constant Power) gefolgt von einem Entladen mit konstanter Spannung (constant voltage CV), bis beispielsweise die vorgegebene Mindestspannung der Batterie erreicht wird.

In einem Schritt S7 wird abhängig von der ermittelten Art der Reaktivierung zumindest ein Entladevorgang der Batterie mit einer vorgegebenen Entladeleistung durchgeführt zur Reaktivierung der Kapazität der Batterie.

Das Entladen erfolgt wie oben beschrieben je nach Stufe unterschiedlich beispielsweise mit einer Entladeleistung zwischen 0 und 4 kW, insbesondere zwischen 2 und 3 kW, beispielsweise mit 3 kW.

Werden mehrere Entladevorgänge durchgeführt, so wird die Batterie zwischen den Entladevorgängen wieder bis zu einem vorgegebenen Ladezustand von beispielsweise 10-30% geladen.

Nach dem letzten Entladevorgang kann die Batterie noch höher geladen werden, beispielsweise bis 80% oder 100% Ladezustand.

Bei der tiefen Entladung ist es vorteilhaft auch wieder langsam zu laden, insbesondere stromgeregelt, beispielsweise mit einer Ladeleistung zwischen 0 und 11 kW, insbesondere 3 oder 11 kW beispielsweise bis zu einem Ladezustand von 10-30% insbesondere bis 30%. Anschließend kann beispielsweise auf Wunsch bis zu einem Ladezustand von beispielsweise 80% mit einer Ladeleistung von zum Beispiel mehr als 11 kW geladen werden.

Vor der Durchführung des Entladevorgangs wird beispielsweise eine Zellsymmetrierung zum Ausgleich von Ladungsunterschieden zwischen einzelnen Batteriezellen der Batterie durchgeführt.

Vor der Durchführung des Entladevorgangs wird beispielsweise ein Fahrer über die ermittelte Art der Reaktivierung der Kapazität der Batterie informiert zur Bestätigung und/oder Planung der Durchführung des mindestens einen Entladevorgangs. Hierbei kann der Fahrer beispielsweise wählen, wann die Reaktivierung durchgeführt wird und/oder wie viele Entladevorgänge erfolgen sollen und/oder welche Stufe des Entladevorgangs durchgeführt wird und/oder bis zu welchem Ladezustand das Fahrzeug wieder geladen werden soll und/oder wann das Fahrzeug wieder geladen sein soll.

In einem Schritt S9 wird das Programm beendet und kann gegebenenfalls wieder neu gestartet werden.

Gerade durch ein gezieltes Entladen kann dazu beigetragen werden eine Kapazität der Batterie wieder zu reaktivieren. Dies ist auch in Figur 2 gezeigt.

Figur 2 zeigt ein Diagramm einer Restkapazität R einer Batterie über eine Betriebszeit t in Jahren.

Bei der Batterie B1 wurde keine Reaktivierung durchgeführt und die Batterie wurde stark beansprucht betrieben, insbesondere wurden häufe Schnellladungen durchgeführt. Die Batterie wurde häufig in Randbereichen des Ladezustands betrieben (z.B. über 80% und unter 20%) und/oder die Batterie wurde durch starkes Beschleunigungen stark belastet. Wie zu sehen ist, erreicht eine solche Batterie vergleichsweise schnell einen Restkapazitätswert von 80%, wobei 100% einer Kapazität im Neuzustand entspricht.

Die Batterie B3 wurde optimal betrieben, also immer in einem optimalem Temperaturbereich, einem optimalem Ladezustand, einem optimalem Fahrverhalten, Parkverhalten und Ladeverhalten.

Wie zu sehen ist, erreicht eine solche Batterie sehr spät einen Restkapazitätswert von 80%, beispielsweise nach acht Jahren.

Bei der Batterie B2 wurden im Laufe der Betriebszeit zwei Reaktivierungen durchgeführt (symbolisiert durch Pfeile), ansonsten wurde sie wie die Batterie B1 betrieben. Wie zu sehen ist, erreicht sie deutlich später als die Batterie B1 einen Restkapazitätswert von 80%. Bezugszeichenliste

S1-S9 Schritte

50 Vorrichtung B1 , B2, B3 Batterie