DE102011087761B4 - Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustands einer Batterieanordnung - Google Patents

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Abstract

Verfahren (30) zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung (12), die mit einer Steuereinheit (14), insbesondere einem Batteriemanagementsystem (14), elektrisch koppelbar ist, wobei ein Zeitraum von einem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird (40), um ein kalendarisches Alter der Batterieanordnung (12) zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt ein vordefinierter Zeitpunkt ist, wobei der zweite Zeitpunkt ein aktueller Zeitpunkt ist, und wobei der vordefinierte Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, an dem ein Lade- oder Entladestrom der Batterieanordnung (12) einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder an dem der Lade- oder Entladestrom über eine vordefinierte Dauer geflossen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustands einer Batterieanordnung, die mit einer Steuereinheit, insbesondere einem Batteriemanagementsystem, elektrisch koppelbar ist.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Alterungszustands einer Batterieanordnung, die mit der Batterieanordnung und einer Steuereinheit elektrisch koppelbar ist.
  • Stand der Technik
  • Eine elektrische Zelle bzw. eine Batterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler. Bei einer Entladung der Batterie wird gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie kann von einem Verbraucher, der mit der Batterie elektrisch gekoppelt ist, genutzt werden. Prinzipiell wird bei Batterien unterschieden zwischen Primär- und Sekundärbatterien. Primärbatterien können nur einmal entladen und nicht wieder aufgeladen werden. Dagegen sind die Sekundärbatterien wiederaufladbar. Allerdings unterliegen die Sekundärbatterien einem Alterungsprozess. Durch die Alterung werden verschiedene Parameter, wie zum Beispiel die Kapazität, die Leistungsfähigkeit und der Innenwiderstand der Sekundärbatterie beeinflusst. Im Folgenden wird der Begriff „Batterie“ als Synonym für die Sekundärbatterie bzw. Sekundärzelle verwendet.
  • In Kraftfahrzeugen dient eine Batterie unter anderem dazu, Strom für die Scheinwerfer, die Bordelektronik und für den Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors zu liefern. In Elektro- oder Hybridfahrzeugen dient die Batterie zusätzlich als Energiespeicher für den elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs. Sie bestimmt damit maßgeblich die Leistungsfähigkeit und die Reichweite des Fahrzeugs. Aus diesem Grund muss der Zustand der Batterie bei den elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ständig überwacht werden, um den Fahrer über den noch nutzbaren Energievorrat in Kenntnis zu setzen.
  • Zur Überwachung und Regelung der nachladbaren Batterie wird ein Batteriemanagementsystem (BMS) benutzt, das als zusätzliche Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und den in der Batterie verbauten elektronischen Komponenten dient. Das Batteriemanagementsystem übernimmt verschiedene Funktionen, wie zum Beispiel einen Zellschutz, eine Ladekontrolle, ein Lastmanagement, die Bestimmung eines Ladezustandes (State of Charge - SOC), die Bestimmung der „Zellgesundheit“ (State of Health - SOH) und ein Thermomanagement zum Einstellen einer optimalen Betriebstemperatur.
  • Insbesondere beim Steuern des Lade- und Entladevorgangs der Batterie ist die Kenntnis eines Alterungszustands einzelner Zellen oder Module der Batterie (zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Batterie) von großem Vorteil. Insbesondere bei Betriebsarten des Batteriemanagementsystems, die Freiheitsgrade beim Zu- und Abschalten (Überbrücken) von einzelnen Modulen zulassen, wie dies zum Beispiel bei Battery-Direct-Inverter (BDI) Konzepten möglich ist, kann ein Alterungszustand von einzelnen Batteriemodulen oder Batteriezellen mitberücksichtigt werden. So können zum Beispiel Batteriemodule mit einem fortgeschrittenen Alterungszustand seltener zugeschaltet werden als zum Beispiel ein vor kurzem ausgetauschtes neuwertiges Nachbarmodul. Auch bei einer konventionellen Reihenschaltung der Batteriemodule können stärker gealterte Module in einem niedrigeren Ladezustand als die besser erhaltenen Nachbarmodule gehalten werden. Durch die Schonung von schwachen Modulen/Zellen kann die Gesamtlebensdauer der Batterie verlängert werden. Dies alles setzt jedoch die Kenntnis des Alterungszustandes der Batterie voraus.
  • Zur Bestimmung des Alterungszustands einer Batterie sind Systeme bekannt, bei denen mehrere Sensoren innerhalb oder außerhalb von Batteriezellen angeordnet sind, um verschiedene physikalische Messgrößen, wie zum Beispiel die Temperatur oder die Zellspannung der Batterie zu erfassen. Es ist ebenfalls bekannt, zum Beispiel einen Impedanzwert der Batterie zu messen und diesen gemessenen Wert mit der Impedanz im Auslieferungszustand zu vergleichen. Allerdings liefern die bekannten Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustands der Batterie keine zuverlässigen Ergebnisse. Bei einigen Verfahren ist es außerdem notwendig, die Batterie vor der Durchführung der Tests zur Bestimmung des Alterungszustands aus dem Gesamtsystem zu entfernen. Dies ist jedoch bei einem Einsatz der Batterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug nicht möglich. Des Weiteren erweist sich bei den bekannten Verfahren die Erfassung der physikalischen Messgrößen als sehr aufwändig.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 080 638 A1 beschreibt ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung, die mit einer Steuereinheit, insbesondere einem Batteriemanagementsystem, elektrisch koppelbar ist, wobei ein Zeitraum von einem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, um ein kalendarisches Alter der Batterieanordnung zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt ein vordefinierter oder festgelegter Zeitpunkt ist, und wobei der zweite Zeitpunkt ein aktueller Zeitpunkt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung, die mit einer Steuereinheit, insbesondere einem Batteriemanagementsystem, elektrisch koppelbar ist, bereit, wobei ein Zeitraum von einem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird, um ein kalendarisches Alter der Batterieanordnung zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt ein vordefinierter oder festgelegter Zeitpunkt ist, und wobei der zweite Zeitpunkt ein aktueller Zeitpunkt ist und wobei der vordefinierte Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, an dem ein Lade- oder Entladestrom der Batterieanordnung (12) einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder an dem der Lade- oder Entladestrom über eine vordefinierte Dauer geflossen ist.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung, die mit der Batterieanordnung und einer Steuereinheit elektrisch koppelbar ist, bereit, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren der oben genannten Art auszuführen.
  • Unter einer Batterie wird vorliegend eine Sekundärbatterie verstanden, die zumindest eine wiederaufladbare Batteriezelle bzw. ein wiederaufladbares Batteriemodul aufweist.
  • Vorteile der Erfindung
  • Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, auf einfache Weise den Alterungszustand einer Batterieanordnung zu erfassen. Die Erfassung des Alterungszustands wird dabei automatisch gestartet. Der Steuereinheit der Batterieanordnung wird mit dem Alterungszustand eine wichtige Kenngröße zur Verfügung gestellt, die beispielsweise für die Steuerung der Lade- und/oder Entladeströme der Batterieanordnung genutzt werden kann. Erfindungsgemäß ist es, wenn der vordefinierte Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, an dem ein Lade- oder Entladestrom der Batterieanordnung einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder an dem der Lade- oder Entladestrom über eine vordefinierte Dauer geflossen ist.
  • Somit wird die Erfassung des kalendarischen Alters automatisch in Abhängigkeit eines Verlaufs des Lade- oder Entladestroms der Batterieanordnung gestartet. Dabei bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann die Erfassung gestartet werden, sobald ein Betrag des Lade- oder Entladestroms einen vorher festgelegten Grenzwert überschreitet. Alternativ kann auch die geflossene Ladungsmenge als Auslöseereignis definiert werden. In dieser Ausführungsform wird für den Lade- oder Entladestrom ein minimaler Stromwert festgelegt, der über einen vorher bestimmten Zeitraum fließen muss, bevor die Erfassung des kalendarischen Alters gestartet wird.
  • Die Bestimmung des Alterungszustands ist insbesondere dann von großer Bedeutung, wenn das Elektrifizierungskonzept eines Kraftfahrzeugs neben einem kompletten Austausch auch einen teilweisen Austausch von Batteriekomponenten vorsieht. Somit können in Abhängigkeit des bestimmten Alterungszustands einzelne Batteriemodule bzw. Batteriezellen ausgetauscht werden.
  • Des Weiteren kann die Batterieanordnung zur Bestimmung des Alterungszustands im Fahrzeug verbleiben. Der Betrieb des Kraftfahrzeugs wird durch die Ermittlung des Alterungszustands nicht beeinträchtigt.
  • In einer Ausführungsform ist der festgelegte Zeitpunkt ein Fertigungs-, Montage- oder Inbetriebnahmezeitpunkt der Batterieanordnung.
  • Dadurch kann individuell festgelegt werden, wann die Erfassung des kalendarischen Alters der Batterieanordnung gestartet werden soll.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der vordefinierte Zeitpunkt ein voreingestellter Zeitpunkt, insbesondere ein voreingestelltes Datum.
  • Durch diese Maßnahme kann ein bestimmtes Datum im Kalender definiert werden, an dem die Erfassung des kalendarischen Alters gestartet wird. Somit startet die Zeiterfassung automatisch; ein späteres manuelles Eingreifen ist nicht mehr notwendig.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, ein Profil für den Lade- oder Entladestrom zu definieren, das als Auslöseereignis für die Erfassung des kalendarischen Alters gewertet wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Betriebshistorie der Batterieanordnung von dem ersten bis zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst, um einen chemischen und/oder physikalischen Alterungszustand der Batterieanordnung zu bestimmen.
  • Der chemisch-physikalische Alterungszustand ist über das Fortschreiten von unerwünschten irreversiblen Reaktionen in der Batterieanordnung definiert, die die Leistungsfähigkeit der Batterieanordnung bzw. der zugehörigen Batteriezelle vermindern (zum Beispiel Zellkapazität, maximale Zellspannung). Die Ableitung des chemisch-physikalischen Alterungszustands erfolgt in dieser Ausführungsform aus der Betriebshistorie der Batterieanordnung, das heißt aus der Dauer und Häufigkeit schädigender Ereignisse und Zustände während des Betriebs der Batterieanordnung. Die Definition der Schwere eines schädigenden Ereignisses ist von dem jeweiligen Zellaufbau und der Zellchemie abhängig.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden Betriebsdaten der Batterieanordnung erfasst und/oder berechnet, um die Betriebshistorie bereitzustellen, wobei die Betriebsdaten Zeitkonstanten und/oder physikalische Messgrößen aufweisen.
  • Durch die Erfassung und/oder Berechnung der Betriebsdaten können besonders kritische Betriebspunkte der Batterieanordnung identifiziert werden. Dazu können auch verschiedene Betriebsdaten miteinander verknüpft werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Betriebsdaten Lade- und/oder Entladeströme, Klemmenspannungen, Impedanzwerte, Temperaturen, und/oder mechanische Belastungen der Batterieanordnung.
  • Bei der Identifizierung schädigender Ereignisse und Zustände können die Lade- und/oder Entladeströme mit der dabei vorliegenden Temperatur der Batterieanordnung in Bezug gesetzt werden. Des Weiteren kann der Einfluss von Vibrationsbelastungen bei der Bestimmung des Alterungszustands berücksichtigt werden. Ereignisse, die einen kritischen Einfluss auf den chemisch-physikalischen Alterungszustand der Batterieanordnung haben (zum Beispiel hohe Lade-/Entladeströme bei sehr niedrigen Zelltemperaturen) werden in der Betriebshistorie registriert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden von der Steuereinheit weitere Daten bereitgestellt, wobei die Betriebsdaten auf der Grundlage der weiteren Daten ergänzt und/oder verändert werden.
  • Die zusätzlichen Daten der Steuereinheit, beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem, werden genutzt, um den Alterungszustand der Batterieanordnung genauer bestimmen zu können.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die Daten der Betriebshistorien und/oder das kalendarische Alter als Eingangsgröße eines mathematischen Modells verwendet, auf dessen Grundlage der Alterungszustand der Batterieanordnung bestimmt wird.
  • Dadurch können die schädigenden Ereignisse und Zustände während des Betriebs der Batterieanordnung unter Berücksichtigung des kalendarischen Alters der Batterieanordnung einzeln bewertet und mit einem Faktor versehen werden, der die Schwere des schädigenden Ereignisses definiert. Alternativ kann auch nur das kalendarische Alter als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet werden. Somit kann zum Beispiel der Alterungszustand der Batterieanordnung in Abhängigkeit des kalendarischen Alters und des Zellaufbaus der Batterieanordnung bestimmt werden.
  • Von besonderem Vorzug ist es, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Aktivierungseinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen ersten Zeitpunkt zur Erfassung eines kalendarischen Alters der Batterieanordnung einzustellen.
  • Dadurch kann zum Beispiel ein Fertigungsdatum oder ein Inbetriebnahmedatum der Batterieanordnung als Startpunkt für die Erfassung des kalendarischen Alters eingestellt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist die Steuereinheit ein Batteriemanagementsystem.
  • Daten des Batteriemanagementsystems können genutzt werden, um die mithilfe der Vorrichtung erfassten Betriebsdaten zu ergänzen oder zu korrigieren. Damit kann der Alterungszustand der Batterieanordnung exakter bestimmt werden. Dieser ermittelte Alterungszustand kann wiederum von dem Batteriemanagementsystem bei der Betriebsstrategie zur Steuerung der Batterieanordnung, das heißt zum Beispiel bei einer Ladestrombegrenzung, genutzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Recheneinheit, einen Speicher, einen Oszillator und Erfassungsmittel zum Erfassen von Betriebsdaten der Batterieanordnung auf.
  • In dem Speicher können die Betriebsdaten abgelegt werden, die mithilfe der Erfassungsmittel erfasst oder mittels der Recheneinheit berechnet wurden. Des Weiteren können in dem Speicher die weiteren Daten abgelegt werden, die von dem Batteriemanagementsystem zur Verfügung gestellt werden. Der Speicher der Vorrichtung kann auch ein temporärer Speicher sein, der in festgelegten Zeitintervallen seine gespeicherten Daten in einen permanenten Speicher, zum Beispiel in einen permanenten Speicher des Batteriemanagementsystems, überträgt. Die Erfassungsmittel können Messfühler zur Erfassung physikalischer Größen, wie zum Beispiel der Temperatur und der Zellspannung, aufweisen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann innerhalb oder außerhalb der Batterieanordnung angeordnet sein.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zutreffen bzw. anwendbar sind.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Alterungszustands einer Batterieanordnung; und
    • 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Alterungszustands einer Batterieanordnung 12.
  • Die Vorrichtung 10 ist dazu elektrisch mit der Batterieanordnung 12 und einem Batteriemanagementsystem 14 gekoppelt. Die Vorrichtung 10 weist eine Recheneinheit 16, einen Speicher 18, eine Aktivierungseinheit 20, eine mit der Aktivierungseinheit 20 gekoppelte Taste 22, einen Oszillator 24 und Erfassungsmittel 26, vorliegend Messsensoren 26, auf.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird die Erfassung eines kalendarischen Alters der Batterieanordnung 12 zu einem Fertigungszeitpunkt der Batterieanordnung 12 gestartet. Dazu wird die Taste 22 der Vorrichtung 10 betätigt. Infolgedessen ermittelt die Aktivierungseinheit 20 zusammen mit der Recheneinheit 16 das vorliegende Datum und speichert dies als einen ersten Zeitpunkt in dem Speicher 18 ab. Das kalendarische Alter der Batterieanordnung 12 kann nun für jeden Zeitpunkt bestimmt werden, indem ein Zeitraum von dem ersten Zeitpunkt bis zu einem aktuellen Zeitpunkt erfasst wird.
  • Alternativ kann die Erfassung des kalendarischen Alters auch zu einem beliebigen anderen Zeitpunkt gestartet werden. Beispielsweise kann dies auch bei der Montage oder bei der Inbetriebnahme eines mit Batteriestrom versorgten Produktes erfolgen.
  • Mittels der Messsensoren 26 und mithilfe des Oszillators 24 werden Betriebsdaten der Batterieanordnung 12 erfasst. Dazu werden Lade- und Entladeströme, Klemmenspannungen, Impedanzwerte, Temperaturen und mechanische Belastungen der Batterieanordnung 12 gemessen. Mit Unterstützung der Recheneinheit 16 können zusätzliche Betriebsdaten berechnet werden. Die gemessenen und errechneten Betriebsdaten werden anschließend in dem Speicher 18 abgelegt.
  • Außerdem werden in dem Speicher 18 weitere Daten abgespeichert, die von dem Batteriemanagementsystem 14 zur Verfügung gestellt werden. Die weiteren Daten des Batteriemanagementsystems 14 werden von der Recheneinheit 16 genutzt, um die Betriebsdaten zu ergänzen oder zu korrigieren. Die ergänzten oder korrigierten Betriebsdaten werden in dem Speicher 18 abgespeichert.
  • Mithilfe der Recheneinheit 16 werden die in dem Speicher 18 abgelegten Betriebsdaten analysiert, um schädigende Ereignisse und Zustände während des Betriebs der Batterieanordnung 12 zu identifizieren. Bei der Analyse der Betriebsdaten werden unterschiedliche physikalische Größen miteinander in Bezug gesetzt. Beispielsweise wird die Schwere eines schädigenden Ereignisses beurteilt, indem für einen bestimmten Entladestrom die dabei vorliegende Temperatur und die Vibrationsbelastungen berücksichtigt werden. Die schädigenden Ereignisse und Zustände werden schließlich in einer Betriebshistorie registriert, die ebenfalls in dem Speicher 18 abgespeichert wird.
  • Die in dem Speicher 18 abgelegte Betriebshistorie und das von der Aktivierungseinheit 20 zur Verfügung gestellte kalendarische Alter werden von der Recheneinheit 16 mittels eines mathematischen Modells verarbeitet. Mithilfe des mathematischen Modells wird der Alterungszustand der Batterieanordnung 12 bestimmt. Der Alterungszustand wird in dem Speicher 18 abgespeichert.
  • Die in dem Speicher 18 abgelegten Daten können von dem Batteriemanagementsystem 14 ausgelesen werden. Damit kann das Batteriemanagementsystem 14 zum Beispiel den Alterungszustand der Batterieanordnung 12 zur Steuerung der Lade- und Entladeströme benutzen.
  • 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und ist generell mit 30 bezeichnet.
  • Das Verfahren 30 dient zum Bestimmen des Alterungszustands der Batterieanordnung 12, die mit der Steuereinheit 14, insbesondere dem Batteriemanagementsystem 14, elektrisch gekoppelt ist. Das Verfahren 30 gliedert sich in zwei Teile. In einem ersten Teil 32 des Verfahrens 30 wird das kalendarische Alter der Batterieanordnung 12 bestimmt. In einem zweiten Teil 34 des Verfahrens 30 wird ein chemisch-physikalischer Alterungszustand der Batterieanordnung 12 ermittelt.
  • Zum Bestimmen des kalendarischen Alters der Batterieanordnung 12 wird in einem Schritt 36 geprüft, ob an der Batterieanordnung 12 ein Entladestrom geflossen ist, der eine vordefinierte Stärke und Dauer überschreitet. Sobald diese Bedingung erfüllt ist, wird der vorliegende Zeitpunkt als der erste Zeitpunkt definiert und somit die Erfassung des kalendarischen Alters in einem Schritt 38 gestartet. In dem vorliegendem Ausführungsbeispiel dient die geflossene Ladungsmenge als Auslöseereignis für die Erfassung des kalendarischen Alters der Batterieanordnung 12.
  • In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 30 kann auch ein vordefinierter Ladestrom der Batterieanordnung 12 als Auslöseereignis für die Erfassung des kalendarischen Alters festgelegt werden. Somit wird die Erfassung des kalendarischen Alters gestartet, sobald ein Ladestrom fließt, der eine vordefinierte Stärke und Dauer überschreitet. Dadurch kann zum Beispiel ein erstmaliges Laden bei Inbetriebnahme der Batterieanordnung 12 als Startpunkt festgelegt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens 30 kann die Erfassung des kalendarischen Alters an einem voreingestellten Zeitpunkt im Kalender gestartet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Erfassung des kalendarischen Alters zum Beispiel bei der Fertigung, der Montage oder bei der Inbetriebnahme der Batterieanordnung 12 gestartet. Dieser Vorgang kann manuell oder auch automatisch erfolgen.
  • In einem Schritt 40 wird das kalendarische Alter der Batterieanordnung 12 bestimmt, indem ein Zeitraum von dem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt, der ein aktueller Zeitpunkt ist, erfasst wird.
  • Zur Bestimmung des chemisch-physikalischen Alterungszustands der Batterieanordnung 12 werden in einem Schritt 42 die Betriebsdaten der Batterieanordnung 12 erfasst und berechnet. Die Betriebsdaten weisen Zeitkonstanten und physikalische Messgrößen, wie Temperaturdaten, elektrischer Strom, Impedanz und Spannungsdaten auf. Dazu werden die zeitlichen Verläufe der physikalischen Messgrößen erfasst. Alternativ können auch Einzelwerte der physikalischen Messgrößen erfasst werden. Des Weiteren weisen die Betriebsdaten Daten zu mechanischen Belastungen, zum Beispiel Vibrationsbelastungen, der Batterieanordnung 12 auf. Wie der 2 anhand des Bezugszeichens 43 zu entnehmen ist, wird der Schritt 42 in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Erfassung des kalendarischen Alters im Schritt 38 gestartet. Alternativ kann der Schritt 42 auch zu einem anderen Zeitpunkt gestartet werden.
  • In einem Schritt 44 werden die weiteren Daten verarbeitet, die von dem Batteriemanagementsystem 14 zur Verfügung gestellt werden. Mithilfe der weiteren Daten werden die Betriebsdaten ergänzt und korrigiert.
  • In einem folgenden Schritt 46 wird die Betriebshistorie der Batterieanordnung 12 von dem ersten bis zu dem zweiten Zeitpunkt erstellt, um den chemisch-physikalischen Alterungszustand der Batterieanordnung 12 zu bestimmen. Die Betriebshistorie dokumentiert auf der Grundlage der Betriebsdaten bzw. der ergänzten und korrigierten Betriebsdaten die Dauer und Häufigkeit schädigender Ereignisse und Zustände während des Betriebs der Batterieanordnung 12. Zur Identifikation der schädigenden Ereignisse wird zum Beispiel die Temperatur der Batterieanordnung 12 mit dem Entlade- bzw. Ladestrom in Bezug gesetzt. In einem Beispiel wird ein hoher Ladestrom bei einer sehr niedrigen Temperatur der Batterieanordnung 12 in der Betriebshistorie registriert. Des Weiteren werden Vibrationsbelastungen der Batterieanordnung 12 berücksichtigt.
  • In einem Schritt 48 werden die Daten der Betriebshistorie und das kalendarische Alter als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet. Mithilfe dieses mathematischen Modells wird schließlich der Alterungszustand der Batterieanordnung 12 bestimmt.
  • In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens 30 kann auch nur das kalendarische Alter als Eingangsgröße des mathematischen Modells verwendet und somit der Alterungszustand der Batterieanordnung 12 bestimmt werden.
  • Schließlich wird der ermittelte Alterungszustand der Batterieanordnung 12 in einem Schritt 50 dem Batteriemanagementsystem 14 zur Verfügung gestellt. Das Batteriemanagementsystem 14 kann diesen ermittelten Alterungszustand bei der Betriebsstrategie der Batterieanordnung 12 (zum Beispiel bei einer Ladestrombegrenzung) berücksichtigen.
  • Es versteht sich, dass das oben gezeigte Verfahren 30 auch separat für einzelne Module bzw. Zellen der Batterieanordnung 12 durchgeführt werden kann. Infolgedessen können mithilfe des Batteriemanagementsystems 14 zum Beispiel Module mit einem hohen kalendarischen Alter oder einem fortgeschritten chemisch-physikalischen Alterungszustand seltener zugeschaltet werden, als ein vor kurzem ausgetauschtes neuwertiges Nachbarmodul. Bei einer Reihenschaltung einzelner Module können stärker gealterte Module in einem niedrigeren Ladezustand gehalten werden, als zum Beispiel neuwertige Nachbarmodule. Die Gesamtlebensdauer der Batterieanordnung 12 wird damit verlängert.
  • Obgleich somit bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der damit verbundenen erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt worden sind, versteht sich, dass verschiedene Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
  • Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 auch innerhalb der Batterieanordnung 12 angeordnet sein.
  • In einer alternativen Ausführungsform handelt es bei dem Speicher 18 um einen temporären Speicher, der in festgelegten Zeitintervallen seine Daten in einen permanenten Speicher des Batteriemanagementsystems 14 überträgt.

Claims (9)

  1. Verfahren (30) zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung (12), die mit einer Steuereinheit (14), insbesondere einem Batteriemanagementsystem (14), elektrisch koppelbar ist, wobei ein Zeitraum von einem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird (40), um ein kalendarisches Alter der Batterieanordnung (12) zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt ein vordefinierter Zeitpunkt ist, wobei der zweite Zeitpunkt ein aktueller Zeitpunkt ist, und wobei der vordefinierte Zeitpunkt ein Zeitpunkt ist, an dem ein Lade- oder Entladestrom der Batterieanordnung (12) einen vordefinierten Schwellwert überschreitet und/oder an dem der Lade- oder Entladestrom über eine vordefinierte Dauer geflossen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Betriebshistorie der Batterieanordnung (12) von dem ersten bis zu dem zweiten Zeitpunkt erfasst wird (46), um einen chemischen und/oder physikalischen Alterungszustand der Batterieanordnung (12) zu bestimmen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Betriebsdaten der Batterieanordnung (12) erfasst und/oder berechnet werden (42), um die Betriebshistorie bereitzustellen, und wobei die Betriebsdaten Zeitkonstanten und/oder physikalische Messgrößen aufweisen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erfassten und/oder berechneten Betriebsdaten Lade- und/oder Entladeströme, Klemmenspannungen, Impedanzwerte, Temperaturen, und /oder mechanische Belastungen der Batterieanordnung (12) sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei weitere Daten von der Steuereinheit (14) bereitgestellt werden, und wobei die Betriebsdaten auf der Grundlage der weiteren Daten ergänzt und/oder verändert werden (44).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Daten der Betriebshistorie und/oder das kalendarische Alter als Eingangsgröße eines mathematischen Modells verwendet werden, auf dessen Grundlage der Alterungszustand der Batterieanordnung (12) bestimmt wird (48).
  7. Vorrichtung (10) zum Bestimmen eines Alterungszustands einer Batterieanordnung (12), die mit der Batterieanordnung (12) und einer Steuereinheit (14) elektrisch koppelbar ist, und die dazu eingerichtet ist, das Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung ferner eine Aktivierungseinheit (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen ersten Zeitpunkt zur Erfassung eines kalendarischen Alters der Batterieanordnung (12) einzustellen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit einer Recheneinheit (16), einem Speicher (18), einem Oszillator (24) und Erfassungsmitteln (26) zum Erfassen von Betriebsdaten der Batterieanordnung (12).
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