DE102013018398A1

DE102013018398A1 - Method for operating an actively cooled battery

Info

Publication number: DE102013018398A1
Application number: DE201310018398
Authority: DE
Inventors: Franziska Beste; Alfred Jeckel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-11-02
Filing date: 2013-11-02
Publication date: 2015-05-07

Abstract

Ein Verfahren dient zum Betreiben einer aktiv gekühlten Batterie (2) in einem zumindest teilweise mit Leistung aus der Batterie (2) angetriebenen Fahrzeug (1). Über eine Steuereinrichtung (12) wird ein Temperatursollwert für die aktive Kühlung der Batterie (2) vorgegeben. Erfindungsgemäß ist es so, dass der Temperatursollwert in Abhängigkeit eines Fortschritts der Batteriealterung der Batterie (2) angepasst wird.A method is used to operate an actively cooled battery (2) in a vehicle (1) driven at least partially with power from the battery (2). Via a control device (12), a temperature setpoint for the active cooling of the battery (2) is specified. According to the invention, the temperature setpoint is adjusted as a function of a progress of the battery aging of the battery (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer aktiv gekühlten Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for operating an actively cooled battery, in particular a high-voltage battery, according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Hochvoltbatterien, welche gelegentlich auch als Hochleistungsbatterien bezeichnet werden, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie weisen typischerweise eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen auf, welche beispielsweise in Nickel-Metallhydrid-Chemie oder insbesondere in Lithium-Ionen-Chemie ausgeführt sein können. Der Begriff der Hochvolt- bzw. Hochspannungsbatterie geht dabei auf die ECE R100 zurück, welche definiert, dass ”Hochspannung” die Spannung ist, für die ein elektrisches Bauteil oder ein Stromkreis ausgelegt ist, dessen Effektivwert der Betriebsspannung mehr als 60 V oder weniger als 1500 V (Gleichstrom) oder mehr als 30 V und weniger als maximal 1000 V (Wechselstrom) ist.High-voltage batteries, which are sometimes referred to as high-performance batteries, are known from the general state of the art. They typically have a plurality of individual battery cells, which can be embodied, for example, in nickel-metal hydride chemistry or, in particular, in lithium-ion chemistry. The term of the high-voltage or high-voltage battery goes to the ECE R100 which defines that "high voltage" is the voltage for which an electrical component or circuit is designed whose effective value of the operating voltage is more than 60 V or less than 1500 V (DC) or more than 30 V and less than 1000 maximum V (AC) is.

Derartige Hochvoltbatterien können beispielsweise für Fahrzeuganwendungen, wie Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge oder Ähnliches eingesetzt werden. Sie sind auch als stationäre Energiespeicher denkbar, beispielsweise zur Notstromversorgung oder als Stromzwischenspeicher beispielsweise für eine Fotovoltaikanlage. Die Batterieeinzelzellen in derartigen Hochvoltbatterien sind dabei typischerweise in Reihe und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet. Sie weisen meist eine aktive Kühlung auf, bei welcher die Batterieeinzelzellen über ein Kühlmedium aktiv gekühlt und während ihres Betriebs auf eine gewünschte Temperatur temperiert werden. Als Kühlmedien eignen sich dabei Luft, ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, oder auch das Klimamittel einer Klimaanlage, insbesondere bei einer Anwendung in Fahrzeugen.Such high-voltage batteries can be used for example for vehicle applications, such as electric vehicles, hybrid vehicles or the like. They are also conceivable as stationary energy storage, for example for emergency power or as a temporary electricity storage, for example, for a photovoltaic system. The battery individual cells in such high-voltage batteries are typically connected in series and / or in parallel with each other electrically. They usually have active cooling, in which the battery individual cells are actively cooled via a cooling medium and tempered during their operation to a desired temperature. Suitable cooling media are air, a mixture of water and antifreeze, or the climate of an air conditioning system, especially for use in vehicles.

Die grundsätzlichen Wärmequellen einer derartigen Batterie sind die jouleschen Wärmeverluste, die lokalen Überpotenziale der Elektroden sowie die Entropie der Zellreaktion sowie die Mischungswärme.The basic heat sources of such a battery are the Joule heat losses, the local overpotentials of the electrodes as well as the entropy of the cell reaction and the heat of mixing.

Grundsätzlich unterliegen die Batterieeinzelzellen der Hochvoltbatterie einer Alterung. Diese rührt aus einer Veränderung des Materials der Batterieeinzelzellen über die Lebensdauer her. Bei der Anwendung als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug erkennt derer Fahrer die Alterung beispielsweise aufgrund einer geringeren Leistung oder einer abnehmenden Batteriekapazität, also einer für ihn spürbar abnehmenden Reichweite. Die Alterung hängt dabei von einer Zeitkonstante ab. Sie rührt beispielsweise aus einem Verlust der Batteriekapazität her, welcher im Prinzip als negativer exponentieller Verlauf über der Anzahl an Lade- und Entladezyklen auftritt. Dabei spielt auch die Temperatur eine Rolle. Insbesondere durch hohe Temperaturgradienten kann die Porosität der Elektroden in den Batterieeinzelzellen zunehmen und insbesondere bei Lithium-Ionen-Chemie können irreversible Ablagerungen der Lithiumionen im Grafit entstehen. Die Folge ist ein reduziertes Aktivitätsniveau. Das Laden der Batterie bei sehr tiefen Umgebungstemperaturen kann außerdem eine Erhöhung der Porosität der Separatoren zur Folge haben, die sogenannte Dendritenbildung. Die Innenwiderstände erhöhen sich dann aufgrund der Materialveränderungen in den Batterieeinzelzellen mit zunehmender Alterung.Basically, the battery cells of the high-voltage battery are subject to aging. This is due to a change in the material of the battery cells over the lifetime ago. When used as a traction battery in a vehicle of his driver recognizes the aging, for example, due to a lower power or a decreasing battery capacity, so for him noticeably decreasing range. Aging depends on a time constant. For example, it results from a loss of battery capacity, which in principle occurs as a negative exponential over the number of charge and discharge cycles. Temperature also plays a role here. Particularly due to high temperature gradients, the porosity of the electrodes in the battery individual cells can increase and, in particular in the case of lithium-ion chemistry, irreversible deposits of the lithium ions in the graphite can occur. The result is a reduced level of activity. The charging of the battery at very low ambient temperatures can also result in an increase in the porosity of the separators, the so-called dendrite formation. The internal resistance then increases due to the material changes in the battery individual cells with increasing aging.

Die unweigerlich auftretende Alterung der Hochvoltbatterie setzt sich dabei einerseits aus einer kalendarischen Alterung und andererseits aus einer zyklischen Alterung zusammen. Die kalendarische Alterung wird dabei von allen Umgebungsbedingungen, die die Batterie während ihrer Lebensdauer ”sieht”, bestimmt. Dies bedeutet, dass sowohl die Lagertemperatur als auch die Temperatur während des Gebrauchs einen Alterungseinfluss darstellen. Ebenso hat die Temperatur, wie oben bereits erwähnt, einen Einfluss auf die zyklische Alterung, also die abnehmende Kapazität aufgrund der zunehmenden Anzahl an Lade- und Entladezyklen.The inevitably occurring aging of the high-voltage battery consists on the one hand of a calendar aging and on the other hand of a cyclical aging together. Calendar aging is determined by any ambient conditions that the battery "sees" during its lifetime. This means that both the storage temperature and the temperature during use represent an aging effect. Likewise, the temperature, as mentioned above, has an influence on the cyclical aging, ie the decreasing capacity due to the increasing number of charging and discharging cycles.

In typischerweise eingesetzten Batteriemanagementsystemen ist es nun so, dass diese die Batterie hinsichtlich ihres Ladezustands und dergleichen überwachen. Dabei können sie auch einen so genannten State of Health (SOH) abfragen, welcher für die oben beschriebene Alterung der Hochvoltbatterie steht. Dieser SOH-Wert kann beispielsweise bei Fahrzeuganwendungen in einem Sollwert entsprechend vorgegeben werden. Dies bedeutet, dass die Batterie so gesteuert wird, dass sie im Verhältnis zu ihrer Betriebszeit eine entsprechende Alterung einhält. Hierdurch ist es möglich, insbesondere in Fahrzeuganwendungen, eine Lebensdauer der Batterie vorherzusagen und diese entsprechend einzuhalten. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass zur Beeinflussung der Alterung bei fortschreitender Alterung der Batterie eine Begrenzung der Lade- und Entladeleistung erfolgt. Hierdurch lässt sich die zyklische Alterung absenken. Es werden dadurch längere Gesamtlebensdauern der Batterie erzielt. Der Nutzer der Batterie, beispielsweise in einem Fahrzeug, erkauft sich diese längere Lebensdauer der Batterie jedoch dadurch, dass ihm weniger Leistung zur Verfügung steht. Dies stellt einen gravierenden Nachteil dar, welcher für den Nutzer eines Fahrzeugs spürbar ist.In typically used battery management systems, it is now such that they monitor the battery in terms of its state of charge and the like. They can also query a so-called State of Health (SOH), which stands for the above-described aging of the high-voltage battery. This SOH value can be preset, for example, in vehicle applications in a desired value. This means that the battery is controlled to maintain adequate aging relative to its operating time. This makes it possible, especially in vehicle applications, to predict a lifetime of the battery and to comply with it accordingly. From the general state of the art it is known that in order to influence the aging as the aging of the battery progresses, the charging and discharging power is limited. This can reduce the cyclical aging. It will achieve longer overall battery life. The user of the battery, for example in a vehicle, buys this longer life of the battery, however, by the fact that it is less power available. This represents a serious disadvantage that is noticeable to the user of a vehicle.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zum Betreiben einer aktiv gekühlten Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, anzugeben, welche eine hohe Lebensdauer der Batterie ermöglicht, ohne dass zum Erreichen der hohen Lebensdauer eine Einschränkung hinsichtlich der Leistung vorgenommen werden muss.The object of the present invention is now to provide a method for operating an actively cooled battery, in particular a high-voltage battery, which allows a long battery life, without the To achieve the long service life, a limitation in terms of performance must be made.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by a method having the features in claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the method emerge from the subclaims dependent thereon.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun so, dass die aktiv gekühlte Batterie, wie allgemein üblich, über eine Steuereinrichtung auf einen Temperatursollwert geregelt, also die Kühlleistung entsprechend angepasst wird. Erfindungsgemäß wird dies nun so modifiziert, dass der Temperatursollwert für die Kühlung der Batterie in Abhängigkeit eines Fortschritts der Batteriealterung angepasst wird. Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass die Alterung der Hochvoltbatterie sehr stark von deren Temperatur abhängt. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass die Alterung zu jedem Zeitpunkt verlangsamt werden kann, wenn niedrigere Temperaturen in der Hochvoltbatterie bzw. in den Batterieeinzelzellen erzielt werden. Durch eine verstärkte Kühlung kann also mit minimalem zusätzlichen Energieaufwand hinsichtlich der Kühlleistung die Alterung der Batterie verlangsamt werden, und zwar bei unveränderter Lade- und Entladeleistung, also bei unveränderter leistungsmäßiger Performance der Batterie. Der entscheidende Vorteil ist also, dass beispielsweise beim Einsatz in einem Fahrzeug dem Fahrer immer die volle elektrische Leistungsfähigkeit der Batterie zur Verfügung steht. Der Mehraufwand, welcher zu einer mit fortschreitender Alterung verstärkten Kühlung durch die vermehrt aufzubringende Kühlleistung realisiert werden muss, ist dabei außerordentlich gering, insbesondere wenn eine ausreichende Abgabe von Abwärme an die Umgebung, beispielsweise über einen Kühlkreislauf in einem Fahrzeug möglich ist.In the method according to the invention, it is now the case that the actively cooled battery, as is generally customary, is regulated by a control device to a temperature setpoint value, that is to say the cooling capacity is adapted accordingly. According to the invention, this is now modified so that the temperature setpoint for the cooling of the battery is adjusted as a function of a progress of battery aging. The inventors have in fact recognized that the aging of the high-voltage battery depends very much on their temperature. Conversely, this means that aging can be slowed at any time when lower temperatures are achieved in the high-voltage battery or in the individual battery cells. By means of increased cooling, the aging of the battery can thus be slowed down with minimal additional energy expenditure with regard to the cooling capacity, and this with unchanged charging and discharging power, that is to say with unchanged performance of the battery. The decisive advantage is therefore that, for example, when used in a vehicle, the driver always has the full electrical performance of the battery available. The additional effort which must be realized to a reinforced with progressive cooling by the cooling cooling increasingly applied, is extremely low, especially if a sufficient release of waste heat to the environment, for example via a cooling circuit in a vehicle is possible.

Wie bereits erwähnt, kann es vorgesehen sein, dass ein Sollverlauf für den Fortschritt der Batteriealterung vorgegeben wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Batterie eine garantierte Lebensdauer auch sicher erreicht. Gemäß einer sehr günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun so sein, dass ein Temperatursollwert als Startwert vorgegeben wird, und dass ein Sollverlauf für den Fortschritt der Batteriealterung vorgegeben wird. Während des Betriebs der Batterie wird dann regelmäßig der aktuelle Alterungszustand der Batterie abgefragt. Für den Fall, dass die aktuelle Alterung kleiner oder gleich dem für diesen Zeitpunkt erwarteten Wert des Sollverlaufs für den Fortschritt der Batteriealterung ist, bleibt der Temperatursollwert unverändert. Lediglich dann, wenn die aktuell erfasste Alterung größer als der zu diesem Zeitpunkt erwartete Wert des Sollverlaufs für den Fortschritt der Batteriealterung ist, wird der Temperatursollwert entsprechend angepasst, um die Alterung der Batterie in weiteren Betriebsverfahren ab diesem Zeitpunkt entsprechend zu verlangsamen. So kann wieder eine aktuelle Alterung erreicht werden, welche später wieder unterhalb des Sollverlaufs für den Fortschritt der Batteriealterung liegt. Die Abfrage erfolgt dabei regelmäßig von Zeit zu Zeit, und eine Anpassung erfolgt immer nur dann, wenn die ermittelte Alterung größer als die erwartete Sollalterung zum jeweiligen Zeitpunkt ist. Dadurch, dass durch die Veränderung des Temperatursollwerts, insbesondere in der Art, dass der Temperatursollwert verringert wird, die Alterung der Batterie verlangsamt wird, wird bei einem der nächsten Messzeitpunkte der aktuelle Wert wieder kleiner oder gleich dem Wert des Sollverlaufs sein, sodass auf Basis dieses dann geltenden Temperatursollwerts weiter gekühlt werden kann. Dieser muss erst dann wieder angepasst werden, wenn die aktuell erfasste Alterung wieder größer als die zu diesem Zeitpunkt erwartete Sollalterung ist.As already mentioned, it can be provided that a desired course for the progress of the battery aging is specified. This can ensure that the battery safely reaches a guaranteed lifetime. According to a very favorable and advantageous development of the method according to the invention, it may now be the case that a temperature setpoint is specified as the starting value, and that a desired course for the progress of the battery aging is specified. During operation of the battery, the current state of aging of the battery is then queried regularly. In the event that the current aging is less than or equal to the expected value of the target course for the progress of battery aging at this time, the temperature setpoint remains unchanged. Only if the currently detected aging is greater than the expected value of the target course for the progress of the battery aging at this time, the temperature setpoint is adjusted accordingly to slow down the aging of the battery in further operating procedures from this time accordingly. Thus, an actual aging can be achieved again, which later again lies below the desired course for the progress of battery aging. The query is carried out regularly from time to time, and an adjustment takes place only if the determined aging is greater than the expected target aging at the respective time. Due to the fact that the aging of the battery is slowed down by the change in the temperature setpoint, in particular in such a way that the temperature setpoint is reduced, the current value will again be less than or equal to the value of the setpoint curve at one of the next measurement times, so that on the basis of this then applicable temperature setpoint can be further cooled. This must be adjusted again only if the currently recorded aging is again greater than the expected aging at this time.

Im Falle einer Anpassung des Temperatursollwerts kann diese Anpassung beispielsweise in Sprüngen erfolgen, deren Größe zuvor vorgegeben wird. Insbesondere können diese Sprünge gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens von der aktuellen Alterung der Batterie abhängen. Die Anpassung des Temperatursollwerts erfolgt also in Abhängigkeit der aktuellen Alterung der Batterie um eine entsprechende Größe, beispielsweise wird der Temperatursollwert in Abhängigkeit des Alterungszustands um 0,5 K, 1 K, 2 K, 5 K oder Ähnliches abgesenkt.In the case of an adaptation of the temperature setpoint, this adaptation can be done, for example, in jumps whose size is predetermined beforehand. In particular, these jumps may depend on the current aging of the battery according to a preferred embodiment of the method according to the invention. The adaptation of the temperature setpoint value thus takes place as a function of the current aging of the battery by a corresponding magnitude, for example the temperature setpoint is lowered as a function of the aging state by 0.5 K, 1 K, 2 K, 5 K or the like.

Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es nun ferner vorgesehen sein, dass der Temperatursollwert in jedem Fall größer als 15°C bleibt. Eine solche Mindesttemperatur von 15 bis 20°C hat sich als effektiv erwiesen, da unterhalb dieser Temperatur die negativen Effekte bei einer verstärkten Kühlung überwiegen und das Verlangsamen der Alterung der Batterie hierbei nur noch eine geringe Rolle spielt, und durch eine vergleichsweise große zusätzlich benötigte Kühlleistung erkauft wird. Für den Fall, dass der neue Temperatursollwert unter 15°C liegen würde, wird er bei einem Minimalwert von mindestens 15°C festgesetzt und auf diesem Niveau gehalten, unabhängig vom weiteren Verlauf der aktuellen Alterung im Verhältnis zur Sollalterung.According to a particularly favorable development of the method according to the invention, it can now also be provided that the temperature setpoint in each case remains greater than 15 ° C. Such a minimum temperature of 15 to 20 ° C has been found to be effective because below this temperature outweigh the negative effects of increased cooling and slowing down the aging of the battery only plays a minor role, and by a comparatively large additional cooling power required is bought. In the event that the new temperature set point would be below 15 ° C, it is set at a minimum value of at least 15 ° C and maintained at this level, regardless of the further course of the current aging in relation to the target aging.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the method according to the invention will become apparent from the remaining dependent subclaims and will be apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes elektrisch angetriebenes Fahrzeug; 1 a principle indicated electrically powered vehicle;

2 ein beispielhafter Verlauf der zyklischen Alterung einer Batterie; und 2 an exemplary course of the cyclical aging of a battery; and

3 ein beispielhafter kalendarischer Alterungsfaktor der Batterie in Abhängigkeit von der Temperatur. 3 an exemplary calendar aging factor of the battery as a function of the temperature.

In der Darstellung der 1 ist ein schematisch angedeutetes Elektrofahrzeug 1 zu erkennen. Das Elektrofahrzeug 1, welches auch als Hybridfahrzeug oder als Brennstoffzellenfahrzeug mit Brennstoffzelle und Batterie ausgebildet sein könnte, weist in jedem Fall eine als Traktionsbatterie ausgebildete Hochvoltbatterie 2 auf. Die Hochvoltbatterie 2 ist über eine Leistungselektronik 3 mit einem elektrischen Fahrmotor 4 gekoppelt, welcher zwei über eine Achse 5 mit dem elektrischen Fahrmotor 4 gekoppelte angetriebene Räder 6 des Fahrzeugs 1 antreibt. Die Hochvoltbatterie 2 kann beispielsweise aus einer Mehrzahl von Batterieeinzelzellen ausgebildet sein, welche beispielsweise in Lithium-Ionen-Chemie realisiert sind. Wie es bei Hochvoltbatterien 2 allgemein bekannt und üblich ist, wird die Batterie 2 über einen Wärmetauscher 7 aktiv gekühlt. Dabei sind verschiedene Anbindungen des Wärmetauschers 7 an die Batterieeinzelzellen der Hochvoltbatterie 2 allgemein bekannt und üblich, beispielsweise eine mit den Batterieeinzelzellen in Kontakt stehende Kühlplatte, welche von einem Kühlmedium durchströmt wird oder Ähnliches. All dies spielt für die hier vorgestellte Erfindung eine untergeordnete Rolle und ist dem Fachmann allgemein bekannt und üblich. Auf eine detaillierte Darstellung wurde daher verzichtet.In the presentation of the 1 is a schematically indicated electric vehicle 1 to recognize. The electric vehicle 1 , which could also be designed as a hybrid vehicle or as a fuel cell vehicle with fuel cell and battery, has in any case designed as a traction battery high-voltage battery 2 on. The high-voltage battery 2 is about a power electronics 3 with an electric traction motor 4 coupled, which two over an axis 5 with the electric drive motor 4 coupled driven wheels 6 of the vehicle 1 drives. The high-voltage battery 2 For example, it may be formed from a plurality of individual battery cells, which are realized, for example, in lithium-ion chemistry. As with high-voltage batteries 2 Common and common is the battery 2 via a heat exchanger 7 actively cooled. There are different connections of the heat exchanger 7 to the battery cells of the high-voltage battery 2 generally known and customary, for example, a standing in contact with the battery cells cooling plate, which is traversed by a cooling medium or the like. All this plays a subordinate role for the invention presented here and is generally known and customary to the person skilled in the art. For a detailed presentation was therefore omitted.

Als Kühlmedium, um den Wärmetauscher 7 entsprechend zu durchströmen, sind dabei verschiedene Medien denkbar, insbesondere Gase, vorzugsweise Luft, Flüssigkeiten, insbesondere ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, oder auch das Klimamittel einer Klimaanlage des Fahrzeugs 1. Auch dies spielt für die hier dargestellte Erfindung eine untergeordnete Rolle. In der Darstellung der 1 wurde daher rein beispielhaft ein Kühlkreislauf mit einem flüssigen Kühlmedium, einem Gemisch aus Wasser und Glycol dargestellt. Der Kühlkreislauf, welcher als Ganzes mit dem Bezugszeichen 8 versehen ist, umfasst neben dem Wärmetauscher 7 eine Kühlmittelfördereinrichtung 9 sowie einen Kühlwärmetauscher 10, welcher umgangssprachlich auch als Fahrzeugkühler 10 bezeichnet wird. Durch die Kühlmittelfördereinrichtung 9 wird das Kühlmittel in diesen Kühlkreislauf 8 umgewälzt und durchströmt ausgehend von der Kühlmittelfördereinrichtung 9 zuerst den Wärmetauscher 7, bevor es durch den Fahrzeugkühler 10 strömt und beispielsweise durch den Fahrtwind entsprechend abgekühlt wird. Wie es bei Fahrzeugen 1 häufig üblich ist, ist dabei zusätzlich ein Lüfterrad 11 optional vorhanden, über welches ein erzwungener Luftstrom durch den Fahrzeugkühler 10, zusätzlich zum Fahrtwind, erzielt werden kann. Der Kühlkreislauf 8 ist nun über ein angedeutetes Steuergerät 12 so gesteuert, dass zumindest die Eintrittstemperatur des Kühlmediums in die Hochvoltbatterie 2, oder wie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel angedeutet, die Temperatur der Hochvoltbatterie 2 entsprechend erfasst wird. Hierfür ist im Bereich der Hochvoltbatterie 2 ein Temperatursensor 13 angedeutet, welche über eine strichpunktiert dargestellte Steuerleitung mit dem Steuergerät 12 in Kontakt steht.As a cooling medium to the heat exchanger 7 According to flow through, different media are conceivable, in particular gases, preferably air, liquids, in particular a mixture of water and antifreeze, or the environmental means of an air conditioning system of the vehicle 1 , Again, this plays a minor role for the invention presented here. In the presentation of the 1 Therefore, a cooling circuit with a liquid cooling medium, a mixture of water and glycol was shown purely by way of example. The cooling circuit, which as a whole with the reference numeral 8th is provided, includes next to the heat exchanger 7 a coolant conveyor 9 and a cooling heat exchanger 10 , which colloquially as a vehicle radiator 10 referred to as. Through the coolant conveyor 9 the coolant enters this cooling circuit 8th circulated and flows through from the coolant conveyor 9 first the heat exchanger 7 before passing through the vehicle radiator 10 flows and is cooled down for example by the airstream. As for vehicles 1 is common practice, is in addition a fan 11 optionally available, via which a forced air flow through the vehicle radiator 10 , in addition to the wind, can be achieved. The cooling circuit 8th is now over an indicated controller 12 controlled so that at least the inlet temperature of the cooling medium in the high-voltage battery 2 , or as indicated in the embodiment shown here, the temperature of the high-voltage battery 2 is detected accordingly. This is in the field of high-voltage battery 2 a temperature sensor 13 indicated, which via a dot-dash line control line with the control unit 12 in contact.

Zur Beeinflussung der Temperatur kann das Steuergerät 12 nun verschiedene Varianten nutzen, welche einzeln oder in Kombination miteinander in dem Kühlkreislauf 8 verbaut sein können. Eine erste Möglichkeit, die Temperatur in der Hochvoltbatterie 2 entsprechend zu beeinflussen, besteht darin, die Drehzahl der Kühlmittelfördereinrichtung 9 zu variieren, um den Volumenstrom des Kühlmediums zu ändern. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, eine Drehzahl des Lüfters 11 zu variieren, um die Abkühlung des Kühlmediums in dem Kühlwärmetauscher 10 zu beeinflussen. Eine weitere allgemein bekannte Möglichkeit in Kühlkreisläufen ist eine Bypassleitung 14, welche parallel zum Fahrzeugkühler 10 verläuft, und welche über ein Bypassventil 15 von dem Steuergerät 12 so angesteuert werden kann, dass ein nur entsprechender Teil des Kühlmediums durch den Fahrzeugkühler 10 und ein anderer Teil durch den Bypass 14 strömt. In der Mischung stellt sich dann die gewünschte Temperatur ein. Diese Maßnahmen lassen sich auch untereinander kombinieren, sodass eine, zwei oder alle drei Möglichkeiten zur Beeinflussung der Temperatur des Kühlmittels und damit letztlich zum Erreichen einer gewünschten Temperatur der Hochvoltbatterie 2 parallel realisiert sein können.For influencing the temperature, the control unit 12 now use different variants, which individually or in combination with each other in the cooling circuit 8th can be installed. A first possibility, the temperature in the high-voltage battery 2 to influence accordingly, is the speed of the coolant conveyor 9 to vary in order to change the volume flow of the cooling medium. A second possibility is a speed of the fan 11 to vary the cooling of the cooling medium in the cooling heat exchanger 10 to influence. Another well-known possibility in cooling circuits is a bypass line 14 , which are parallel to the vehicle radiator 10 runs, and which via a bypass valve 15 from the controller 12 can be controlled so that only a corresponding part of the cooling medium through the vehicle radiator 10 and another part through the bypass 14 flows. In the mixture then sets the desired temperature. These measures can also be combined with each other, so that one, two or all three ways to influence the temperature of the coolant and thus ultimately to achieve a desired temperature of the high-voltage battery 2 can be realized in parallel.

Wie bereits eingangs erwähnt, unterliegt die Hochvoltbatterie 2 einer unvermeidlichen Alterung. Die Alterung der Hochvoltbatterie 2 setzt sich dabei aus zwei unterschiedlichen Mechanismen zusammen. Ein erster Mechanismus ist die so genannte zyklische Alterung, welche letztlich eine Kapazitätsabnahme in Abhängigkeit der Lade- und Entladezyklen, welche während der Nutzung der Batterie 2 auftreten, bewirkt. In der Darstellung der 2 ist ein beispielhafter Verlauf einer solchen zyklischen Alterung der Batterie 2 gezeigt. Im Wesentlichen liegt der Kurve dabei ein negativer exponentieller Verlauf zugrunde. Die Schar von in der Darstellung der 2 drei Kurven berücksichtigt zusätzlich die Temperatur der Batterie während der einzelnen Zyklen der Lade- und Entladevorgänge, da auch diese einen Einfluss auf die Alterung hat.As already mentioned, the high-voltage battery is subject 2 an inevitable aging. The aging of the high-voltage battery 2 consists of two different mechanisms. A first mechanism is the so-called cyclic aging, which ultimately reduces capacity as a function of the charging and discharging cycles that occur during use of the battery 2 occur, causes. In the presentation of the 2 is an exemplary course of such a cyclic aging of the battery 2 shown. Essentially, the curve is based on a negative exponential curve. The crowd of in the presentation of the 2 In addition, three curves take into account the temperature of the battery during the individual cycles of charging and discharging, since this also has an influence on the aging.

Der zweite Aspekt der Alterung ist die so genannte kalendarische Alterung. Rechnerisch wird diese über einen Faktor berücksichtigt, welcher alle Umgebungsbedingungen, der die Batterie 2 während ihrer Lebensdauer ausgesetzt ist, bestimmt. Dies bedeutet, dass sowohl die Lagertemperatur der Batterie vor ihrer Montage als auch während des Gebrauchs einen entsprechenden Einfluss auf die Alterung darstellen. Die Beeinflussung der Temperatur ist in der Darstellung der 3 in einem Diagramm entsprechend aufgezeigt.The second aspect of aging is the so-called calendar aging. Is calculated this takes into account a factor that affects all environmental conditions of the battery 2 during its lifetime is determined. This means that both the storage temperature of the battery prior to its assembly as well as during use have a corresponding effect on aging. The influence of the temperature is in the representation of the 3 shown in a diagram accordingly.

Um den Aufwand und den Energieverbrauch der Kühlung der Hochvoltbatterie 2 zu minimieren, wird typischerweise immer eine möglichst hohe Solltemperatur der Hochvoltbatterie 2 angestrebt. Gleichzeitig wird typischerweise eine Gesamtlebensdauer der Hochvoltbatterie 2 gefordert, beispielsweise, um eine entsprechende Garantie an einen Nutzer des Fahrzeugs 2 geben zu können. Aus dieser gewünschten Gesamtlebensdauer der Hochvoltbatterie 2, beispielsweise einer Lebensdauer von 10 Jahren, wird dann ein Alterungsverlauf ermittelt, welcher von der Hochvoltbatterie 2 zu erfüllen ist, um die gewünschte Gesamtlebensdauer zu erreichen. Über ein in der Darstellung der 1 nicht erkennbares Batteriemanagementsystem wird die Hochvoltbatterie 2 dann idealerweise so angesteuert, dass diese Lebensdauer auch tatsächlich erreicht wird.To the effort and energy consumption of cooling the high-voltage battery 2 To minimize, is typically always the highest possible setpoint temperature of the high-voltage battery 2 sought. At the same time typically a total life of the high-voltage battery 2 demanded, for example, an appropriate guarantee to a user of the vehicle 2 to be able to give. For this desired overall life of the high-voltage battery 2 , For example, a life of 10 years, then an aging curve is determined, which of the high-voltage battery 2 is to be achieved in order to achieve the desired overall service life. About one in the representation of 1 unrecognizable battery management system becomes the high-voltage battery 2 then ideally controlled so that this life is actually achieved.

Um dabei keine Leistungslimitierung, oder eine Leistungslimitierung nur im Notfall und gegen Ende der erwarteten Lebensdauer zu bekommen, ist es bei dem hier beschriebenen Verfahren nun so, dass die Batteriealterung in dem Fahrzeug 1 regelmäßig erfasst wird, indem ein sogenannter State of Health-(SOH)-Wert anhand von in der Hochvoltbatterie 2 gemessenen Einzelwerten ermittelt wird. Dieser SOH-Wert wird dann mit dem entsprechenden Sollwert des gewünschten Verlaufs der Batteriealterung verglichen, um festzustellen, ob die aktuell gemessene Alterung der Batterie größer oder kleiner der zu diesem Zeitpunkt gewünschten Sollalterung ist. Ist die Alterung nun größer oder gleich der geplanten bzw. gewünschten Sollalterung, dann wird nichts weiter unternommen und das System läuft im bisherigen Zustand weiter. Ist dies jedoch nicht der Fall, und es wird festgestellt, dass die Alterung der Hochvoltbatterie 2 schneller fortgeschritten ist, als es geplant war, dann kann hierauf reagiert werden, indem die vorgegebene Solltemperatur für die Hochvoltbatterie 2 abgesenkt wird. Eine solche im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 abgesenkte Solltemperatur der Hochvoltbatterie 2, also eine etwas stärkere Kühlung der Hochvoltbatterie 2 benötigt zwar einen geringfügig höheren Aufwand und einen etwas höheren Energieverbrauch bei der Kühlung, sie bewirkt jedoch eine Verlangsamung der Alterung der Hochvoltbatterie 2, und zwar ohne dass die elektrische Leistungsfähigkeit der Hochvoltbatterie 2 eingeschränkt werden muss. Die verstärkte Abkühlung der Hochvoltbatterie 2 während des Betriebs des Fahrzeugs 1 hat also einen positiven Effekt auf die Alterung, indem sie diese entsprechend verlangsamt und so, nach einer gewissen Zeit der verstärkten Kühlung den aktuellen Alterungswert wieder in die Größe des gewünschten bzw. geplanten Sollwerts der Alterung zurückführt.In order to get no performance limitation, or a performance limitation only in an emergency and towards the end of the expected life, it is in the process described here so that the battery aging in the vehicle 1 is regularly recorded by a so-called State of Health (SOH) value based on in the high-voltage battery 2 measured individual values is determined. This SOH value is then compared to the corresponding target value of the desired history of battery aging to determine if the currently measured aging of the battery is greater or less than the desired aging desired at that time. If the aging is now greater than or equal to the planned or desired target aging, then nothing further is done and the system continues in its current state. However, this is not the case, and it is found that the aging of the high-voltage battery 2 is faster than it was planned, then it can be responded to by the specified target temperature for the high-voltage battery 2 is lowered. Such while driving the vehicle 1 lowered setpoint temperature of the high-voltage battery 2 So a slightly stronger cooling of the high-voltage battery 2 Although it requires a slightly higher cost and a slightly higher energy consumption during cooling, it does, however, slow down the aging of the high-voltage battery 2 , and without the electrical performance of the high-voltage battery 2 must be restricted. The increased cooling of the high-voltage battery 2 during operation of the vehicle 1 Thus, it has a positive effect on aging by slowing it down accordingly and, after a certain period of increased cooling, reduces the current aging value back to the size of the desired or planned target value for aging.

Aufgrund der vergleichsweise großen thermischen Masse der Hochvoltbatterie 2 in dem Fahrzeug 1 hält dieser Effekt auch nach dem Abstellen des Fahrzeugs noch über mehrere Stunden an, da in dieser Zeit die Hochvoltbatterie 2 dann kühler ist, als sie es wäre, wenn während des Betriebs die Solltemperatur der Kühlung nicht erniedrigt worden wäre. Insgesamt lässt sich also ein durchaus positiver Effekt hinsichtlich der Verlangsamung der Alterung der Hochvoltbatterie 2 erzielen. Der dafür benötigte Energieeinsatz zum verstärkten Kühlen der Hochvoltbatterie 2 ist relativ gering, und ermöglicht den entscheidenden Vorteil, dass für den Nutzer des Fahrzeugs 1 keine Leistungseinbuße mit zunehmender Alterung der Batterie auftritt. Dies wird von Fahrzeugnutzern dann als erheblicher Vorteil wahrgenommen. Der empfundene Vorteil für den Fahrer des Fahrzeugs 1 überwiegt dabei den Nachteil des geringfügig höheren Aufwands bei der Kühlung deutlich.Due to the comparatively large thermal mass of the high-voltage battery 2 in the vehicle 1 This effect persists even after stopping the vehicle for several hours, because in this time the high-voltage battery 2 Then it is cooler than it would be if during operation the set temperature of the cooling would not have been lowered. Overall, therefore, can be quite a positive effect in terms of slowing down the aging of the high-voltage battery 2 achieve. The energy required for increased cooling of the high-voltage battery 2 is relatively low, and allows the decisive advantage that for the user of the vehicle 1 no performance penalty with increasing aging of the battery occurs. This is then perceived by vehicle users as a significant advantage. The perceived advantage for the driver of the vehicle 1 In this case, the disadvantage of the slightly higher expense in cooling clearly prevails.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ECE R100 [0002]

Claims

Method for operating an actively cooled battery ( 2 ) in an at least partially with electrical power from the battery ( 2 ) powered vehicle ( 1 ), whereby via a control device ( 12 ) a temperature setpoint for the active cooling of the battery ( 2 ), characterized in that the temperature setpoint in dependence of a progress of the battery aging of the battery ( 2 ) is adjusted.

A method according to claim 1, characterized in that a temperature setpoint is specified as the starting value and a desired course for the progress of the battery aging, after which the current aging state of the battery ( 2 ), and in the event that the current aging is less than or equal to the value expected for the progress of the battery aging, the temperature setpoint remains unchanged, and for the other case the temperature setpoint is adjusted.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that an adjustment of the temperature setpoint takes place in such a way that the temperature setpoint is reduced in order to prevent the aging of the battery ( 2 ) to slow down as needed.

A method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the adaptation in dependence of the current aging of the battery ( 2 ) he follows.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the temperature setpoint remains greater than 15 ° C in any case.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the battery ( 2 ) as a high-voltage battery ( 2 ) is trained.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the battery ( 2 ) is formed with lithium-ion chemistry.