DE102013224076A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen einer Batterie (20) vorgeschlagen, mit:
Ermitteln (101) einer hinsichtlich eines von einer Batterieleistung (P) und einer Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C1) am Innenwiderstand der Batterie (20), eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Kapazitätsverlusts (C2) der Batterie (20) und eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C3) des Batteriekühlsystems (10) optimalen Batterietemperatur (Topt), und
Betreiben (102) des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt)
Das Batteriekühlsystem kann damit die aktuelle Batterietemperatur auf die ermittelte optimale Batterietemperatur einstellen.
Ferner werden ein Computerprogrammprodukt, eine Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems sowie eine Anordnung mit einer Batterie, einem Batteriekühlsystem und einer Vorrichtung zum Betreiben des Batteriekühlsystems vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie sowie eine Anordnung mit einer Batterie, einem Batteriekühlsystem zum Kühlen der Batterie und einer solchen Vorrichtung zum Betreiben des Batteriekühlsystems.
  • Beim Betrieb einer durch ein Batteriekühlsystem gekühlten Batterie entstehen Energieverluste am Innenwiderstand der Batterie. Ferner wird Strom durch den Betrieb des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie verbraucht. Des Weiteren unterliegt die Batterie Kapazitätsverlusten, insbesondere durch Alterung der Batterie.
  • Die Anmelderin hat festgestellt, dass alle drei oben beschriebenen Faktoren von der Batterietemperatur und der Batterieleistung abhängen. So sinkt der Innenwiderstand der Batterie mit steigender Temperatur. Damit verringert!!! sich die Verlustleistung der Batterie pro durchgesetzter Leistung. Der Kapazitätsverlust der Batterie, insbesondere durch die Alterung der Batterie, erhöht sich mit steigender Temperatur. Der Stromverbrauch des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie steigt mit der Differenz zwischen der Batterietemperatur und der Außentemperatur des Batteriekühlsystems.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Betrieb eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie zu verbessern.
  • Demgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie vorgeschlagen. Das Verfahren hat die folgenden Schritte: In einem ersten Schritt wird eine optimale Batterietemperatur der Batterie für deren Betrieb ermittelt. Dabei wird die Batterietemperatur hinsichtlich eines von einer Batterieleistung und einer Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs am Innenwiderstand der Batterie, eines von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Kapazitätsverlusts der Batterie und eines von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems optimiert. In einem zweiten Schritt wird das Batteriekühlsystem zum Kühlen der Batterie in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur betrieben.
  • Vorliegend wird demnach das Batteriekühlsystem zum Kühlen der Batterie basierend auf der ermittelten optimalen Batterietemperatur betrieben. Das Batteriekühlsystem kann damit die aktuelle Batterietemperatur auf die ermittelte optimale Batterietemperatur einstellen.
  • Die gemäß dem ersten Schritt ermittelte Batterietemperatur ist hinsichtlich des Stromverbrauchs des Innenwiderstands der Batterie hinsichtlich des Kapazitätsverlusts der Batterie, insbesondere durch Alterung, und hinsichtlich des Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems optimiert. Folglich wird vorliegend die hinsichtlich der Batterienutzung angepasste optimale Batterietemperatur ermittelt.
  • Insbesondere kann der von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängige Stromverbrauch am Innenwiderstand der Batterie als Kostenfunktion (im Weiteren auch: erste Kostenfunktion) beschrieben werden. Auch der von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängige Kapazitätsverlust der Batterie kann als Kostenfunktion (im Weiteren auch: zweite Kostenfunktion) formuliert werden. In analoger Weise kann der von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängige Stromverbrauch des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie als Kostenfunktion (im Weiteren auch: dritte Kostenfunktion) formuliert werden. Durch eine Überlagerung, insbesondere Addition, dieser Kostenfunktionen kann eine Gesamtkostenfunktion formuliert werden. Durch Minimierung dieser Gesamtkostenfunktion über die Temperatur kann die optimale Batterietemperatur errechnet werden. Beispielsweise werden hierdurch die Klimatisierungskosten (über die erste Kostenfunktion), die Kosten durch die Batteriealterung (über die zweite Kostenfunktion) und die Energieverluste (über die dritte Kostenfunktion) in der Batterie modelliert und die Gesamtkosten werden als Gesamtkostenfunktion mathematisch minimiert.
  • Die Batterietemperatur oder Batterie-Innentemperatur wird über die Temperatur der Menge des Kühlmittels, zum Beispiel Luft oder Wasser, des Batteriekühlsystems so gesteuert oder geregelt, dass die Batterie-Innentemperatur der ermittelten optimalen Batterietemperatur entspricht. Hierbei können vorzugsweise das thermische Verhalten der Batterie und des Batteriekühlsystems berücksichtigt werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Batteriekühlsystem in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur gesteuert.
  • Die Steuerung des Batteriekühlsystems basierend auf der ermittelten optimalen Batterietemperatur stellt eine technisch einfache Ausführungsform für den Betrieb des Batteriekühlsystems dar.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Batteriekühlsystem in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur derart gesteuert, dass eine aktuelle Batterietemperatur der ermittelten optimalen Batterietemperatur entspricht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Batteriekühlsystem in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur geregelt.
  • Durch ein Regeln des Batteriekühlsystems basierend auf der ermittelten optimalen Batterietemperatur kann die aktuelle Batterietemperatur (oder Batterie-Innentemperatur) sehr genau auf die optimale Batterietemperatur eingestellt werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Batteriekühlsystem in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur derart geregelt, dass eine aktuelle Batterietemperatur der ermittelten optimalen Batterietemperatur entspricht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine konstante Sollleistung als Batterieleistung gewählt und die optimale konstante Batterietemperatur wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0002
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch an dem Innenwiderstand der Batterie, C2 eine Kostenfunktion für den Kapazitätsverlust der Batterie, C3 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie und Topt die optimale Batterietemperatur bezeichnen.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Batterieleistung konstant und a priori bekannt Damit kann dieser Fall auch als stationärer und deterministischer Fall bezeichnet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Batterieleistung für einen Leistungsbereich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert gewählt und die optimale Batterietemperatur wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0003
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch an dem Innenwiderstand der Batterie, C2 eine Kostenfunktion für den Kapazitätsverlust der Batterie, C3 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie, Topt die optimale Batterietemperatur, Pmin den Minimalwert der Batterieleistung und Pmax den Maximalwert der Batterieleistung bezeichnen.
  • Diese Ausführungsform ist insbesondere nützlich für eine Temperaturplanung der Batterie, bei welcher die zu erbringende Leistung der Batterie a priori nicht genau bekannt ist, die Betriebstemperatur der Batterie aber trotzdem schon festgelegt werden muss, zum Beispiel weil die erwarteten Schwankungen sehr kurzfristig sein können. Wie aus oben stehender Gleichung ersichtlich, kann dann die Gesamtkostenfunktion probabilistisch formuliert und gelöst werden. p(P) bezeichnet dabei eine Wahrscheinlichkeitsdichte für die zu erbringende Leistung. Die vorliegende Lösung unterscheidet sich auch qualitativ von der Lösung des deterministischen Problems, da die Stromverluste stark von der Leistung abhängen, Teile der Alterungskosten aber kaum. Daher führt eine Leistung, die nur mit geringer Wahrscheinlichkeit abgerufen wird, zu einer anderen optimalen Batterietemperatur als eine sicher bekannte zukünftige Leistung.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine zeitlich variable Sollleistung als Batterieleistung gewählt und eine zeitlich variable optimale Batterietemperatur wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0004
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1func ein Funktional des Stromverbrauchs an dem Innenwiderstand der Batterie, C2func ein Funktional des Kapazitätsverlusts der Batterie, C3func ein Funktional des Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie und Topt die optimale Batterietemperatur bezeichnen.
  • Bei dieser Ausführungsform sind sowohl die Sollleistung als auch die optimale Batterietemperatur zeitlich variabel. Dies kann durch oben stehende Gesamtkostenfunktion als instationäres Problem formuliert und gelöst werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite Schritt ein Bestimmen einer optimalen elektrischen Leistung des Batteriekühlsystems in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur und einer aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der zweite Schritt ein Bestimmen einer optimalen elektrischen Leistung des Batteriekühlsystems in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur, einer zeitlichen Ableitung der ermittelten optimalen Batterietemperatur und einer aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Batteriekühlsystem mit der ermittelten optimalen Leistung betrieben.
  • Folgendes Beispiel illustriert die Berechnung der optimalen Leistung für das Batteriekühlsystem. Die optimale Leistung für das Batteriekühlsystem wird nachfolgend mit Popt bezeichnet und hängt mit der Batterietemperatur T, der Batterieleistung P und der Umgebungstemperatur Tamb wie folgt zusammen: d / dtT = f(P, T, Popt, Tamb)
  • Das heißt, für die ermittelte optimale Batterietemperatur Topt ergibt sich: d / dtTopt = f(P, Topt, Popt, Tamb)
  • Hieraus kann nach der optimalen Leistung Popt aufgelöst werden: Popt = g( d / dtTopt, Topt, Tamb)
  • Bei einer weiteren Ausführungsform hat die Batterie eine Batterieleistung von zumindest 50 kW.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren folgende Schritte:
    Bestimmen des von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs an dem Innenwiderstand der Batterie,
    Bestimmen des von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Kapazitätsverlusts der Batterie,
    Bestimmen des von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie,
    Ermitteln einer hinsichtlich des bestimmten Stromverbrauchs an dem Innenwiderstand der Batterie, des bestimmten Kapazitätsverlusts der Batterie und des bestimmten Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems optimalen Batterietemperatur, und
    Betreiben des Batteriekühlsystems in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur.
  • Der Stromverbrauch an dem Innenwiderstand kann als eine erste Kostenfunktion, der Kapazitätsverlust der Batterie als eine zweite Kostenfunktion und der Stromverbrauch des Batteriekühlsystems als eine dritte Kostenfunktion a priori bestimmt werden. Dadurch kann eine Gesamtkostenfunktion ermittelt werden, aus welcher sich durch eine Minimierung derer die optimale Batterietemperatur ermitteln lässt.
  • Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens veranlasst.
  • Ein Computerprogrammprodukt wie ein Computerprogramm-Mittel kann beispielsweise als Speichermedium, wie Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertragung einer entsprechenden Datei mit dem Computerprogrammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.
  • Außerdem wird ein Datenträger mit einem gespeicherten Computerprogramm mit Befehlen vorgeschlagen, welche die Durchführung des wie oben erläuterten Verfahrens auf einer programmgesteuerten Einrichtung veranlasst.
  • Des Weiteren wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst eine Recheneinheit und eine Steuerungseinheit. Die Recheneinheit ist zum Ermitteln einer hinsichtlich eines von einer Batterieleistung und einer Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs am Innenwiderstand der Batterie, eines von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Kapazitätsverlusts der Batterie und eines von der Batterieleistung und der Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems optimalen Batterietemperatur eingerichtet. Die Steuerungseinheit ist zum Betreiben des Batteriekühlsystems in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur eingerichtet.
  • Die jeweilige Einheit, zum Beispiel Recheneinheit oder Steuerungseinheit, kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die jeweilige Einheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein.
  • Ferner wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche eine Batterie, ein Batteriekühlsystem zum Kühlen der Batterie und eine wie oben beschriebene Vorrichtung zum Betreiben des Batteriekühlsystems aufweist.
  • Die beiden folgenden Implementierungen zeigen zwei Beispiele für die vorliegend beschriebene optimierte Betriebsweise eines Batteriekühlsystems zum Kühlen einer Batterie.
  • Das erste Beispiel betrifft eine optimierte Betriebsweise einer Batterie zur täglichen Photovoltaik-(PV-)Pufferung in einem Inselnetz. Eine herkömmliche Betriebsweise einer Batterie zur Photovoltaik-Pufferung umfasst: Nach Sonnenaufgang beginnt der Ladevorgang der Batterie, sobald die PV-Erzeugung den lokalen Strombedarf übersteigt. Nach Erreichen der maximalen Kapazität bleibt die Batterie gefüllt, bis sie nach Sonnenuntergang die gespeicherte Energie wieder in das Inselnetz abgibt. Während der Nacht wird sie dann bei einem günstigen Ladezustand geparkt.
  • Daraus ergibt sich nach dem vorliegenden optimierten Betrieb des Batteriekühlsystems folgende Betriebsweise: Tagsüber wird die Batterie nicht gekühlt oder sogar geheizt, um die Stromverluste während dieser Betriebsphase zu minimieren. Nachts nach Entladung der Batterie wird die Batterie gekühlt, um die kalendarische Alterung während dieser inaktiven Phase zu minimieren.
  • Das folgende zweite Beispiel betrifft die Betriebsweise einer Batterie zur lokalen PV-Pufferung während einem kurzfristigen unvorhersehbaren Wolkenzug.
  • während eines Tages mit wechselnder Bewölkung ist die von der Batterie verlangte Batterieleistung a priori nicht bekannt, denn bei plötzlich auftauchenden Wolken muss die Batterie für kurze Zeit Leistung abgeben. Wenn die Dauer der Bewölkung sehr kurz ist, zum Beispiel bei Schäfchenwolken, muss daher die optimale Temperatur der Batterie vorab eingestellt werden. Hierzu ist bei der Minimierung der Gesamtkosten zu berücksichtigen, dass die Energieverluste nur mit einer Wahrscheinlichkeit p auftreten werden, ebenso die Kosten durch zyklisches Altern. Die Kosten für kalendarisches Altern und für die Kühlung fallen dagegen auf jeden Fall an. Die jeweiligen Kosten werden mit ihrer Auftrittswahrscheinlichkeit multipliziert und der gesamte Kostenterm über die Temperatur T minimiert, um die optimale prädiktiv einzustellende Batterietemperatur Topt zu erhalten. Damit ändert sich die obige zweite Gesamtkostenfunktion zu:
    Figure DE102013224076A1_0005
    wobei C2kalendarisch die kalendarische Alterung und C2Zyklisch die zyklische Alterung bezeichnen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriekühlsystems;
  • 2 ein Diagramm zur Illustrierung einer Gesamtkostenfunktion zur Ermittlung der optimalen Batterietemperatur;
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriekühlsystems;
  • 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben eines Batteriekühlsystems; und
  • 5 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung mit Batterie, Batteriekühlsystem und der Vorrichtung zum Betreiben des Batteriekühlsystems gemäß 4.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen einer Batterie 20. Die Batterie hat insbesondere eine Batterieleistung von zumindest 50 kw.
  • In Schritt 101 wird eine optimale Batterietemperatur Topt der Batterie 20 für deren Betrieb ermittelt. Dabei wird die Batterietemperatur Topt hinsichtlich eines von einer Batterieleistung P und einer Batterietemperatur T abhängigen Stromverbrauchs C1 am Innenwiderstand der Batterie 20, eines von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängigen Kapazitätsverlusts C2 der Batterie 20 und eines von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängigen Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems 10 optimiert.
  • In Schritt 102 wird das Batteriekühlsystem 10 in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt betrieben.
  • Dabei wird das Batteriekühlsystem 10 in Abhängigkeit von der ermittelten Batterietemperatur Topt gesteuert oder geregelt, insbesondere derart, dass eine aktuelle Batterietemperatur der Batterie 20 der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt entspricht. Folglich wird die aktuelle Batterietemperatur auf die optimale Batterietemperatur Topt eingestellt.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt 102, dass eine optimale elektrische Leistung Popt des Batteriekühlsystems 10 in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt und einer aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems 10 bestimmt wird. Insbesondere wird die optimale elektrische Leistung Popt des Batteriekühlsystems 10 in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt, einer zeitlichen Ableitung der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt und der aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems 10 bestimmt. Das Batteriekühlsystem 10 wird dann mit der ermittelten optimalen Leistung Popt betrieben, so dass das Batteriekühlsystem 10 die Batterie 20 auf die ermittelte optimale Batterietemperatur Topt kühlt.
  • Der Schritt 101 des Ermittelns der optimalen Batterietemperatur Topt kann beispielsweise durch eines der drei nachfolgenden Beispiele ausgestaltet sein.
  • Bei den drei nachfolgend beschriebenen Beispielen bezeichnen T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1 eine Kostenfunktion für einen Stromverbrauch an dem Innenwiderstand der Batterie 20, C2 eine Kostenfunktion für den Kapazitätsverlust der Batterie 20, C3 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch des Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen der Batterie 20, Topt die optimale Batterietemperatur für die Batterie 20, Pmin einen Minimalwert der Batterieleistung P und Pmax einen Maximalwert der Batterieleistung P. Ferner bezeichnen Cfunc ein Funktional des Stromverbrauchs an dem Innenwiderstand der Batterie 20, C2func ein Funktional des Kapazitätsverlusts der Batterie 20 und C3func ein Funktional des Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen der Batterie 20.
  • Bei einem ersten Beispiel wird eine konstante Sollleistung als Batterieleistung P gewählt, und die optimale Batterietemperatur Topt wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion C4 ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0006
  • Hierzu zeigt 2 ein Diagramm zur Illustrierung einer Gesamtkostenfunktion C4 zur Ermittlung der optimalen Batterietemperatur Topt. Die Kurve C4 ergibt sich durch Addition der Kostenfunktionen C1, C2 und C3 und zeigt ihr Minimum bei etwa 22°C. Das heißt, für das in 2 gezeigte Beispiel ergibt sich die optimale Batterietemperatur Topt bei 22°C
    (Topt = 22°C).
  • Bei einem zweiten Beispiel wird die Batterieleistung P für einen Leistungsbereich zwischen dem Minimalwert Pmin und dem Maximalwert Pmax gewählt, und die optimale Batterietemperatur Topt wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0007
  • Bei einem dritten Beispiel wird eine zeitlich variable Soll-Leistung als Batterieleistung P gewählt, und eine zeitlich variable optimale Batterietemperatur Topt(t) wird durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt:
    Figure DE102013224076A1_0008
  • In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen einer Batterie 20 dargestellt.
  • Das Verfahren der 3 weist folgende Verfahrensschritte 301–305 auf:
    In Schritt 301 wird der von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängige Stromverbrauch C1 (insbesondere als Kostenfunktion) an dem Innenwiderstand der Batterie 20 bestimmt.
  • In Schritt 302 wird der von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängige Kapazitätsverlust C2 (insbesondere als Kostenfunktion) der Batterie 20 bestimmt.
  • In Schritt 303 wird der von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängige Stromverbrauch C3 (insbesondere als Kostenfunktion) des Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen der Batterie 20 bestimmt.
  • In Schritt 304 wird die hinsichtlich des bestimmten Stromverbrauchs C1 an dem Innenwiderstand der Batterie 20, des bestimmten Kapazitätsverlusts C2 der Batterie 10 und des bestimmten Stromverbrauchs C3 des Batteriekühlsystems 10 optimale Batterietemperatur Topt ermittelt.
  • In Schritt 305 wird das Batteriekühlsystem 10 in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt betrieben. Dabei wird die elektrische Leistung zum Betreiben des Batteriekühlsystems 10 so gewählt, dass die aktuelle Batterietemperatur der Batterie 20 der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt entspricht.
  • 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Betreiben eines Batteriekühlsystems 10 zum Kühlen einer Batterie 20. Die Vorrichtung 1 der 4 umfasst eine Recheneinheit 2 und eine Steuerungseinheit 3.
  • Die Recheneinheit 2 ist dazu eingerichtet, die hinsichtlich des von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängigen Stromverbrauchs C1 am Innenwiderstand der Batterie 20, des von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängigen Kapazitätsverlusts C2 der Batterie 20 und des von der Batterieleistung P und der Batterietemperatur T abhängigen Stromverbrauchs C3 des Batteriekühlsystems 10 optimale Batterietemperatur Topt zum Betrieb der Batterie 20 zu ermitteln.
  • Die Steuerungseinheit 3 ist dazu eingerichtet, das Batteriekühlsystem 10 in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur Topt zu betreiben.
  • In 5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Anordnung 30 mit einer Batterie 20, einem Batteriekühlsystem 10 zum Kühlen der Batterie 20 und einer Vorrichtung 1 zum Betreiben, Steuern oder Regeln des Batteriekühlsystems 10 dargestellt.
  • Die 5 zeigt schematisch, dass die Batterie 20 in dem Batteriekühlsystem 10 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise gemäß der 4 ausgebildet.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen einer Batterie (20), mit: a) Ermitteln (101) einer hinsichtlich eines von einer Batterieleistung (P) und einer Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C1) am Innenwiderstand der Batterie (20), eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Kapazitätsverlusts (C2) der Batterie (20) und eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C3) des Batteriekühlsystems (10) optimalen Batterietemperatur (Topt), und b) Betreiben (102) des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt)
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriekühlsystem (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt) gesteuert oder geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriekühlsystem (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt) derart gesteuert oder geregelt wird, dass eine aktuelle Batterietemperatur der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt) entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine konstante Sollleistung als Batterieleistung (P) gewählt wird und die optimale Batterietemperatur (Topt) durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion (C4) ermittelt wird:
    Figure DE102013224076A1_0009
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch an dem Innenwiderstand der Batterie (20), C2 eine Kostenfunktion für den Kapazitätsverlust der Batterie (20), C3 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch des Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen der Batterie (20) und Topt die optimale Batterietemperatur bezeichnen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieleistung (P) für einen Leistungsbereich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert gewählt wird und die optimale Batterietemperatur (Topt) durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt wird:
    Figure DE102013224076A1_0010
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch an dem Innenwiderstand der Batterie, C2 eine Kostenfunktion für den Kapazitätsverlust der Batterie, C3 eine Kostenfunktion für den Stromverbrauch des Batteriekühlsystems zum Kühlen der Batterie, Topt die optimale Batterietemperatur, Pmin den Minimalwert der Batterieleistung (P) und Pmax den Maximalwert der Batterieleistung (P) bezeichnen.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zeitlich variable Sollleistung als Batterieleistung (P) gewählt wird und eine zeitlich variable optimale Batterietemperatur (Topt) durch Minimieren folgender Gesamtkostenfunktion ermittelt wird:
    Figure DE102013224076A1_0011
    wobei T die Batterietemperatur, P die Batterieleistung, C1func ein Funktional des Stromverbrauchs an dem Innenwiderstand der Batterie (20), C2func ein Funktional des Kapazitätsverlusts der Batterie (20), C3func ein Funktional des Stromverbrauchs des Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen der Batterie (20) und Topt die optimale Batterietemperatur bezeichnen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) umfasst: Bestimmen einer optimalen elektrischen Leistung (Popt) des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt) und einer aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems (10).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) umfasst: Bestimmen einer optimalen elektrischen Leistung (Popt) des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt), einer zeitlichen Ableitung der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt) und einer aktuellen Umgebungstemperatur des Batteriekühlsystems (10).
  9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriekühlsystem (10) mit der ermittelten optimalen Leistung (Popt) betrieben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (20) eine Batterieleistung (P) von zumindest 50 kw hat.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Bestimmen (301) des von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C1) an dem Innenwiderstand der Batterie (20), Bestimmen (302) des von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Kapazitätsverlusts (C2) der Batterie (10), Bestimmen (303) des von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C3) des Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen der Batterie (20), Ermitteln (304) einer hinsichtlich des bestimmten Stromverbrauchs (C1) an dem Innenwiderstand der Batterie (20), des bestimmten Kapazitätsverlusts der Batterie (20) und des bestimmten Stromverbrauchs (C3) des Batteriekühlsystems (10) optimalen Batterietemperatur (Topt), und Betreiben (305) des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt).
  12. Computerprogrammprodukt, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 veranlasst.
  13. Vorrichtung (1) zum Betreiben eines Batteriekühlsystems (10) zum Kühlen einer Batterie (20), mit: einer Recheneinheit (2) zum Ermitteln einer hinsichtlich eines von einer Batterieleistung (P) und einer Batterietemperatur abhängigen Stromverbrauchs (C1) am Innenwiderstand der Batterie (20), eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Kapazitätsverlusts (C2) der Batterie (20) und eines von der Batterieleistung (P) und der Batterietemperatur (T) abhängigen Stromverbrauchs (C3) des Batteriekühlsystems (10) optimalen Batterietemperatur (Topt), und einer Steuerungseinheit (3) zum Betreiben des Batteriekühlsystems (10) in Abhängigkeit von der ermittelten optimalen Batterietemperatur (Topt).
  14. Anordnung (30), mit: einer Batterie (20), einem Batteriekühlsystem (10) zum Kühlen der Batterie (20), und einer Vorrichtung (1) zum Betreiben des Batteriekühlsystems (10) nach Anspruch 13.
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