DE102014208865A1 - Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle; b) Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms (IL, IE) durch die wenigstens eine Batteriezelle; und c) Ermitteln der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2). Das vorbeschriebene Verfahren ermöglicht auf kostengünstige Weise ein besonders sicheres und langzeitstabiles Betreiben der Batterie.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln der Temperatur mit verbesserter Genauigkeit durch ein exaktes Ermitteln der Zelltemperatur.
  • Stand der Technik
  • Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.
  • Die Betriebstemperatur von Batterien beziehungsweise Batteriezellen ist dabei oftmals ein wichtiger Betriebsparameter. Beispielsweise kann die Temperatur einen großen Einfluss auf die Effizienz und Langlebigkeit der Batterie haben, da bei erhöhten Temperaturen die Effizienz wie auch die Langlebigkeit der Batterien reduziert werden kann. Daher ist das Messen der Betriebstemperatur von Batterien, wie etwa Lithium-Ionen-Akkumulatoren, für den Betrieb der Batterien von Wichtigkeit.
  • Das Dokument US 6,902,319 B2 beschreibt ein Verfahren zum Abschätzen einer internen Temperatur einer Fahrzeugbatterie basierend auf einem Hitzetransfer zwischen einer Wärmequelle und der Batterie.
  • Aus dem Dokument US 2012/0109554 A1 ist ein Verfahren zum Abschätzen der Kerntemperatur einer Zelle in einer Batterie bekannt. Bei einem derartigen Verfahren werden zwei Abschätzungen durchgeführt, ein Gewichtungsfaktor angewendet und anschließend durch einen Funktion der gewichteten ersten und zweiten Abschätzung die Kerntemperatur abgeschätzt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie, aufweisend die Verfahrensschritte:
    • a) Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle;
    • b) Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms durch die wenigstens eine Batteriezelle; und
    • c) Ermitteln der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung.
  • Das vorbeschriebene Verfahren ermöglicht es auf besonders genaue und kostengünstige Weise, die Temperatur einer Batterie zu ermitteln. Dabei wird bei einer Ermittlung der Temperatur der Batterie im Detail die Temperatur einer Batteriezelle oder einer Mehrzahl an Batteriezellen ermittelt.
  • Das vorbeschriebene Verfahren dient somit dazu, die Temperatur einer Batteriezelle und damit einer Batterie zu ermitteln. Die Temperatur einer Batterie spielt bei dem Betreiben der Batterie eine signifikante Rolle. Dies kann beispielsweise darin begründet sein, dass bei einem Erhitzen der Batterie diese ein so genanntes thermisches Durchgehen durchlaufen kann. Ein Überhitzten kann dabei erfolgen beispielsweise durch einen internen Zelldefekt oder auch durch eine externe Temperaturbeeinflussung.
  • Dabei kann ein derartiger Fehlerfall, wie dies grundsätzlich bekannt ist, insbesondere im Inneren der Batteriezelle stattfinden und dabei in mehreren Stufen ablaufen, wobei jede der ablaufenden Stufen einen vergleichsweise größeren Schaden verursachen kann. Bei einem Überhitzten kann es dabei beispielsweise zu einem Beschädigen beziehungsweise zu einem Zersetzen einer etwa auf der Anode angeordneten Elektrolytschicht beziehungsweise einer zwischen Elektrolyt und Anode angeordneten Schutzschicht kommen, wodurch Elektrolytbestandteile mit Anodenmaterialen, wie beispielsweise Kohlenstoff, exotherm reagieren können, was die Temperatur der Zelle weiter erhöhen kann. Dabei können derartige exotherme Prozesse beispielsweise die an der Anode ablaufenden Prozesse weiter beschleunigen, wobei die so produzierte Wärme etwa organische Lösungsmittel, welche beispielsweise in dem Elektrolyt vorhanden sein können, zersetzen können. Dies kann wiederum dazu führen, dass entzündliche Gase, wie, beispielsweise Ethan, Methan oder andere Kohlenwasserstoffe, freigesetzt werden können. Das Ausbilden derartiger Gase durch die Zersetzung des Elektrolyten, beispielsweise, kann ferner einen Druckanstieg im Inneren der Zelle hervorrufen, was weitere Beschädigungen mit sich bringen kann.
  • Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass eine exakte Temperaturmessung für einen sicheren Betrieb einer Batterie und ferner für eine ausreichende Langlebigkeit der Batterie von großem Interesse ist.
  • Um dies zu erreichen umfasst das vorbeschriebene Verfahren gemäß Verfahrensschritt a) ein Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle. Dieser Verfahrensschritt kann in an sich bekannter Weise durch ein Batterie-Steuersystem erfolgen, wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Der Ladezustand einer Batterie wird auch als SOC (state of charge) bezeichnet und kann in nicht beschränkender Weise beispielsweise ermittelbar sein unter Betrachtung der Batteriespannung, da diese oftmals mit dem Ladezustand korreliert. Weiterhin kann beispielsweise der fließende Strom über die Zeit integriert werden oder ein Kalman-Filter kann Verwendung finden. Das Ermitteln des Ladezustands der wenigstens einen Batteriezelle ist jedoch nicht auf die vorbeschriebenen Verfahren beschränkt. Dabei kann der Ladezustand sämtlicher Batteriezellen ermittelt werden, oder der Ladezustand jeder oder einzelner der Mehrzahl an beispielsweise in Reihe geschalteten Batteriezellen kann gemäß Verfahrensschritt a) ermittelt werden. Das Verwenden des Ladezustands der Batteriezelle oder der Mehrzahl an Batteriezellen kann dabei für das vorliegende Verfahren beispielsweise deshalb von Vorteil sein, weil der Ladezustand bei einem Betreiben der Batterie ohnehin oftmals gemessen wird und somit die hierfür vorliegenden technischen Voraussetzungen in einem Batterie-Steuersystem ohnehin gegeben sind. Darüber hinaus bietet der Ladezustand einen möglichen Parameter zur Bestimmung der Temperatur der wenigstens eine Batteriezelle, wie dies nachstehend erläutert wird.
  • Gemäß Verfahrensschritt b) umfasst das vorliegende Verfahren weiterhin das Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms durch die wenigstens eine Batteriezelle. In diesem Verfahrensschritt wird somit ermittelt, wie sich die Leerlaufspannung (Voc) der Batteriezelle nach dem Beenden des Fließen eines Stroms, was beispielsweise realisierbar ist durch das Abschalten der Batteriezelle etwa durch das Trennen einer elektrischen Verbindung oder das Ausschalten sämtlicher Verbraucher, verändert. Im Detail kann festgestellt werden, dass, wenn ein fließender Strom unterbrochen wird, eine Veränderung der Leerlaufspannung bei im Wesentlichen sämtlichen Ladezuständen ermittelbar ist. Wird beispielsweise ein Entladestrom für einen gewissen Zeitraum verwendet, wobei die Leerlaufspannung durch die Entladung im Laufe der Zeit sinkt, kann bei einem Beenden des Entladestroms, beispielsweise bei einem Ausschalten der Zelle, unmittelbar nach dem Beenden des Stroms eine Drift der Leerlaufspannung beobachtet werden. Im Detail kann in diesem Fall ein Spannungsanstieg der Leerlaufspannung beobachtet werden. Auf der anderen Seite kann bei einem Ladestrom der Batterie beziehungsweise der Zelle für einen gewissen Zeitraum und somit einem Spannungsanstieg über die Zeit unmittelbar nach einem Beenden des Ladestroms, beispielsweise durch ein Abschalten der Zelle, wiederum eine Drift der Leerlaufspannung ermittelt werden, wobei die Leerlaufspannung nach dem Beenden des Ladestroms abfällt.
  • Die Leerlaufspannung kann dabei in an sich bekannter Weise ermittelbar sein, indem bei beispielsweise einer Zelle oder einer Mehrzahl von Zellen das Fließen eines Stroms durch die Zelle oder die Zellen beendet wird und dabei die Spannung an den entsprechenden offenen Polen gemessen wird. Dabei wird die Spannung insbesondere über einen längeren Zeitraum gemessen, um das Verändern der Spannung beziehungsweise die Spannungsdrift zu ermitteln.
  • Weiterhin umfasst das Verfahren gemäß dem weiteren Verfahrensschritt c) ein Ermitteln der Temperatur wenigstens einer Batteriezelle und damit der Batterie auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung. Dieser Verfahrensschritt beruht insbesondere darauf, dass die vorbeschriebene Drift der Leerlaufspannung nach einem Beenden eines fließenden Stroms, unabhängig ob es sich hierbei um einen Entladestrom oder einen Ladestrom handelt, insbesondere abhängig von dem Ladezustand und der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle ist. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit darauf, dass bei einem bekannten beziehungsweise konstanten Ladezustand bei einer sich verändernden Temperatur die Veränderung der Leerlaufspannung nach dem Beenden des Fließens eines Stroms sich in Abhängigkeit der Veränderung der Temperatur ebenfalls verändert. Das Ansteigen oder Abfallen der Leerlaufspannung kann somit als ein Hinweis für eine Ermittlung der Temperatur von Batteriezellen dienen.
  • Dabei kann die Temperatur einer oder mehrere Batteriezellen separat ermittelt werden, für den Fall dass die Leerlaufspannung dieser Batteriezelle oder dieser Batteriezellen jeweils einzeln ermittelt wurde, oder es kann eine gemittelte Temperatur einer Mehrzahl an Batteriezellen ermittelt werden wenn die Leerlaufspannung dieser insbesondere in Reihe geschalteter Batteriezellen gemeinsam ermittelt wurde.
  • Das vorbeschriebene Verfahren zur Ermittlung der Temperatur erlaubt somit eine Ermittlung der Temperatur der Batterie in einer indirekten Weise unter Verwendung des Ladezustands und einer Veränderung der Leerlaufspannung wenigstens einer Batteriezelle. Dabei weist das vorbeschriebene Verfahren im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Messverfahren signifikante Vorteile auf.
  • Durch das vorbeschriebene Verfahren kann die Temperatur einer Batterie besonders genau gemessen werden, da insbesondere auf die Temperatur geschlossen werden kann, welche sich im Inneren einer Batteriezelle beziehungsweise einer Mehrzahl an Batteriezellen ausbildet. Dies kann insbesondere deshalb von Wichtigkeit sein, da beispielsweise die Temperatur einer Batterie, wenn sie etwa am Äußeren eines Batteriegehäuses ermittelt wird, nicht immer dem im Inneren der Batterie vorliegenden Werten entspricht. Darüber hinaus kann insbesondere bei einem Fehlerfall, der auf einer erhöhten Temperatur basiert, ein sehr schnelles Reagieren erforderlich sein, um einen größeren Schaden abzuwenden. Dabei kann dadurch, dass die Temperatur im Zellinneren unmittelbar ermittelt werden kann, besonders dynamisch reagiert werden da eine Temperaturerhöhung im Inneren der Zelle oftmals erst mit einer Zeitverzögerung bei einem an der Außenseite eines Gehäuses angeordneten Sensor ermittelbar sein kann.
  • Darüber hinaus kann das vorbeschriebene Verfahren mit einer verminderten Anzahl von Temperatursensoren möglich sein, oder auf Temperatursensoren kann vollständig verzichtet werden. Dadurch lässt sich durch das vorbeschriebene Verfahren zum einen eine signifikante Kostenersparnis ermöglichen. Denn zum einen können die Kosten für Sensoren eingespart werden. Weiterhin kann das vorliegende Verfahren im Wesentlichen ohne weitere kostenintensive Einbauten durchgeführt werden. Im Gegenteil hierzu kann das vorbeschriebene Verfahren auf einfache Weise mit problemlos ermittelbaren Messdaten insbesondere durch das Batterie-Steuersystem durchgeführt werden, so dass das Verfahren auf einfache Weise und mit geringsten Kosten in bestehende Systeme implementierbar ist.
  • Darüber hinaus weist ein Reduzieren der Anzahl von Temperatursensoren den weiteren Vorteil auf, dass Gewicht eingespart werden kann. Dies kann insbesondere bei mobilen Anwendungen, wie beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, von großem Vorteil sein.
  • Weiterhin kann die Langlebigkeit eine einer Batterie dadurch weiter gesteigert werden, da das Fehlen zusätzlicher aktiver Teile stets einen verringerten Serviceaufwand und ferner ein verringertes Potential für Beschädigungen aufweisen kann.
  • Zusammenfassend erlaubt ein vorbeschriebenes Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie somit ein besonders kostengünstiges und sicheres Betreiben und ferner eine besonders hohe Langlebigkeit der Batterie.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung kann Verfahrensschritt c) durchgeführt werden unter Verwendung einer zeitlichen Veränderung der Leerlaufspannung beziehungsweise unter einer Verwendung einer Zeitkonstanten der Veränderung der Leerlaufspannung oder des gesamten Profils der Veränderung der Leerlaufspannung. In dieser Ausgestaltung kann somit insbesondere, wenn die Zeitkonstante (τ) der Drift ermittelt und für das vorliegende Verfahren verwendet wird, die Veränderung der Leerlaufspannung insbesondere als Funktion der Zeit ermittelt und ausgewertet werden. In dieser Ausgestaltung kann bereits eine genaue Temperaturerfassung möglich sein, da eine Zeitkonstante oftmals bereits abhängig ist von der vorliegenden Temperatur und somit bereits ein genaues Messergebnis der Temperatur erlauben kann. Unter einer Zeitkonstante kann dabei insbesondere verstanden werden eine charakteristische Größe der Veränderung der Leerlaufspannung, welche die reine Zeitdauer der Veränderung bis zu einer Konstanz der Leerlaufspannung betrifft, oder auch die Zeitdauer t = T1/e, welche das Verändern der Leerlaufspannung als ein sich oftmals exponentiell absinkender oder ansteigender Prozess benötigt, um auf 1/e seines Ausgangswertes abzusinken oder um sich um diesen Betrag zu steigern. Dabei bezeichnet T die Temperatur.
  • Weiterhin ist es jedoch möglich, neben einer rein zeitlichen Veränderung der Leerlaufspannung das gesamte Profil der Veränderung der Leerlaufspannung zu betrachten. Bei der Betrachtung des gesamten Profils kann dabei neben einer zeitlichen Komponente zumindest auch die Stärke der Veränderung der Leerlaufspannung in Betracht gezogen werden. Insbesondere diese Ausgestaltung kann somit ein besonders genaues Erfassen der Temperatur der Batteriezelle oder der Mehrzahl an Batteriezellen ermöglichen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren durchgeführt werden durch ein Batterie-Steuersystem. Ein derartiges auch als Batterie-Management-System bezeichnetes System ist oftmals zum Betreiben einer Batterie ohnehin vorhanden. Dabei braucht das Batterie-Steuersystem keine kostspieligen Konstruktionen oder Umgestaltungen, um das vorliegende Verfahren durchführen zu können, da die bei dem vorliegenden Verfahren verwendeten Parameter, wie die Leerlaufspannung und der Ladezustand, meist problemlos im Rahmen eines Betreibens einer Batterie gemessen werden können. Dadurch braucht in das Steuersystem lediglich ein geeigneter Befehl eingebracht zu werden, durch welchen die Temperatur auf Basis der vorgenannten Parameter detektiert werden kann.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt c) durchgeführt werden auf Basis eines insbesondere in dem Batterie-Steuersystem hinterlegten Datensatzes. In dieser Ausgestaltung kann das vorliegende Verfahren besonders einfach in ein Batterie-Steuersystem implementiert werden. Es brauchen auf einfache Art und Weise lediglich Daten in den Speicher eines Batterie-Steuersystems eingegeben und dort gespeichert werden, welche Parameter bezüglich einer Drift einer Leerlaufspannung bei definierten Ladezuständen einer Temperatur zuordnen. Ein derartiger Datensatz kann dabei auf einfache Weise erstellt werden, da die entsprechenden Parameter aufgrund der bekannten Abhängigkeiten durch bloße Versuche problemlos erhältlich sind. Das Batterie-Steuersystem kann dann auf einfache Weise bei einer Ermittlung des Ladezustands für die gegebene Zelle oder für eine Mehrzahl von Zellen einer Temperatur zuordnen.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die ermittelte Temperatur durch das Verwenden eines Temperatursensors verifiziert werden. In dieser Ausgestaltung kann ein besonders verlässliches Ermitteln der Temperatur ermöglicht werden. Denn es kann weitestgehend ausgeschlossen werden, dass etwa durch Beschädigungen oder Alterungseffekte im Inneren der Zelle die Abhängigkeit der Temperatur von dem Ladezustand sich verändert hat. Beispielsweise kann ein Temperatursensor an einfacher Position der Batterie vorhanden sein und dabei einen Abgleich der über den Temperatursensor ermittelten Temperatur sowie der durch das vorbeschriebene Verfahren ermittelten Temperatur ermöglichen. Dabei kann ermittelt werden, ob eine entsprechende Korrelation der beiden Temperaturwerte gleich bleibt ist oder sich etwa verändert. Auf diese Weise kann auch nach einer langen Arbeitszeit der Batterie eine korrekte Temperaturmessung sichergestellt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Veränderung der Leerlaufspannung zyklisch ermittelt werden. In dieser Ausgestaltung kann die Veränderung der Leerlaufspannung somit ermittelt werden, um ein auch längerfristiges Betreiben der Batterie zu überwachen. Dazu können beispielsweise zyklisch einzelne Zellen einer Mehrzahl von Zellen von dem Verbraucher getrennt werden, um so einen Stromfluss durch die Zelle zu verhindern, was einer Ermittlung der benötigten Parameter erlauben kann. Dabei kann weiterhin auf Basis der Veränderung der Leerlaufspannung die Temperatur der Batterie entsprechend zyklisch ermittelt werden, wobei der Ladezustand der Batteriezelle oder der Batteriezellen abgeschätzt oder ebenfalls entsprechend zyklisch ermittelt werden kann.
  • Somit kann in dieser Ausgestaltung die Temperatur der Batterie nicht nur bei einem Abschalten beziehungsweise bei einem Stillstand der gesamten Batterie erfolgen, sondern auch dann, wenn insbesondere bei einem Modul aufweisend eine Vielzahl von Batteriezellen ein Versorger weiterhin mit Energie versorgt wird. Für den beispielhaften Fall eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs kann dies beispielsweise bedeuten, dass die Temperatur der Batterie auch dann ermittelbar ist, wenn das Fahrzeug weiterhin betrieben wird. In dieser Ausgestaltung kann somit der Betrieb einer elektrisch versorgten Komponente besonders sicher gestaltet werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Veränderung der Leerlaufspannung ermittelt werden während einer Rekuperationsphase der Batterie. In dieser Ausgestaltung kann während der Rekuperationsphase beziehungsweise Rückspeisephase durch die Rekuparation von Strom dieser temporär beispielsweise über einen Widerstand abgeleitet werden und in diesem Zeitraum die Leerlaufspannung bestimmt werden. Hier kann bei einem Fahrzeug, beispielsweise, theoretisch zu jedem Zeitpunkt, in dem nicht beschleunigt wird, die Temperatur aus dem Verlauf der Leerlaufspannungen der Zelle beziehungsweise der Zellen bestimmt werden. Praktisch kann diese Art der Bestimmung der Leerlaufspannung nicht bei jeder Möglichkeit, sondern beispielsweise nach bestimmten Zeitintervallen oder nach der Applikation bestimmter Strombelastungen, wie etwa hohen Lade- oder Entladebelastungen über einen längeren Zeitraum, durchgeführt werden.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie sein. In dieser Ausgestaltung kann das vorbeschriebene Temperatur-Messverfahren besonders deutlich und effektiv möglich sein. Im Detail kann die Drift der Leelaufspannung eine Konsequenz sein der Inhomogenität der Diffusionskonstanten in verschiedensten Elektrodenmaterialien, in dem Fall der Lithium-Ionen-Batterie beispielsweise von Kompositmaterialien umfassend Nickel (Ni), Kobalt (Co), Magnesium (Mg) {NiCoMg} oder umfassend Nickel (Ni), Mangan (Mn), Aluminium (Al) {NiMnAl}, Kobalt-basierten Oxiden oder Mangan-basierten Oxiden. Die Drift kann weiterhin eine Konsequenz sein einer Veränderung der Zusammensetzung in der Kathode oder der Anode. Für den Fall einer Lithium-Ionen-Batterie etwa kann die Anode, für den Fall, dass sie Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Graphit, oder Silizium-Zinn-Kohlenstoff-Kompositmaterialien oder reines Silizium aufweist, bei verschiedenen Ladezuständen verschiedene Phasen von LixC ausbilden, wobei x die Anzahl an interkalliertem Lithium bedeutet. Dabei ist die vorgenannte Ausbildung verschiedener Phasen nicht reduziert auf Kohlenstoff sondern kann auch bei weiteren Materialien auftreten, etwa bei Elektroden, welche Titan aufweisen. Wenn der Stromfluss beendet wird, kann eine intrinsischer Veränderung der +Diffusion von Lithiumionen (Li+) erfolgen als ein Ergebnis der Veränderung der Diffusionskonstanten von Lithium-Ionen (Li+), als eine Konsequenz der Inhomogenität der Zusammensetzung der Elektrodenmaterialien.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Batteriesystem, welches ausgestaltet ist, um ein wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahren durchzuführen. Entsprechend umfasst ein derartiges Batteriesystem eine Batterie, welche wenigstens eine Batteriezelle zum Versorgen eines Verbrauchers mit elektrischer Leistung aufweist. Beispielsweise kann die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Um das vorstehend beschriebenen Verfahren durchführen zu können, umfasst das Batteriesystem beziehungsweise die Batterie dabei zunächst ein Mittel zum Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle. Dies kann beispielsweise das Batterie-Steuersystem sein, welches aufgrund von ermittelten Parametern den Ladezustand ermitteln kann, wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
  • Weiterhin umfasst das Batteriesystem ein Mittel zum Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms durch die wenigstens eine Batteriezelle. Dies kann in an sich bekannter Weise ein Spannungsmesser sein, der beispielsweise die Spannung an beiden Polen der Batteriezelle ermitteln kann.
  • Schließlich umfasst das Batteriesystem ein Mittel zum Ermitteln der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung. Dieses Mittel kann wiederum das Batterie-Steuersystem sein, welches anhand der ermittelten Daten und etwa eines in einem Speicher hinterlegten Datensatzes die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle beziehungsweise der Batterie ermittelt.
  • Bezüglich der konkreten Ausgestaltung der vorgenannten Mittel wird ferner auf die vorstehende Beschreibung des Verfahrens zum Ermitteln der Temperatur der Batterie verwiesen.
  • Das vorbeschriebene Batteriesystem erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige und dabei besonders genaue Ermittlung der Temperatur einer Batteriezelle beziehungsweise der Batterie und damit einhergehenden ein besonders kostengünstiges und sicheres Betreiben und ferner eine besonders hohe Langlebigkeit.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnung
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung erläuternd das erfindungsgemäße Verfahren.
  • In der 1 ist ein Diagramm gezeigt, welches die Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 (unterer Bereich) nach dem Beenden des Fließen eines Stroms IL, IE (oberer Bereich) bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Ladezustand einer Batterie wie etwa einer Lithium-Ionen-Batterie, zeigt.
  • Im Detail zeigt das Diagramm der 1 den Verlauf der Spannung V und des Stroms I gegen die Zeit t. Dabei ist zu erkennen, dass wenn ein Ladevorgang (Ladestrom IL) oder auch ein Entladevorgang (Entladestrom IE) etwa zu den Zeiten t1 oder t2 beendet wird, eine Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 als Funktion der Zeit bei sämtlichen Werten des Ladezustands ermittelt werden kann. Mit Bezug auf 1 wird ein Entladestrom IE für einen Zeitraum bis zu einem Zeitpunkt t1 verwendet, wobei ein Abfall der Spannung V auftritt, und zwar von einer maximalen Spannung Vmax zu einer minimalen Spannung Vmin. Ein Abschalten der Zelle und damit das Beenden des Fließen des Entladestroms IE bei einer Zeit t1 resultiert sodann in einer Spannungsdrift der Leerlaufspannung VL1, welche gemäß 1 in einem Anstieg der Leerlaufspannung VL1 auf den Wert V1 um einen Betrag von (V1 – Vmin) resultiert. Wird auf der anderen Seite die Batterie geladen unter Verwenden eines Ladestroms IL steigt die Spannung von der Spannung V1 zu der maximalen Spannung Vmax. Wird die Zelle abgeschaltet zu einer Zeit t2, sinkt die Leerlaufspannung VL2 auf einen Wert Vmin.
  • Die gezeigte Drift der Leerlaufspannung VL1, VL2 kann dabei als Hinweis auf die Temperatur dienen, wobei eine Zeitkonstante der Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 oder das gesamte Profils der Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 verwendbar ist.
  • Auf diese Weise kann, etwa von einem Batterie-Steuersystem und etwa auf Basis eines insbesondere in dem Batterie-Steuersystem hinterlegten Datensatzes, bei einem Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle und einem Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 der wenigstens einen Batteriezelle nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms IL, IE durch die wenigstens eine Batteriezelle die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung VL1, VL2 ermittelt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6902319 B2 [0004]
    • US 2012/0109554 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Ermitteln des Ladezustands wenigstens einer Batteriezelle; b) Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms (IL, IE) durch die wenigstens eine Batteriezelle; und c) Ermitteln der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle auf Basis des Ladezustands und der Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) durchgeführt wird unter Verwendung einer zeitlichen Veränderung der Leerlaufspannung. (VL1, VL2)
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) durchgeführt wird unter Verwendung des gesamten Profils der Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren durchgeführt wird durch ein Batterie-Steuersystem.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) durchgeführt wird auf Basis eines insbesondere in dem Batterie-Steuersystem hinterlegten Datensatzes.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Temperatur durch das Verwenden eines Temperatursensors verifiziert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) zyklisch ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) ermittelt wird während einer Rekuperationsphase der Batterie.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie ist.
  10. Batteriesystem, aufweisend eine Batterie mit wenigstens einer Batteriezelle, wobei ferner ein Mittel zum Ermitteln des Ladezustands der Batteriezelle, ein Mittel zum Ermitteln einer Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) der wenigstens einen Batteriezelle unmittelbar nach dem Beenden des Fließens eines elektrischen Stroms (IL, IE) durch die wenigstens eine Batteriezelle und ein Mittel zum Ermitteln der Temperatur auf Basis des Ladezustands und der zeitlichen Veränderung der Leerlaufspannung (VL1, VL2) vorgesehen sind.
DE102014208865.8A 2014-05-12 2014-05-12 Verfahren zum Ermitteln der Temperatur einer Batterie Pending DE102014208865A1 (de)

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