DE102014213075A1 - Verfahren zur Verringerung einer alterungsbedingten Degradation eines elektrischen Energiespeichers - Google Patents

Verfahren zur Verringerung einer alterungsbedingten Degradation eines elektrischen Energiespeichers Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verringerung einer alterungsbedingten Degradation eines elektrischen Energiespeichers, wobei ein bisheriges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers erfasst wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens und einer Eintrittswahrscheinlichkeit des zukünftigen Nutzungsverhalten prognostiziert wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhaltens ausgewählt wird, und ein zu erreichender Zielladezustand des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit des ausgewählten zukünftigen Nutzungsverhaltens ermittelt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verringerung einer alterungsbedingten Degradation eines elektrischen Energiespeichers.
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zur Verringerung von kalendarischer und zyklischer Alterung bekannt.
  • Die US2010/00123436 offenbart ein System und Verfahren zur Optimierung eines Ladesystems für Lithium-Ionen-Batterien eines mobilen Geräts. Zur Vorhersage wann eine vollständige Ladung der Batterie notwendig ist, wird das Benutzungsverhalten der Vergangenheit mit einer Vorhersage des Benutzungsverhaltens kombiniert. Zur besseren Vorhersage des Benutzungsverhaltens werden beispielsweise Kalendereinträge des Benutzers des mobilen Geräts verwendet.
  • Die DE 10 2012 209 645 offenbart ein Verfahren zur Optimierung einer Ladestrategie einer Batterie, so dass sowohl ein ausreichender Ladezustand einer Batterie und eine Verlängerung der Akkulebensdauer erreicht werden. Zur Optimierung werden Vorhersagen eines Nutzungsverhaltens berücksichtigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass die Vorhersagen eines Nutzungsverhaltens eines elektrischen Energiespeichers keine Eintrittswahrscheinlichkeiten des Nutzungsverhaltens berücksichtigen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein bisheriges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers erfasst wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens und einer Eintrittswahrscheinlichkeit des zukünftigen Nutzungsverhalten prognostiziert wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhalten ausgewählt wird, und ein zu erreichender Zielladezustand des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit des ausgewählten zukünftigen Nutzungsverhaltens ermittelt wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteilhafterweise berücksichtigt das prognostizierte Nutzungsverhalten einen durch einen Benutzer vorgegebenen nicht zu unterschreitenden Mindestladezustand des elektrischen Energiespeichers und/oder einen Solladezustand des elektrischen Energiespeichers.
  • Wird der elektrische Energiespeicher beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet, kann ein Fahrer des Fahrzeugs in einer möglichen Ausführungsform mittels des Mindestladezustands eine Mindestreichweite festlegen, die das Fahrzeug auf jeden Fall zurücklegen muss.
  • Durch Festlegung des Mindestladezustands ist es in einer weiteren Ausführungsform möglich eine vorgebbare Innenraumtemperatur des Fahrzeugs beispielsweise durch einen Heizvorgang zu erreichen und trotzdem die Mindestreichweite bereitzustellen. Der Heizvorgang wird rechtzeitig vor einem möglichen Zeitpunkt einer zeitlich nachfolgenden Verwendung des elektrischen Energiespeichers gestartet.
  • Durch Vorgabe eines Solladezustands kann die Degradation des elektrischen Energiespeichers weiter verringert werden, beispielsweise wenn ein bisheriges Nutzungsverhalten ergibt, dass das Fahrzeug überwiegend Kurzstrecken fährt und daher ein mittlerer Ladezustand als Solladezustand ausreicht, bei dem die Degradation deutlich geringer ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das prognostizierte Nutzungsverhalten weitere Betriebsparameter wie beispielsweise eine Uhrzeit, einen Wochentag, eine Wettervorhersage, eine Umgebungstemperatur, eine Selbstentladungsrate des elektrischen Energiespeichers, wodurch vorteilhafterweise erreicht wird, dass das prognostizierte Nutzungsverhalten wesentlich genauer dem tatsächlichen zukünftigen Nutzungsverhalten entspricht.
  • Wird beispielsweise anhand des bisherigen Nutzungsverhaltens festgestellt, dass das Fahrzeug mit dem elektrischen Energiespeicher hauptsächlich unter der Woche für ähnliche Fahrzyklen verwendet wird, wird an einem Freitag eine nächste Nutzung mit hoher Wahrscheinlichkeit erst am darauffolgenden Montag erfolgen bzw. an allen anderen Wochentagen am darauffolgenden Tag um eine ähnliche Uhrzeit.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Auswahl des mindestens einen zukünftigen Nutzungsverhaltens durch den Benutzer des elektrischen Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit der Eintrittswahrscheinlichkeit des prognostizierten zukünftigen Nutzungsverhaltens.
  • In einer möglichen Ausführungsform werden zur Auswahl des zukünftigen Nutzungsverhaltens durch den Benutzer, mögliche Zeitpunkte einer zeitlich nachfolgenden Verwendung des elektrischen Energiespeichers sortiert nach Eintrittswahrscheinlichkeit des Nutzungsverhaltens dem Benutzer mittels einer drahtgebunden und/oder drahtlosen Interaktionsschnittstelle zur Auswahl dargestellt.
  • In einer weiteren Ausführungsform steht dem Benutzer eine Auswahlmöglichkeit zur Verfügung, die nicht aus dem bisherigen Nutzungsverhalten prognostizierbar ist, beispielsweise eine Einlagerung des elektrischen Energiespeicherns für einen längeren Zeitraum.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das zukünftige Nutzungsverhalten mit der höchsten Eintrittswahrscheinlichkeit gewählt, wodurch vorteilhafterweise keine Auswahl durch den Fahrer erfolgen muss.
  • Vorteilhafterweise wird in Abhängigkeit des ausgewählten zukünftigen Nutzungsverhaltens, des Mindestladezustands, des Solladezustands und/oder eines erwarteten Verlaufs einer Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichers eine zu erreichende Zielenergiespeichertemperatur ermittelt.
  • Wird beispielsweise anhand der Wettervorhersage ein erwarteter Verlauf der Umgebungstemperatur ermittelt, können beispielsweise Heizvorgänge des elektrischen Energiespeichers bis zur zeitlich nachfolgenden Nutzung optimiert werden, wodurch eine Degradation des elektrischen Energiespeichers weiter verringert wird.
  • Vorteilhafterweise wird zur Erreichung des Zielladezustands und/oder der Zielenergiespeichertemperatur ein Ladevorgang oder ein Entladevorgang des elektrischen Energiespeichers durchgeführt.
  • In einer Ausführungsform erfolgen ein Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers mittels weiterer elektrischer Energiespeicher des Fahrzeugs und ein Entladevorgang des elektrischen Energiespeichers durch elektrische Verbraucher des Fahrzeugs.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird der Benutzer des elektrischen Energiespeichers akustisch, optisch und/oder haptisch darauf hingewiesen, beispielsweise den elektrischen Energiespeicher an ein Ladegerät anzuschließen.
  • Vorteilhafterweise wird ein bisheriges Nutzungsverhalten eines elektrischen Energiespeichers mittels mindestens eines Spannungssensors, eines Stromsensors und/oder eines Temperatursensors erfasst. Diese Sensoren sind normalerweise bereits vorhanden, wodurch zusätzliche Elektronik eingespart wird.
  • Vorteilhafterweise erfolgt eine Prognose mindestens eines zukünftigen Nutzungsverhaltens des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens mittels mindestens eines Steuergeräts.
  • Vorteilhafterweise wird das mindestens eine zukünftige Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers einem Benutzer des elektrischen Energiespeichers mittels einer elektrischen, optischen, haptischen und/oder akustischen Interaktionsschnittstelle zur Auswahl dargestellt wird.
  • In einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Darstellung über eine kabellose Verbindung mit einem Smartphone des Benutzers, so dass dieser auch zu einem späteren Zeitpunkt die Auswahl ändern kann, ohne dass ein Aufenthalt im Fahrzeug notwendig ist.
  • Vorteilhafterweise ist der mindestens eine elektrische Energiespeicher eine Lithium-Ionen-Batterie, Lithium-Schwefel-Batterie oder Lithium-Luft-Batterie.
  • Vorteilhafterweise umfasst der mindestens eine elektrische Energiespeicher eine Kühlvorrichtung und/oder eine Heizvorrichtung, mittels der eine Zielbatterietemperatur erreicht wird.
  • Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahrens in einem Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher verwendet.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine beispielhafte Darstellung einer Degradation eines elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit einer Energiespeichertemperatur; und
  • 2 eine beispielhafte Darstellung einer Degradation eines elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers; und
  • 3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
  • 1 zeigt beispielhaft eine Abhängigkeit einer Degradation zweier unterschiedlicher Energiespeichertypen 10, 11 von einer auf 25°C normierten Energiespeichertemperatur T. Je höher die Energiespeichertemperatur T, desto größer ist ein Faktor f der die Zunahme der Degradation repräsentiert. Nach dem Arrhenius Gesetz beispielsweise gilt, dass eine Zunahme der Energiespeichertemperatur T von 10°C ungefähr eine doppelte Degradation des Energiespeichers, also eine Verdopplung des Faktors f, verursacht.
  • 2 zeigt beispielhaft eine Degradation eines elektrischen Energiespeichersin Abhängigkeit eines Ladezustands SOC eines Energiespeichers für drei unterschiedliche Energiespeichertemperaturen 20, 21, 22. Bei mittleren Ladezuständen SOC der Energiespeicher ist bei zwei Energiespeichertemperaturen 20, 21 eine deutliche Zunahme der Degradation erkennbar.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt S1 wird das Verfahren gestartet, beispielsweise bei Abstellen eines Fahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher durch Drehen eines Zündschlüssels oder Betätigen eines Schalters.
  • In Schritt S2 wird ein bisheriges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers erfasst, beispielsweise durch Auswertung von Betriebsparametern, die während mindestens eines Fahrzyklus mittels Sensoren erfasst wurden, beispielsweise durch Spannungs-, Strom- und/oder Temperatursensoren.
  • In Schritt S3 wird ein mögliches zukünftiges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des in Schritt S2 erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens prognostiziert.
  • In Schritt S4 wird geprüft, ob ein weiteres zukünftiges Nutzungsverhalten möglich ist. In diesem Fall wird in Schritt 3 ein weiteres zukünftiges Nutzungsverhalten prognostiziert. Dies ist dann der Fall, wenn weitere Betriebsparameter berücksichtigt werden, beispielsweise eine Uhrzeit, ein Wochentag, eine Wettervorhersage, eine Umgebungstemperatur, einen durch den Benutzer vorgebaren nicht zu unterschreitenden Mindestladezustand des elektrischen Energiespeichers und/oder einen Solladezustand des elektrischen Energiespeichers.
  • In Schritt S5 erfolgt eine Auswahl des zukünftigen Nutzungsverhaltens, beispielsweise in Abhängigkeit einer Eintrittswahrscheinlichkeit, zur Berechnung eines zu erreichenden Zielladezustands des elektrischen Energiespeichers in Schritt S6.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das zukünftige Nutzungsverhalten durch den Benutzer des Energiespeichers ausgewählt, beispielsweise werden dem Benutzer prognostizierte zukünftige Nutzungsverhalten mittels einer drahtgebunden und/oder drahtlosen Interaktionsschnittstelle zur Auswahl dargestellt, beispielsweise mittels eines berührungsempfindlichen Bildschirm.
  • In Schritt S7 wird in Abhängigkeit des in Schritt S6 berechneten Zielladezustands ein Ladevorgang oder Entladevorgang des elektrischen Energiespeichers gestartet und solange durchgeführt, bis der Zielladezustand erreicht ist.
  • Ist eine Erhöhung bzw. Verringerung einer Energiespeichertemperatur beispielsweise aufgrund der Umgebungstemperatur zur Verringerung der Degradation notwendig, wird in einer weiteren Ausführungsform ein Heizvorgang mittels einer Heizvorrichtung bzw. ein Kühlvorgang mittels einer Kühlvorrichtung durchgeführt.
  • In Schritt S8 wird das Verfahren nach Erreichen des Zielladezustands des elektrischen Energiespeichers und/oder der Energiespeichertemperatur beendet.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein weiteres Verfahren zur Überwachung des Zielladezustands und/oder der Energiespeichertemperatur gestartet werden, beispielsweise bei einer sehr langen prognostizierten Nutzungsunterbrechung des Energiespeichers, wodurch die Degradation des elektrischen Energiespeichers weiter verringert wird.
  • 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 2010/00123436 [0003]
    • DE 102012209645 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Verringerung einer alterungsbedingten Degradation eines elektrischen Energiespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass ein bisheriges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers erfasst wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens und einer Eintrittswahrscheinlichkeit des zukünftigen Nutzungsverhalten prognostiziert wird, mindestens ein zukünftiges Nutzungsverhalten ausgewählt wird, und ein zu erreichender Zielladezustand des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit des ausgewählten zukünftigen Nutzungsverhaltens ermittelt wird.
  2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das prognostizierte Nutzungsverhalten eine Uhrzeit, einen Wochentag, eine Wettervorhersage, eine Umgebungstemperatur, eine Selbstentladungsrate des elektrischen Energiespeichers, einen durch den Benutzer vorgebaren nicht zu unterschreitenden Mindestladezustand des elektrischen Energiespeichers und/oder einen Solladezustand des elektrischen Energiespeichers berücksichtigt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des mindestens einen zukünftigen Nutzungsverhaltens durch einen Benutzer des elektrischen Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit der Eintrittswahrscheinlichkeit des zukünftigen Nutzungsverhaltens erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des ausgewählten zukünftigen Nutzungsverhaltens, des Mindestladezustands, des Solladezustands und/oder eines erwarteten Verlaufs einer Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichers eine zu erreichende Zielenergiespeichertemperatur ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung des Zielladezustands und/oder der Zielenergiespeichertemperatur ein Ladevorgang oder ein Entladevorgang des elektrischen Energiespeichers durchgeführt wird.
  6. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungssensor, ein Stromsensor und/oder ein Temperatursensor ein bisheriges Nutzungsverhalten eines elektrischen Energiespeichers erfasst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prognose mindestens eines zukünftigen Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung des erfassten bisherigen Nutzungsverhaltens mittels mindestens einem Steuergerät erfolgt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine zukünftige Nutzungsverhalten des elektrischen Energiespeichers einem Benutzer des elektrischen Energiespeichers mittels einer elektrischen, optischen, haptischen und/oder akustischen Interaktionsschnittstelle zur Auswahl dargestellt wird.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher eine Lithium-Ionen-Batterie, Lithium-Schwefel-Batterie oder Lithium-Luft-Batterie ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher eine Kühlvorrichtung und/oder eine Heizvorrichtung umfasst, mittels der eine Zielbatterietemperatur erreicht wird.
  11. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher.
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