DE102015202941A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt Download PDF

Info

Publication number
DE102015202941A1
DE102015202941A1 DE102015202941.7A DE102015202941A DE102015202941A1 DE 102015202941 A1 DE102015202941 A1 DE 102015202941A1 DE 102015202941 A DE102015202941 A DE 102015202941A DE 102015202941 A1 DE102015202941 A1 DE 102015202941A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
charging
battery
battery cell
voltage
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015202941.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Manfred Weiffen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102015202941.7A priority Critical patent/DE102015202941A1/de
Priority to PCT/EP2016/050706 priority patent/WO2016131568A1/de
Publication of DE102015202941A1 publication Critical patent/DE102015202941A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/15—Preventing overcharging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/0071—Regulation of charging or discharging current or voltage with a programmable schedule
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden einer Batteriezelle, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Einstellen einer Überspannung oberhalb einer Ladeschlussspannung der Batteriezelle als Ladespannung beim Laden der Batteriezelle, ein Batteriemodul, eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.

Description

  • Stand der Technik
  • Sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV), Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV) oder Steckdosenhybridfahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles, PHEV), kommen als wieder aufladbare elektrische Energiespeicher (EES, electro-chemical storage system, ESS) vermehrt neue Batteriesysteme bzw. Batteriemodule, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, zum Einsatz.
  • Ein Batteriesystem (Akkumulatorsystem) umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen (Akkumulatorzellen) beispielsweise zylindrische oder prismatische Batteriezellen oder Batteriezellen mit Elektrodenwickel (Batteriezellwickel, Zellwickel, Jerry Roll, JR). Die Batteriezellen können seriell (in Reihe) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom und die Kapazität zu erhöhen. Somit können die Batteriezellen zu Batteriemodulen bzw. Batterieeinheiten (Batteriepacks) zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) seriell bzw. parallel verschaltet werden.
  • Zum Laden der Batteriezellen mit elektrischer Energie kann ein Ladeverfahren wie das Konstantstrom-und-Konstantspannungs-(IU-)Ladeverfahren (constant-current constant-voltage (CCCV) charging method) zur Anwendung kommen.
  • 1 zeigt einen schematischen zeitlichen Verlauf 10 beim Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß des Standes der Technik. Der Verlauf zeigt eine Ladespannung (Spannung, U) 1, einen Ladestrom (Strom, I) 2 und einen Ladezustand (State of Charge, SoC) 3 der Lithium-Batteriezelle.
  • Die Lithium-Batteriezelle hat zunächst einen geringen Ladezustand 3; sie ist leer. Zum Zeitpunkt 0 beginnt der Ladevorgang. Ab dem Zeitpunkt 0 wird die Lithium-Batteriezelle mit einem definierten, konstanten Strom 2 geladen, wobei sich eine entsprechende Spannung 1 einstellt. Dabei kann der Strom 2 durch eine zulässige Aufnahmefähigkeit der Lithium-Batteriezelle vorgegeben sein und / oder durch eine Leistungsfähigkeit oder Einstellung wie Begrenzung einer Ladevorrichtung begrenzt werden. Wenn die Spannung 1 eine vorgegebene Ladeschlussspannung U0 der Lithium-Batteriezelle, zum Beispiel in Höhe von 4,2 V, zum Zeitpunkt t1 erreicht, bleibt sie konstant. Ab dem Zeitpunkt t1 reduziert sich der Strom 2 selbständig aufgrund des steigenden Ladezustands 3. Ab dem Zeitpunkt t3 nähern sich der Strom 2 asymptotisch der Null und der Ladezustand 3 der 100 %, während die Spannung 1 weiterhin konstant auf der Höhe der Ladeschlussspannung U0 bleibt. Zum Zeitpunkt t4 wird der Ladevorgang beendet.
  • Die Ladevorrichtung zur Umsetzung des IU-Ladeverfahrens ist vergleichsweise einfach. Da sich der Strom 2 bei Vorliegen der konstanten Spannung 1 von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t4 ohne Kenntnis von Eigenschaften wie Kapazität, Innenwiderstand, Alterungszustand oder Gesundheitszustand (State of Health, SoH) der Lithium-Batteriezelle aufgrund ihrer Aufnahmefähigkeit selbständig einstellt bzw. reduziert, kann die Lithium-Batteriezelle nicht überladen werden. Allerdings dauert der Ladevorgang vergleichsweise lange, da der steigende Ladezustands 3 den Strom 2 von Zeitpunkt t1 bis Zeitpunkt t4 reduziert bzw. zunehmend abschnürt.
  • Um die Ladedauer von Akkumulatoren (Batterien) und Akkumulatorsystemen (Batteriesystemen) zu verkürzen, ist es somit erforderlich, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Laden einer Batteriezelle bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass durch eine Ladespannung oberhalb der Ladeschlussspannung der Batteriezelle ein höherer Ladestrom, insbesondere bei höherem Ladezustand der Batteriezelle, erreicht werden kann. Dadurch kann das Laden der Batteriezelle beschleunigt werden. Somit kann die Zeit zum Laden der Batteriezelle verkürzt werden. Die Anhebung der Ladespannung gegenüber der Ladeschlussspannung wird im Folgenden als „Überspannung“ bezeichnet. Die Überspannung ist also eine elektrische Spannung, die den Normalbereich der Batteriezelle überschreitet.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Zweckmäßigerweise kann eine Höhe der Überspannung konstant, im Rahmen des technisch Möglichen konstant bzw. im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dadurch kann der Ladestrom, insbesondere bei höherem Ladezustand der Batteriezelle, reduziert werden. Dadurch können die Sicherheit und Lebensdauer der Batteriezelle erhöht werden.
  • Zweckmäßigerweise kann eine Höhe eines Ladestroms konstant, im Rahmen des technisch Möglichen konstant bzw. im Wesentlichen konstant gehalten werden.
  • Zweckmäßigerweise kann die Vorrichtung weiterhin eine Schalteinrichtung zum zyklischen, periodischen oder regelmäßigen Unterbrechen des Ladens umfassen. Dadurch kann eine Spannung der Batteriezelle zyklisch, periodisch bzw. regelmäßig bestimmt werden.
  • Zweckmäßigerweise kann die Vorrichtung weiterhin eine Messeinrichtung zum Erfassen der Spannung der Batteriezelle umfassen. Dadurch können eine Leerlaufspannung und / oder der Ladezustand der Batteriezelle zyklisch, periodisch bzw. regelmäßig bestimmt werden. Dadurch kann ein Überladen der Batteriezelle verhindert werden. Dadurch können die Sicherheit und Lebensdauer der Batteriezelle weiter erhöht werden.
  • Zweckmäßigerweise kann die Vorrichtung weiterhin eine Verarbeitungseinrichtung zum Ermitteln eines Ladezustandes der Batteriezelle umfassen. Dadurch kann das Laden und der Betrieb der Batteriezelle verbessert werden. Dadurch können die Sicherheit und Lebensdauer der Batteriezelle weiter erhöht werden.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das die zuvor beschriebene Vorrichtung umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Vorrichtung, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug, Plug-In Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Vorrichtung, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiterhin ein Konstanthalten einer Höhe der Überspannung umfassen.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiterhin ein Konstanthalten einer Höhe eines Ladestroms umfassen.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiterhin ein zyklisches, periodisches oder regelmäßiges Unterbrechen des Ladens umfassen.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiterhin ein Erfassen einer Spannung der Batteriezelle umfassen.
  • Zweckmäßigerweise kann das Verfahren weiterhin ein Ermitteln eines Ladezustandes der Batteriezelle umfassen.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogramm bereit, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt bereit, das das zuvor beschriebene Computerprogramm umfasst.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verfahrensschritte nicht zwangsläufig in der beschriebenen Reihenfolge auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform können die Verfahrensschritte auch ineinander verschachtelt sein (Interleaving).
  • Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des beschriebenen Verfahrens als einzelne verkaufsfähige Einheiten und restliche Abschnitte des Verfahrens als andere verkaufsfähige Einheiten ausgebildet werden können. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren als verteiltes System auf unterschiedlichen Computer-basierten Instanzen, zum Beispiel Client-Server-Instanzen, zur Ausführung kommen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Modul seinerseits unterschiedliche Sub-Module umfasst.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 zeigt einen schematischen zeitlichen Verlauf 10 beim Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß des Standes der Technik,
  • 2 zeigt einen beispielshaften schematischen zeitlichen Verlauf 20 beim Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Batteriesystems 30 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, und
  • 4 zeigt ein vereinfachtes schematisches Ablaufdiagramm 6 eines Verfahrens zum Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt einen beispielhaften schematischen zeitlichen Verlauf 20 beim Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die Lithium-Batteriezelle hat wiederum zunächst einen geringen Ladezustand 3‘; sie ist leer. Zum Zeitpunkt 0 beginnt der Ladevorgang. Ab dem Zeitpunkt 0 wird die Lithium-Batteriezelle mit einem definierten, konstanten Strom 2‘ geladen, wobei sich eine entsprechende Ladespannung 1‘ einstellt. Dabei kann der Strom 2‘ durch eine zulässige Aufnahmefähigkeit der Lithium-Batteriezelle vorgegeben sein und / oder durch eine Leistungsfähigkeit oder Einstellung wie Begrenzung der Vorrichtung zum Laden begrenzt werden. Wenn die Ladespannung 1‘ eine vorgegebene Ladeschlussspannung U0 der Lithium-Batteriezelle, zum Beispiel in Höhe von 4,2 V, zum Zeitpunkt t1 erreicht, wird die Ladespannung 1‘ derart erhöht, dass der Strom 2‘ weiterhin konstant bleibt (durch Überspannung weiterhin konstanter Strom). Da der Strom 2‘ trotz des steigenden Ladezustands 3 nicht sinkt, kann der Ladevorgang beschleunigt werden. Zur Vermeidung eines Überladens der Lithium-Batteriezelle wird der Ladevorgang nach dem Zeitpunkt t1 automatisch zyklisch, periodisch bzw. regelmäßig unterbrochen, sodass der Ladestrom 2‘ kurzzeitig auf null abfällt, um jeweils die Leerlaufspannung 4 der Lithium-Batteriezelle und daraus den jeweiligen Ladezustand 3‘ bestimmen zu können. Nach Erreichen einer maximalen Überspannung bleibt die Ladespannung 1‘ ab dem Zeitpunkt t2 konstant, sodass sich der Strom 2‘ aufgrund des weiter steigenden Ladezustands 3‘ nun reduziert (konstante Überspannung). Zum Ende des Ladevorgangs wird die Ladespannung 1‘ auf die Ladeschlussspannung U0 reduziert, sodass sich ab dem Zeitpunkt t3 der Strom 2‘ asymptotisch der Null und der Ladezustand 3‘ der 100 % nähern, während die Ladespannung 1‘ weiterhin konstant auf der Höhe der Ladeschlussspannung U0 bleibt. Zum Zeitpunkt t4 wird der Ladevorgang beendet. Gegenüber dem mit Bezug auf 1 beschriebenen herkömmlichen Laden kann die Ladedauer verkürzt werden, da der Strom 2‘, dessen Integral dem Ladezustand 3‘ entspricht, zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 aufgrund der im Vergleich zur Ladeschlussspannung U0 höheren Ladespannung 1‘ später und weniger sinkt als der Strom 2 beim herkömmlichen Laden.
  • Der zeitliche Verlauf beim Laden (Ladekurve) kann für den Typ der jeweiligen Batteriezelle beispielsweise unter Berücksichtigung der Ladezeit und / oder einer möglichen Einbuße an Lebensdauer angepasst bzw. optimiert werden.
  • 3 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild eines Batteriesystems 30 gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Batteriesystem 30 umfasst eine Vielzahl n von Batteriezellen 500 1, ... 500 n. Die Batteriezellen 500 1, ... 500 n können, wie in 3 beispielhaft gezeigt, in einem Batteriemodul 50 angeordnet sein und / oder elektrisch seriell miteinander verbunden sein.
  • Das Batteriesystem 30 umfasst weiterhin eine Vorrichtung zum Laden der Batteriezellen 500 1, ... 500 n. Die Vorrichtung zum Laden der Batteriezellen 500 1, ... 500 n kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt, eine Stelleinrichtung 32 zum Einstellen einer elektrischen Ladespannung bzw. eines elektrischen Ladestroms, eine Messeinrichtung 34 beispielsweise Spannungsmesseinrichtung wie digitale Spannungsmesseinrichtung, die mit den Batteriezellen 500 1, ... 500 n verbunden ist, zum Messen einer Spannung wie Leerlaufspannung bzw. Klemmenspannung der Batteriezellen 500 1, ... 500 n, eine Schalteinrichtung 36, die mit den Batteriezellen 500 1, ... 500 n und der Stelleinrichtung 32 verbunden ist, zum selektiven Verbinden der Batteriezellen 500 1, ... 500 n mit der Stelleinrichtung 32 und eine Steuerungseinrichtung 38, die mit der Stelleinrichtung 32, Messeinrichtung 34 und Schalteinrichtung 36 verbunden ist, zum Überwachen und Steuern des Ladens umfassen. Die Stelleinrichtung 32 kann beispielsweise ein Halbleiterbauelement oder Leistungshalbleiterbauelement wie Transistor oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET) umfassen. Die Schalteinrichtung 36 kann beispielsweise als einpoliger Einschalter oder Trennschalter ausgebildet sein. Die Steuerungseinrichtung 38 kann, wie in 3 beispielhaft gezeigt, eine Verarbeitungseinrichtung 382, eine Speichereinrichtung 384 zum Speichern von Befehlen und / oder Daten wie Messwerten und Stellwerten und / oder eine Schnittstelleneinrichtung 386, die mit der Stelleinrichtung 32, Messeinrichtung 34 und Schalteinrichtung 36 verbunden ist, zum Übertragen von Signalen bzw. Daten umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung 382 kann als Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Speichereinrichtung 384 kann als flüchtiger und / oder nichtflüchtiger Speicher ausgebildet sein.
  • Die Vorrichtung zum Laden ist derart ausgebildet und / oder programmiert, dass sie die Batteriezellen 500 1, ... 500 n gemäß der Erfindung laden kann. Dabei bringt die Verarbeitungseinrichtung 38 die Schalteinrichtung 36, wie in 3 beispielhaft gezeigt, zum Laden der Batteriezellen 500 1, ... 500 n in eine erste Schalterstellung 361, sodass der Ladestrom von der Stelleinrichtung 32, die von der Verarbeitungseinrichtung 38 unter Berücksichtigung der Messwerte gesteuert wird, in die Batteriezellen 500 1, ... 500 n fließen kann, oder zum Messen der Leerlaufspannung bzw. Klemmenspannung der Batteriezellen 500 1, ... 500 n in eine zweite Schaltstellung 362, sodass die Messeinrichtung 34 Messwerte wie Messwerte der Leerlaufspannung bzw. Klemmenspannung erfassen und zur Verarbeitung an die Verarbeitungseinrichtung 38 übertragen kann. Die Messeinrichtung 34 ist mit den Batteriezellen 500 1, ... 500 n verbunden, und das Erfassen der Messwerte für die Leerlaufspannung wird durch Unterbrechen der Ladespannung bzw. des Ladestroms mittels der Schalteinrichtung 36 ermöglicht. Die Vorrichtung kann als Ladegerät mit gemäß der Erfindung programmierten Mikroprozessor ausgebildet sein, sodass die das Ladegerät die Ladespannung bzw. den Ladestrom für die Batteriezellen 500 1, ... 500 n vorgeben kann.
  • Das Batteriesystem 30 kann weiterhin eine elektrische Energiequelle 40 beispielsweise eine Stromversorgung wie ein Netzgerät oder einem Energiewandler wie ein Antriebssystem mit der Fähigkeit zur Rückgewinnung von Bremsenergie (einen elektrischen Antrieb eines EV, HEV oder PHEV), eine Solarzelle oder eine Energieernteeinrichtung (energy harvester) zum Versorgen der Vorrichtung zum Laden der Batteriezellen 500 1, ... 500 n mit elektrischer Spannung bzw. elektrischem Strom umfassen bzw. mit der elektrischen Energiequelle 40 verbunden sein.
  • 4 zeigt ein vereinfachtes schematisches Ablaufdiagramm 6 eines Verfahrens zum Laden einer Lithium-Batteriezelle gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Verfahren beginnt mit Schritt 60. In Schritt 60 können beispielsweise Befehle aus einem Speicher in einen Prozessor geladen, Variablen angelegt, ein Selbsttest ausgeführt und / oder Eigenschaften der Lithium-Batteriezelle ermittelt werden.
  • In Schritt 61 wird die Lithium Batteriezelle mit einem konstanten Ladestrom geladen, sodass die Ladespannung steigt (konstanter Strom).
  • In Schritt 62 wird überprüft, ob eine bestimmte Ladespannung eine vorgegebene Ladeschlussspannung U0 der Lithium-Batteriezelle erreicht hat. Wenn die bestimmte Ladespannung die vorgegebene Ladeschlussspannung der Lithium-Batteriezelle noch nicht erreicht hat 62 1, wird nach Schritt 61 verzweigt. Wenn die bestimmte Ladespannung die Ladeschlussspannung erreicht hat 62 2, wird nach Schritt 63 A verzweigt.
  • In Schritt 63 A wird die Lithium-Batteriezelle mit einer Ladespannung oberhalb der Ladeschlussspannung geladen, sodass die Ladestrom weiterhin konstant bleiben kann (durch Überspannung weiterhin konstanter Strom). In Schritt 63 B kann regelmäßig die Leerlaufspannung und / oder der Ladezustand der Lithium-Batteriezelle bestimmt werden. Dazu kann in Schritt 63 B die Ladespannung bzw. der Ladestroms, wie bereits beschrieben, unterbrochen werden.
  • In Schritt 64 wird überprüft, ob eine bestimmte Ladespannung eine maximale Überspannung erreicht hat. Wenn die bestimmte Ladespannung die maximale Überspannung noch nicht erreicht hat 64 1, wird nach Schritt 63 A verzweigt. Wenn die bestimmte Ladespannung die maximale Überspannung erreicht hat 64 2, wird nach Schritt 65 A verzweigt.
  • In Schritt 65 A wird die Lithium-Batteriezelle mit einer Ladespannung in Höhe der maximalen Überspannung geladen, sodass sich der Ladestrom aufgrund des weiter steigenden Ladezustands nun reduziert (konstante Überspannung). In Schritt 65 B kann regelmäßig die Leerlaufspannung und / oder der Ladezustand der Lithium-Batteriezelle bestimmt werden. Dazu kann in Schritt 65 B die Ladespannung bzw. der Ladestroms, wie bereits beschrieben, unterbrochen werden.
  • In Schritt 66 wird überprüft, ob der bestimmte Ladezustand einen vorbestimmten Ladezustand erreicht hat. Wenn der bestimmte Ladezustand den vorbestimmten Ladezustand noch nicht erreicht hat 66 1, wird nach Schritt 65 A verzweigt. Wenn der bestimmte Ladezustand den vorbestimmten Ladezustand erreicht hat 66 2, wird nach Schritt 67 verzweigt.
  • In Schritt 67 wird die Lithium-Batteriezelle mit einer Ladespannung in Höhe der Ladeschlussspannung geladen, sodass sich der Ladestrom aufgrund des weiter steigenden Ladezustands sodass asymptotisch der null nähert (konstante Ladeschlussspannung).
  • In Schritt 68 wird überprüft, ob der bestimmte Ladezustand einen vorbestimmten Ladeendzustand erreicht hat. Wenn der bestimmte Ladezustand den vorbestimmten Ladeendzustand noch nicht erreicht hat 68 1, wird nach Schritt 67 verzweigt. Wenn der bestimmte Ladezustand den vorbestimmten Ladeendzustand erreicht hat 68 2, wird nach Schritt 69 verzweigt.
  • Das Verfahren endet mit Schritt 69. In Schritt 69 können beispielsweise Daten aus dem Prozessor in den Speicher gespeichert und / oder Befehle und / oder Variablen gelöscht werden.
  • Das Verfahren kann von der Vorrichtung zum Laden, die beispielsweise als Ladegerät mit gemäß der Erfindung programmierten Mikroprozessor ausgebildet sein kann, ausgeführt werden.
  • Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Die verwendeten Anzahlen sind lediglich beispielhaft, sodass eine Vielzahl zwei, vier, fünf, sechs, oder mehr Elemente oder Schritte umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Artikel wie „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Weiterhin wird angemerkt, dass Zahlwörter bzw. Ordnungszahlen wie „erste“, „zweite“ usw. ausschließlich zur Unterscheidung von Elementen und Schritten dienen, ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Elemente oder der Ausführung der Schritte festzulegen bzw. zu beschränken. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zum Laden einer Batteriezelle (500 1, ... 500 n), gekennzeichnet durch: – Einrichtungen (32, 38) zum Einstellen einer Überspannung oberhalb einer Ladeschlussspannung der Batteriezelle (500 1, ... 500 n) als Ladespannung (1‘) beim Laden der Batteriezelle (500 1, ... 500 n).
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: – eine Höhe der Überspannung konstant gehalten werden kann, oder – eine Höhe eines Ladestroms konstant gehalten werden kann.
  3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: – eine Schalteinrichtung (36) zum zyklischen, periodischen oder regelmäßigen Unterbrechen des Ladens, – eine Messeinrichtung (34) zum Erfassen einer Spannung der Batteriezelle (500 1, ... 500 n), oder – eine Verarbeitungseinrichtung (38) zum Ermitteln eines Ladezustandes der Batteriezelle (500 1, ... 500 n).
  4. Batteriemodul (50), umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
  5. Batterie, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder – das Batteriemodul (50) nach Anspruch 4.
  6. Batteriesystem (30), umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, – das Batteriemodul (50) nach Anspruch 4, oder – die Batterie nach Anspruch 5.
  7. Fahrzeug, umfassend: – die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batteriemodul (50) nach Anspruch 4, verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterie nach Anspruch 5, verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem (30) nach Anspruch 6, verbunden mit dem Fahrzeug.
  8. Verfahren zum Laden einer Batteriezelle (500 1, ... 500 n), gekennzeichnet durch: – Einstellen einer Überspannung oberhalb einer Ladeschlussspannung der Batteriezelle (500 1, ... 500 n) als Ladespannung (1‘) beim Laden der Batteriezelle (500 1, ... 500 n).
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: – Konstanthalten einer Höhe der Überspannung, oder – Konstanthalten einer Höhe eines Ladestroms.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend: – zyklisches, periodisches oder regelmäßiges Unterbrechen des Ladens, – Erfassen einer Spannung der Batteriezelle (500 1, ... 500 n), oder – Ermitteln eines Ladezustandes der Batteriezelle (500 1, ... 500 n).
  11. Computerprogramm, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher eines Computers gespeichert ist und das von dem Computer lesbare Befehle umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 10 bestimmt sind, wenn die Befehle auf dem Computer ausgeführt werden.
  12. Computerprogrammprodukt, das das Computerprogramm nach Anspruch 11 umfasst.
DE102015202941.7A 2015-02-18 2015-02-18 Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt Withdrawn DE102015202941A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015202941.7A DE102015202941A1 (de) 2015-02-18 2015-02-18 Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt
PCT/EP2016/050706 WO2016131568A1 (de) 2015-02-18 2016-01-15 Vorrichtung und verfahren zum laden einer batteriezelle sowie batteriemodul, batterie, batteriesystem, fahrzeug, computerprogramm und computerprogrammprodukt

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015202941.7A DE102015202941A1 (de) 2015-02-18 2015-02-18 Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015202941A1 true DE102015202941A1 (de) 2016-08-18

Family

ID=55135253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015202941.7A Withdrawn DE102015202941A1 (de) 2015-02-18 2015-02-18 Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102015202941A1 (de)
WO (1) WO2016131568A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011087496A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-27 H-Tech Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laden von wiederaufladbaren Zellen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3430264B2 (ja) * 1992-06-23 2003-07-28 ソニー株式会社 充電装置
FR2733093B1 (fr) * 1995-04-12 1997-07-04 Sgs Thomson Microelectronics Chargeur de batterie
FR2769764B1 (fr) * 1997-10-14 2000-03-17 Charles Guterman Dispositif electronique pour charger a courant constant les batteries plomb
US8330413B2 (en) * 2008-06-12 2012-12-11 Honeywell International Inc. Method and system for determining and charging Li-ion battery in an integrated power system
DE102012207674A1 (de) * 2012-05-09 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände einer Batterie
US20140266068A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Evgentech, Inc. Pulse battery charger methods and systems for improved charging of lithium ion batteries

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011087496A1 (de) * 2011-11-30 2013-06-27 H-Tech Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laden von wiederaufladbaren Zellen

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016131568A1 (de) 2016-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015109497B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Lithium-Ionen-Batterie, sowie Fahrzeug
DE102014004790A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung in einem Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE102013108198B4 (de) Verfahren zum Ausführen eines Zellausgleichs eines Batteriesystems basierend auf Kapazitätswerten
EP3209518A1 (de) Verfahren zum betrieb einer energiespeichereinrichtung in einem kraftfahrzeug und kraftfahrzeug
DE102013203253A1 (de) Verfahren zum Aufladen eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs
DE102014115427A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Schutz des Akkumulators für Antriebskraft
DE102016123729A1 (de) System zur Angleichung von Batterieladung
DE102014215773A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems
EP2424069A2 (de) Anlage zur Formierung von Lithium-Ionen-Zellen
EP3708416A1 (de) Verfahren und ladeeinrichtung zur bestimmung einer maximalen speicherkapazität eines energiespeichers
DE102011077719A1 (de) Spannungsversorgungseinheit
DE102020123570A1 (de) Steuerung eines gemischten batteriepacks
WO2018228806A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen energiespeicherzelle
EP3148837A1 (de) Verfahren zum batteriemanagement und batteriemanagementsystem
DE102012022646A1 (de) Stromversorgungssystem und Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs
DE102016216058A1 (de) Hochvoltsystem für ein Fahrzeug mit elektrifiziertem Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben desselben
DE102013214817A1 (de) Verfahren zur Diagnose eines Zustands einer Batterie
DE102015202939A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Ausgleichen des Ladezustands von Batteriezellen sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt
DE102015206871A1 (de) Energiespeichersystem
DE102019108579A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zellspanungsausgleich von Batteriezellen mehrzelliger Energiespeicher
DE102012207673A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Batterie unter Berücksichtigung der Selbstentladung sowie Batteriemanagementsystem zur Ausführung des Verfahrens
EP2684275A1 (de) Speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie und verfahren zum betreiben einer speichervorrichtung
DE102010017439A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Ausgleich von unterschiedlichen Ladezuständen von Zellen eines Energiespeichers
DE102015202941A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Laden einer Batteriezelle sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug, Computerprogramm und Computerprogrammprodukt
DE102017205612A1 (de) Verfahren zur Ansteuerung einer Trennvorrichtung eines elektrochemischen Energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee