DE102015209452A1

DE102015209452A1 - Method for operating a battery

Info

Publication number: DE102015209452A1
Application number: DE102015209452.9A
Authority: DE
Inventors: Christopher Betzin; Holger Wolfschmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie (2) mit einer Kühlvorrichtung (4) vorgeschlagen, bei dem der Batterie (2) eine elektrische Leistung (101) abgeführt oder zugeführt wird und/oder bei dem die Kühlvorrichtung (4) eine Kühlleistung (201) zur Kühlung der Batterie (2) bereitstellt, und bei dem ein momentaner Ladezustand (42) der Batterie (2) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein für die Batterie (2) kritischer Bereich (301, 302) des Ladezustandes, der zwischen 10 Prozent und 90 Prozent angeordnet ist, festgelegt, wobei mittels einer Steuervorrichtung (8) eine Steuerung der elektrischen Leistung (101) und/oder der Kühlleistung (201) erfolgt, falls der ermittelte momentane Ladezustand (42) innerhalb des kritischen Bereiches (301, 302) liegt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems. A method is proposed for operating a battery (2) with a cooling device (4), in which an electrical power (101) is dissipated or supplied to the battery (2) and / or in which the cooling device (4) has a cooling power (201 ) for cooling the battery (2), and in which a current state of charge (42) of the battery (2) is determined. According to the invention, at least one battery (2) critical range (301, 302) of the state of charge, which is arranged between 10 percent and 90 percent, determined by means of a control device (8) control of the electrical power (101) and / or the cooling power (201) takes place if the determined instantaneous state of charge (42) lies within the critical range (301, 302).
The invention further relates to a device (1) for carrying out the method and to a method for operating a battery system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie und eines Batteriesystems sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for operating a battery and a battery system and to an apparatus for carrying out the method.

Moderne Batterien, beispielsweise innerhalb von Speichersystemen, erfordern eine verlässliche und sichere Steuerung mit einem intelligenten Steuerungskonzept. Nach dem Stand der Technik erfolgt eine Steuerung von Batterien oder Speichersystemen mittels einer Steuerung der Betriebstemperatur. Bei höheren Betriebstemperaturen weist eine Batterie typischerweise eine erhöhte Leistungsfähigkeit, jedoch auch eine erhöhte Alterung auf. Bei zu niedrigen Betriebstemperaturen ist dagegen die Leistungsfähigkeit der Batterien beschränkt. Modern batteries, for example within storage systems, require reliable and secure control with an intelligent control concept. In the prior art, a control of batteries or storage systems by means of a control of the operating temperature. At higher operating temperatures, a battery typically has increased performance, but also increased aging. At too low operating temperatures, however, the performance of the batteries is limited.

Es ist daher erforderlich, die Betriebstemperatur einer Batterie oder eines Speichersystems während des Betriebes annähernd konstant zu halten, sodass die Langlebigkeit und Leistungsbereitschaft sichergestellt werden. It is therefore necessary to keep the operating temperature of a battery or a storage system approximately constant during operation, so that the longevity and performance readiness are ensured.

Nachteilig an bekannten Verfahren zum Betrieb von Batterien ist, dass die Betriebstemperatur eine integrale Größe der Batterie beziehungsweise des Speichersystems ausbildet. Dadurch kann beispielsweise eine Temperatur einer Batterie eines Speichersystems nicht aus der integral bestimmten Betriebstemperatur des Speichersystems ermittelt werden, sodass eine Anpassung auf Änderungen der Betriebstemperatur (Steuerung) nur langsam und gegebenenfalls zu spät erfolgen kann. A disadvantage of known methods for operating batteries is that the operating temperature forms an integral size of the battery or of the storage system. As a result, for example, a temperature of a battery of a storage system can not be determined from the integrally determined operating temperature of the storage system, so that an adaptation to changes in the operating temperature (control) can take place only slowly and possibly too late.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Steuerung der Betriebstemperatur einer Batterie zu verbessern. The present invention has for its object to improve a control of the operating temperature of a battery.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 12 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 15 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by a method having the features of independent claim 1 and by a method having the features of independent claim 12 and by an apparatus having the features of independent claim 15. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Batterie mit einer Kühlvorrichtung wird der Batterie eine elektrische Leistung abgeführt oder zugeführt und/oder mittels der Kühlvorrichtung eine Kühlleistung zur Kühlung der Batterie bereitgestellt. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein momentaner Ladezustand der Batterie ermittelt. Erfindungsgemäß wird ein für die Batterie kritischer Bereich des Ladezustandes, der zwischen 10 Prozent (10 %) und 90 Prozent (90 %) angeordnet ist, festgelegt, wobei mittels einer Steuervorrichtung eine Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung erfolgt, falls der ermittelte momentane Ladezustand innerhalb des kritischen Bereiches liegt. In the method according to the invention for operating a battery with a cooling device, an electric power is dissipated or supplied to the battery and / or a cooling power is provided for cooling the battery by means of the cooling device. Furthermore, a current state of charge of the battery is determined according to the invention. According to the invention, a critical range for the battery of the state of charge, which is arranged between 10 percent (10%) and 90 percent (90%), determined, wherein by means of a control device, the control of the electrical power and / or the cooling power takes place, if the determined instantaneous state of charge is within the critical range.

Der Ladezustand (engl. State of Charge, abgekürzt SOC) der Batterie wird hier in Prozent angegeben, wobei die Batterie bei 100 Prozent (100 %) vollständig geladen und bei 0 Prozent (0 %) vollständig entladen ist. The battery's state of charge (abbreviated SOC) is expressed as a percentage here, with the battery fully charged at 100 percent (100 percent) and fully discharged at 0 percent (0 percent).

Der kritische Bereich des Ladezustandes ist ein kritischer Ladezustandsbereich der Batterie. The critical range of state of charge is a critical state of charge of the battery.

Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Ladezustandes der Batterie die elektrische Leistung und/oder die Kühlleistung, die zur Kühlung der Batterie vorgesehen ist, innerhalb des kritischen Bereiches reduziert oder erhöht. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Erwärmung der Batterie vermindert und folglich die Einsatzbereitschaft und Sicherheit der Batterie verbessert. Weiterhin wird vorteilhafterweise die Lebensdauer der Batterie erhöht. In bekannten Verfahren erfolgt hingegen im Ladezustandsbereich von 10 Prozent bis 90 Prozent eine vom momentanen Ladezustand der Batterie unabhängige Steuerung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung. According to the invention, the electric power and / or the cooling power provided for cooling the battery is reduced or increased within the critical range as a function of the determined instantaneous state of charge of the battery. As a result, heating of the battery is advantageously reduced and consequently the operational readiness and safety of the battery are improved. Furthermore, the service life of the battery is advantageously increased. In known methods, on the other hand, in the state of charge range from 10 percent to 90 percent, a control of the electrical power and / or cooling power independent of the instantaneous state of charge of the battery takes place.

Wird beispielsweise die elektrische Leistung, die der Batterie abgeführt wird, reduziert, so erfolgt hierdurch eine Verringerung der Erwärmung der Batterie, sodass die Batterie insgesamt abgekühlt wird. Die Reduktion der elektrischen Leistung in Abhängigkeit des ermittelten Ladezustandes und des festgelegten kritischen Bereiches verhindert folglich eine zu große Erwärmung der Batterie. Hierbei kann die Reduktion der elektrischen Leistung an ein Gesamtsystem, das heißt an die Batterie und einen Verbraucher der elektrischen Leistung angepasst werden. If, for example, the electrical power dissipated to the battery is reduced, this results in a reduction of the heating of the battery, so that the battery is cooled down as a whole. The reduction of the electrical power as a function of the determined state of charge and the specified critical range thus prevents excessive heating of the battery. Here, the reduction of the electrical power to an overall system, that is to be adapted to the battery and a consumer of electrical power.

Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung die Alterung der Batterie vermindert, die Leistungsfähigkeit der Batterie erhöht und die Betriebssicherheit der Batterie verbessert. In summary, the present invention reduces the aging of the battery, increases the performance of the battery and improves the reliability of the battery.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst eine Batterie, eine Kühlvorrichtung und eine Steuervorrichtung, wobei die Batterie dazu ausgebildet ist, eine elektrische Leistung abzuführen oder aufzunehmen und die Kühlvorrichtung dazu ausgebildet ist, eine Kühlleistung zur Kühlung der Batterie bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet die elektrische Leistung und/oder die Kühlleistung dann zu steuern, falls ein ermittelter momentaner Ladezustand der Batterie innerhalb eines festgelegten kritischen Bereiches des Ladezustandes liegt. The inventive device for carrying out the method according to the invention comprises a battery, a cooling device and a control device, wherein the battery is adapted to dissipate or receive an electric power and the cooling device is adapted to provide a cooling power for cooling the battery. According to the invention, the control device is designed to control the electrical power and / or the cooling power if a determined instantaneous state of charge of the battery is within a defined critical range of the state of charge.

Es ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren gleichartige und gleichwertige Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The above-mentioned method according to the invention results in similar and equivalent advantages of the device according to the invention.

Bevorzugt wird der kritische Bereich zwischen 30 Prozent und 80 Prozent festgelegt. Preferably, the critical range is set between 30 percent and 80 percent.

Besonders bevorzugt wird der kritische Bereich zwischen 70 Prozent und 80 Prozent festgelegt. Most preferably, the critical range is set between 70 percent and 80 percent.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Betriebssicherheit der Batterie, insbesondere in den für den Betrieb der Batterie typischen Bereichen ihres Ladezustandes sichergestellt. As a result, the operational safety of the battery, in particular in the typical for the operation of the battery areas of their state of charge is advantageously ensured.

Insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterie, beispielsweise Lithium-LFP-, Lithium-NMC-, Lithium-NCO-, Lithium-NCA-, Lithium-blend- oder Lithium-MNO-Batterien ist dies von Vorteil. This is advantageous in particular with lithium-ion batteries, for example lithium-LFP, lithium-NMC, lithium-NCO, lithium-NCA, lithium-blend or lithium-MNO batteries.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt innerhalb des kritischen Bereiches eine Phasenumwandlung innerhalb der Batterie. According to an advantageous embodiment of the invention takes place within the critical range, a phase transformation within the battery.

Dadurch wird vorteilhafterweise eine Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung bei einem Ladezustand der Batterie ermöglicht, bei dem sich die Betriebstemperatur der Batterie aufgrund der inneren Phasenumwandlung besonders signifikant ändert, sodass durch eine Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung eine vorteilhafte Steuerung oder Regulierung der Betriebstemperatur erfolgen kann. As a result, control of the electric power and / or the cooling power is advantageously made possible in a state of charge of the battery, in which the operating temperature of the battery changes particularly significantly due to the internal phase transformation, so that an advantageous control by controlling the electrical power and / or the cooling capacity or regulation of the operating temperature can be done.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der momentane Ladezustand mittels einer Spannungs- und/oder Strommessung, beispielsweise durch eine Messvorrichtung, ermittelt. According to an advantageous embodiment of the invention, the instantaneous state of charge is determined by means of a voltage and / or current measurement, for example by a measuring device.

Mit anderen Worten wird ein Ist-Wert des Ladezustandes (momentaner Ladezustand) der Batterie ermittelt. Vorteilhafterweise wird durch die Ermittlung wenigstens eines Ist-Wertes des Ladezustandes eine vorteilhafte Steuerung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung ermöglicht. Die Ermittlung einer Mehrzahl von momentanen Ist-Werten des Ladezustandes ist vorgesehen. Beispielsweise kann eine solche Mehrzahl von momentanen Ist-Werten ein Ladezustandsintervall ausbilden. Hierbei kann ein quasi-kontinuierliches Ladezustandsintervall vorgesehen sein. Dadurch wird es möglich, die elektrische Leistung und/oder die Kühlleistung in einem Bereich innerhalb des kritischen Bereiches des Ladezustands zu steuern. In other words, an actual value of the state of charge (instantaneous state of charge) of the battery is determined. Advantageously, by determining at least one actual value of the state of charge, advantageous control of the electrical power and / or cooling power is made possible. The determination of a plurality of instantaneous actual values of the state of charge is provided. For example, such a plurality of current actual values may form a state of charge interval. In this case, a quasi-continuous state of charge state interval can be provided. Thereby, it becomes possible to control the electric power and / or the cooling power in a range within the critical range of the state of charge.

Von besonderem Vorteil ist es im kritischen Bereich, die elektrische Leistung zu reduzieren und zugleich die Kühlleistung zu reduzieren. Das ist deshalb der Fall, da aufgrund der reduzierten elektrischen Leistung eine Abkühlung der Batterie erfolgt, sodass vorteilhafterweise eine gleichzeitige Reduzierung der Kühlleistung erfolgen kann. It is particularly advantageous in the critical area to reduce the electrical power and at the same time to reduce the cooling capacity. This is the case because due to the reduced electrical power cooling of the battery takes place, so that advantageously can be done simultaneously reducing the cooling capacity.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für die Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung eine Voraussimulation, die einen zukünftigen Ladezustand der Batterie simuliert oder berechnet, mitberücksichtigt. According to an advantageous embodiment of the invention, a pre-simulation which simulates or calculates a future state of charge of the battery is taken into account for the control of the electrical power and / or the cooling power.

Vorteilhaftweise wird dadurch eine möglichst optimale Anpassung oder Änderung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung ermöglicht. Die Voraussimulation kann beispielsweise bereits bekannte und vorgenommene Änderungen des Ladezustandes berücksichtigen oder beinhalten. Advantageously, thereby optimally adapting or changing the electrical power and / or cooling capacity is made possible. The pre-simulation may, for example, include or include already known and made changes in the state of charge.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können für die Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung vergangene ermittelte Ladezustände (historische Ladezustände) mitberücksichtigt werden. In a further advantageous embodiment of the invention can be taken into account for the control of the electrical power and / or the cooling capacity past determined states of charge (historical states of charge).

Ein Beispiel für bekannte, das heißt vergangene oder historische Ladezustände ist durch einen Betrieb der Batterie in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage gegeben. Hierbei steigt der Ladezustand der Batterie typischerweise während des Tages gemäß einer typischen Ladezustandskurve, die beispielsweise vorab ermittelt werden kann, an. Im Verlaufe der Nacht bleibt der maximal erreichte Ladezustand der Batterie konstant oder nimmt gemäß einer weiteren typischen und bekannten Ladezustandskurve ab. Vorteilhafterweise wird es dadurch möglich solche bekannten Änderungen des Ladezustandes bei der Steuerung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung zu berücksichtigen. Auch eine Berücksichtigung von Wetterdaten kann vorgesehen sein. Weiterhin wird durch die vergangenen ermittelten Ladezustände und deren Auswertung und/oder Berücksichtigung ein selbständiges Lernen der Steuervorrichtung ermöglicht. An example of known, that is, past or historical states of charge is given by operation of the battery in conjunction with a photovoltaic system. Here, the state of charge of the battery typically increases during the day according to a typical state of charge curve, which can be determined in advance, for example. During the night, the maximum charge state of the battery remains constant or decreases according to another typical and known state of charge curve. Advantageously, this makes it possible to take into account such known changes in the state of charge in the control of the electrical power and / or cooling power. A consideration of weather data can also be provided. Furthermore, an independent learning of the control device is made possible by the past determined charging states and their evaluation and / or consideration.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zur Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung vergangene Verläufe der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung mitberücksichtigt. According to an advantageous embodiment of the invention, the past history of the electrical power and / or the cooling capacity are taken into account for controlling the electrical power and / or the cooling capacity.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein selbständiges Lernen der Steuervorrichtung ermöglicht. As a result, an independent learning of the control device is advantageously made possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Verringerung der zugeführten elektrischen Leistung und/oder eine Erhöhung der Kühlleistung, falls der ermittelte momentane Ladezustand innerhalb des kritischen Bereiches liegt. In a further advantageous embodiment of the invention, a reduction of the supplied electrical power and / or an increase in the cooling power, if the determined instantaneous state of charge is within the critical range.

Mit anderen Worten wird die elektrische Leistung bei einem Beladen der Batterie innerhalb des kritischen Bereiches reduziert sowie die Kühlleistung erhöht. Dadurch wird insbesondere eine Überschreitung einer maximalen für die Batterie zulässigen maximalen Betriebstemperatur verhindert, sodass die Betriebssicherheit der Batterie verbessert wird. In other words, the electric power is reduced when the battery is charged within the critical range and the cooling power elevated. As a result, in particular a exceeding of a maximum permissible maximum operating temperature for the battery is prevented, so that the reliability of the battery is improved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Erhöhung der abgeführten elektrischen Leistung und/oder eine Verringerung der Kühlleistung, falls der ermittelte Ladezustand innerhalb des kritischen Bereiches liegt. According to an advantageous embodiment of the invention, there is an increase in the discharged electrical power and / or a reduction in the cooling power, if the determined state of charge is within the critical range.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Leistungsbereitschaft und Betriebssicherheit der Batterie verbessert wird. Zudem wird die Alterung der Batterie verlangsamt. As a result, the performance readiness and reliability of the battery is advantageously improved. In addition, the aging of the battery is slowed down.

Besonders bevorzugt ist es, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Blei-Batterie, eine Nickel-Batterie, eine Redox-Fluss-Batterie, eine Aluminium-Batterie, eine Magnesium-Batterie oder einen Kondensator als Batterie zu verwenden. It is particularly preferable to use a lithium ion battery, a lead battery, a nickel battery, a redox flow battery, an aluminum battery, a magnesium battery, or a capacitor as a battery.

Mit anderen Worten ist die Batterie als eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Blei-Batterie, eine Nickel-Batterie, eine Redox-Fluss-Batterie, eine Aluminium-Batterie, eine Magnesium-Batterie oder ein Kondensator ausgebildet. In other words, the battery is formed as a lithium ion battery, a lead battery, a nickel battery, a redox flow battery, an aluminum battery, a magnesium battery, or a capacitor.

Weiterhin kann die Steuervorrichtung eine Umgebungstemperatur der Batterie zur Steuerung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung berücksichtigen. Beispielsweise kann bei einer Verringerung der Umgebungstemperatur die elektrische Leistung erhöht und/oder die Kühlleistung reduziert werden. Bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur kann eine Verringerung der elektrischen Leistung und/oder eine Erhöhung der Kühlleistung vorgesehen sein. Furthermore, the control device can take into account an ambient temperature of the battery for controlling the electrical power and / or cooling power. For example, with a reduction in the ambient temperature, the electrical power can be increased and / or the cooling power can be reduced. With an increase in the ambient temperature, a reduction in the electrical power and / or an increase in the cooling capacity may be provided.

Weist die Batterie innerhalb des kritischen Bereiches einen inneren Prozess auf, der zu einer Abkühlung der Batterie führt, so kann eine Verringerung der Kühlleistung und/oder eine Erhöhung der elektrischen Leistung innerhalb des kritischen Bereiches vorgesehen sein. If the battery within the critical range has an internal process that leads to a cooling of the battery, a reduction in the cooling power and / or an increase in the electrical power within the critical range can be provided.

Weiterhin kann mittels einer Widerstandsmessung eine Ermittlung oder Bestimmung eines Alters der Batterie erfolgen, wobei das ermittelte Alter für die Steuerung der elektrischen Leistung und/oder Kühlleistung mitberücksichtigt wird. Furthermore, a determination or determination of an age of the battery can take place by means of a resistance measurement, the determined age being taken into account for the control of the electrical power and / or cooling power.

Erfindungsgemäß ist ein Betrieb eines Batteriesystems mit einer Mehrzahl von Batterien vorgesehen, bei dem jede Batterie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder seinen Ausgestaltungen betrieben wird und bei dem für die Steuerung einer den Batterien abgeführten elektrischen Leistung und/oder der Steuerung der für eine der Batterien vorgesehenen Kühlleistung die ermittelten momentanen Ladezustände der anderen Batterien mitberücksichtigt werden. According to the invention, an operation of a battery system with a plurality of batteries is provided, in which each battery is operated according to the inventive method and / or its embodiments and in which for the control of the batteries discharged electrical power and / or the controller for one of the batteries provided cooling power, the determined instantaneous charge states of the other batteries are taken into account.

Hierbei kann jede der Batterien wiederum eine Mehrzahl von Batterien und/oder Zellen umfassen (Batteriemodul). In this case, each of the batteries may in turn comprise a plurality of batteries and / or cells (battery module).

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Batteriesystems berücksichtigt vorteilhafterweise die momentanen Ladezustände aller Batterien des Batteriesystems. Folglich wird die einer der Batterien abgeführte elektrische Leistung und/oder die Kühlleistung in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Ladezustandes der Batterie und in Abhängigkeit der momentanen Ladezustände der weiteren Batterien gesteuert. Die elektrische Leistung des Batteriesystems kann folglich durch eine Reduktion der elektrischen Leistungen wenigstens einer der Batterien des Batteriesystems erfolgen. Ferner kann die Kühlung des Batteriesystems durch wenigstens eine Kühlung einer der Batterien des Batteriesystems erfolgen. The method according to the invention for operating the battery system advantageously takes into account the instantaneous states of charge of all the batteries of the battery system. Consequently, the electrical power dissipated to one of the batteries and / or the cooling power is controlled as a function of the determined instantaneous state of charge of the battery and as a function of the instantaneous states of charge of the further batteries. The electrical power of the battery system can thus be done by reducing the electrical power of at least one of the batteries of the battery system. Furthermore, the cooling of the battery system can take place by at least one cooling of one of the batteries of the battery system.

Weiterhin kann das Batteriesystem vorteilhafterweise einen virtuellen Speicherkraftwerksverbund ausbilden. Hierbei kann ein Ausgleich (engl. Balancing) zwischen den Batterien erfolgen. Die Batterien des Batteriesystems können räumlich getrennt und verteilt sein. Hierbei ist eine Anordnung der Batterien des Batteriesystems innerhalb von Einfamilienhäusern von Vorteil. Dadurch wird vorteilhafterweise eine dezentrales Batteriesystem bereitgestellt (Schwarm). Furthermore, the battery system can advantageously form a virtual storage power plant network. This can be done balancing between the batteries. The batteries of the battery system can be spatially separated and distributed. Here, an arrangement of the batteries of the battery system within detached houses is beneficial. As a result, a decentralized battery system is advantageously provided (swarm).

Weiterhin ergeben sich zum bereits genannten erfindungsgemäßen Verfahren und zur bereits genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriesystems. Furthermore, similar and equivalent advantages of the battery system according to the invention result from the abovementioned method according to the invention and from the abovementioned device according to the invention.

Bevorzugt erfolgt die Steuerung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung mittels einer in Bezug auf das Batteriesystem zentralen Steuervorrichtung. The control of the electrical power and / or the cooling power preferably takes place by means of a central control device with respect to the battery system.

Mit anderen Worten ist für die Steuerung des Batteriesystems eine Steuervorrichtung vorgesehen, die zentral die Reduktion oder Erhöhung der elektrischen Leistung und/oder der Kühlleistung steuert. Dadurch wird vorteilhafterweise ein virtueller Speicherkraftwerksverbund ermöglicht, der eine zentrale Steuerung bereitstellt. Dies ist insbesondere bei einem dezentralen Batteriesystem, das heißt bei räumlich getrennten Batterien von Vorteil. In other words, a control device is provided for the control of the battery system, which centrally controls the reduction or increase of the electrical power and / or the cooling power. This advantageously allows a virtual storage power plant network that provides centralized control. This is particularly advantageous in the case of a decentralized battery system, that is to say in the case of spatially separated batteries.

Besonders bevorzugt wird hierbei dem Batteriesystem über ein Nieder, Mittel-, Hoch- oder Gleichspannungsnetz die elektrische Leistung abgeführt oder zugeführt. In this case, the electric power is particularly preferably dissipated or supplied to the battery system via a low, medium, high or direct voltage network.

Dadurch wird vorteilhafterweise ein virtuelles Speicherkraftwerksverbundsystem insbesondere für Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsnetze ermöglicht. Vorteilhafterweise können dadurch Leistungsspitzen im Nieder-, Mittel-, Hoch- oder Gleichspannungsnetz mittels des Batteriesystems ausgeglichen werden. Auch eine Abführung oder Zuführung der elektrischen Leistung mittels eines Inselnetzes ist denkbar. As a result, a virtual storage power plant network system is advantageously made possible in particular for low, medium or high voltage networks. Advantageously, this makes it possible to compensate for power peaks in the low, medium, high or direct voltage network by means of the battery system. A discharge or supply of electrical power by means of an island grid is conceivable.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisiert: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiments described below and with reference to the drawings. Shown schematically:

1 ein Verlaufsdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer von einer Batterie abgeführten elektrischen Leistung; 1 a course diagram of the inventive method for controlling a discharged from a battery electric power;

2 ein Diagramm, das einen exemplarischen zeitlichen Verlauf einer abgeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit eines Ladezustandes einer Batterie verdeutlicht; 2 a diagram illustrating an exemplary time course of a dissipated electrical power in response to a state of charge of a battery;

3 ein weiteres Verlaufsdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung einer Kühlleistung einer Batterie; 3 a further flow diagram of the inventive method for controlling a cooling capacity of a battery;

4 ein Diagramm, das einen exemplarischen zeitlichen Verlauf einer für eine Batterie bereitgestellten Kühlleistung in Abhängigkeit eines Ladezustandes der Batterie verdeutlicht; und 4 a diagram illustrating an exemplary time profile of a cooling power provided for a battery as a function of a state of charge of the battery; and

5 ein weiteres Diagramm, das einen exemplarischen zeitlichen Verlauf einer Kühlleistung in Abhängigkeit eines Ladezustandes einer Batterie verdeutlicht, wobei die Batterie bei Änderung des Ladezustandes einen reversiblen Wärmeeffekt aufweist. 5 a further diagram illustrating an exemplary time course of a cooling capacity as a function of a state of charge of a battery, wherein the battery has a reversible thermal effect when changing the state of charge.

Gleichartige oder äquivalente Elemente können in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar or equivalent elements may be provided with the same reference numerals in the figures.

1 stellt eine Steuerung einer der Batterie 2 abgeführten elektrischen Leistung 101 dar. Hierbei ist ein Verbraucher, der die elektrische Leistung 101 (Ist-Leistung) verbraucht, vorgesehen. 1 provides a control of one of the battery 2 discharged electrical power 101 Here is a consumer who is the electric power 101 (Actual power) consumed, provided.

Mittels einer Messung 6 wird wenigstens ein momentaner Ladezustand oder eine Mehrzahl von momentanen Ladezuständen der Batterie 2 erfasst. Weiterhin ist eine Voraussimulation 10 zur Steuerung der abgeführten elektrischen Leistung 101 vorgesehen. Mit anderen Worten berücksichtigt eine Steuervorrichtung 8 wenigstens die Voraussimulation 10 und den mittels der Messung 6 ermittelten momentanen Ladezustand der Batterie 2 bei der Steuerung der elektrischen Leistung 101. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 8 einen Sollwert 100 für die abgeführte elektrische Leistung 101 mitberücksichtigen. Mit anderen Worten wird die abgeführte und dem Verbraucher zur Verfügung stehende elektrische Leistung 101 in Abhängigkeit der Voraussimulation 10, des mittels der Messung 6 ermittelten Ladezustandes und dem Sollwert 100 der abgeführten elektrischen Leistung 101 gesteuert oder geändert. By means of a measurement 6 becomes at least one instantaneous state of charge or a plurality of current state of charge of the battery 2 detected. Furthermore, a pre-simulation 10 for controlling the discharged electrical power 101 intended. In other words, a control device takes into account 8th at least the pre-simulation 10 and by means of the measurement 6 determined instantaneous state of charge of the battery 2 in the control of electrical power 101 , Furthermore, the control device 8th a setpoint 100 for the dissipated electrical power 101 take into account. In other words, the electrical power dissipated and available to the consumer 101 depending on the pre-simulation 10 , by means of the measurement 6 determined charge state and the setpoint 100 the discharged electrical power 101 controlled or changed.

2 zeigt ein exemplarisches Beispiel eines zeitlichen Verlaufes einer abgeführten elektrischen Leistung 101 in Abhängigkeit eines Ladezustandes einer Batterie. 2 shows an exemplary example of a time course of a discharged electrical power 101 depending on a state of charge of a battery.

Hierbei ist an einer Abszisse 113 des Diagramms der Ladezustand der Batterie in Prozent aufgetragen. Ein an der Abszisse 113 aufgetragener Wert des Ladezustandes entspricht einem möglichen momentanen Ladezustand der Batterie. An einer Ordinate 112 des Diagramms ist schematisch die abgeführte elektrische Leistung 101 in einer beliebigen Einheit aufgetragen. Der zeitliche Verlauf der abgegebenen elektrischen Leistung 101 in Abhängigkeit des Ladezustandes ist zur Vereinfachung der Notation auch mit dem Bezugszeichen 101 gekennzeichnet. Here is an abscissa 113 of the diagram shows the state of charge of the battery in percent. One at the abscissa 113 Applied value of the state of charge corresponds to a possible instantaneous state of charge of the battery. At an ordinate 112 of the diagram is schematically the dissipated electrical power 101 applied in any unit. The time course of the electrical power output 101 in dependence of the state of charge is for simplicity of notation also with the reference numeral 101 characterized.

Gemäß 2 erfolgt eine Änderung oder Steuerung der abgeführten elektrischen Leistung 101 in festgelegten kritischen Bereichen 301, 302 des Ladezustandes, die beispielsweise um einen ersten Schwellwert 211 und einen weiteren ersten Schwellwert 212 des Ladezustandes der Batterie symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sind. Hierbei liegt der weitere erste Schwellwert 212 bezüglich der Abszisse 113 oberhalb des ersten Schwellwertes 211. Die kritischen Ladezustandsbereiche 301, 302 sowie die Schwellwerte 211, 212 liegen zwischen 10 Prozent und 90 Prozent einer maximalen Ladefähigkeit (100 % Ladezustand) der Batterie. Die Schwellwerte 211, 212 und/oder die kritischen Bereiche 301, 302 können inneren Phasenumwandlungen der Batterie, an denen beispielsweise Maxima oder Minima der Betriebstemperatur der Batterie auftreten, entsprechen. According to 2 There is a change or control of the discharged electrical power 101 in defined critical areas 301 . 302 the state of charge, for example, by a first threshold 211 and another first threshold 212 the state of charge of the battery are arranged symmetrically or asymmetrically. Here lies the further first threshold value 212 with respect to the abscissa 113 above the first threshold 211 , The critical state of charge areas 301 . 302 as well as the thresholds 211 . 212 are between 10 percent and 90 percent of a maximum capacity (100% state of charge) of the battery. The thresholds 211 . 212 and / or the critical areas 301 . 302 may correspond to internal phase transformations of the battery, at which, for example, maxima or minima of the operating temperature of the battery occur.

Wird nun beispielsweise der erste kritische Bereich 301 des Ladezustandes erreicht, so wird die abgegebene elektrische Leistung 101 beispielsweise gegenüber ihrem ursprünglichen oder momentanen Wert reduziert. Now, for example, becomes the first critical area 301 reaches the state of charge, so the output electric power 101 for example, reduced from its original or current value.

Im in 2 dargestellten Beispiel erfolgt eine dreieckförmige Reduzierung der abgeführten elektrischen Leistung 101. Mit anderen Worten wird die elektrische Leistung beispielsweise vor dem Erreichen des ersten Schwellwertes 211 annähernd linear reduziert. Wird der erste Schwellwert 211 erreicht, so wird die elektrische Leistung 101 solange linear erhöht, bis die elektrische Leistung 101 wieder ihren ursprünglichen Wert, das heißt ihren Wert vor ihrer Reduzierung, erreicht hat. Allerdings kann für die Reduzierung der elektrischen Leistung 101 innerhalb der Ladezustandsbereiche 301, 302 jede mathematische Funktion, beispielsweise exponentiell, vorgesehen sein. Entscheidend ist nur, dass eine Reduktion der abgegebenen Leistung in den kritischen Bereichen 301, 302 des Ladezustandes erfolgt. Hierbei kann der jeweilige Verlauf der Reduktion der elektrischen Leistung symmetrisch oder asymmetrisch um die Schwellwerte 211, 212 erfolgen. Im in 2 Example shown is a triangular reduction of the dissipated electrical power 101 , In other words, the electric power becomes, for example, before reaching the first threshold 211 reduced approximately linearly. Will be the first threshold 211 achieved, then the electric power 101 as long as linear increases until the electric power 101 has returned to its original value, that is, its value before its reduction. However, for the reduction of electrical power 101 within the state of charge areas 301 . 302 Any mathematical function, such as exponential, be provided. The only decisive factor is that a reduction of the power delivered in the critical areas 301 . 302 of the state of charge. In this case, the respective course of the reduction of the electrical power can be symmetrical or asymmetrical about the threshold values 211 . 212 respectively.

Die Größe der kritischen Bereiche 301, 302 kann wenigstens 10 Prozent des jeweiligen Schwellwertes 211, 212 betragen. Die elektrische Leistung 101 kann wenigstens um 10 Prozent reduziert werden. The size of the critical areas 301 . 302 can be at least 10 percent of the respective threshold 211 . 212 be. The electric power 101 can be reduced by at least 10 percent.

In 3 wird eine für die Batterie 2 bereitgestellte Kühlleistung, die mittels einer Kühlvorrichtung 4 bereitgestellt oder erzeugt wird, mittels einer Steuervorrichtung 8 in Abhängigkeit eines ermittelten momentanen Ladezustandes der Batterie 2 verändert oder gesteuert. Hierbei wird der momentane Ladezustand der Batterie 2 mittels einer Messung 6 ermittelt. In 3 becomes one for the battery 2 provided cooling power by means of a cooling device 4 is provided or generated by means of a control device 8th as a function of a determined current state of charge of the battery 2 changed or controlled. Here, the current state of charge of the battery 2 by means of a measurement 6 determined.

Weiterhin berücksichtigt die Steuervorrichtung 8 zur Steuerung der Kühlleistung eine Voraussimulation 10 des Ladezustandes der Batterie 2. Mit anderen Worten erfolgt in Abhängigkeit des ermittelten Ladezustandes sowie der Voraussimulation 10 eine Änderung oder Steuerung der Kühlleistung, die für eine Kühlung der Batterie 2 vorgesehen ist. Furthermore, the control device takes into account 8th to control the cooling capacity a pre-simulation 10 the state of charge of the battery 2 , In other words, depending on the determined state of charge as well as the pre-simulation 10 a change or control of the cooling capacity necessary for cooling the battery 2 is provided.

In 4 ist ein Beispiel einer Steuerung einer Kühlleistung 201 mittels einer Steuervorrichtung dargestellt. An einer Abszisse 111 ist die Zeit in einer beliebigen Einheit aufgetragen. An einer Ordinate 112 sind die Kühlleistung 201 und der Ladezustand 42 jeweils in beliebigen Einheiten aufgetragen. In 4 is an example of a control of a cooling capacity 201 represented by a control device. At an abscissa 111 Time is plotted in any unit. At an ordinate 112 are the cooling power 201 and the state of charge 42 each applied in arbitrary units.

Wird ein erster Schwellwert 222 des ermittelten Ladezustandes 42 der Batterie 2 erreicht, so erfolgt eine Erhöhung der Kühlleistung 201. Wird anschließend ein dritter Schwellwert 223 des Ladezustandes 42 erreicht, so wird die vorher erhöhte Kühlleistung 201 wieder reduziert. Ein kritischer Bereich 301 des Ladezustandes 42 ist daher durch den ersten und dritten Schwellwert 211, 223 begrenzt. Mit anderen Worten bilden hier die Schwellwerte 211, 223 die Grenzen des kritischen Bereiches 301 aus. Becomes a first threshold 222 the determined state of charge 42 the battery 2 achieved, there is an increase in the cooling capacity 201 , Then becomes a third threshold 223 the state of charge 42 achieved, then the previously increased cooling capacity 201 again reduced. A critical area 301 the state of charge 42 is therefore the first and third thresholds 211 . 223 limited. In other words, the threshold values form here 211 . 223 the limits of the critical area 301 out.

Im dargestellten Fall hängt die Reduktion und die Erhöhung der Kühlleistung 201 sowohl vom ersten und dritten Schwellwert 222, 223 sowie von der Steigung des Ladezustandes 42 am ersten und dritten Schwellwert 222, 223 ab. Beispielsweise wird die Kühlleistung 201 bei einem steigenden Ladezustand 42 und beim Erreichen des dritten Schwellwertes 223 reduziert. Bei einem fallenden Ladezustand 42 der Batterie wird die Kühlleistung 201 beim Erreichen des dritten Schwellwertes 223 hingegen erhöht. In the case shown, the reduction and the increase in cooling capacity depends 201 both from the first and third threshold 222 . 223 as well as the slope of the state of charge 42 at the first and third thresholds 222 . 223 from. For example, the cooling capacity 201 at a rising state of charge 42 and upon reaching the third threshold 223 reduced. In a falling state of charge 42 the battery becomes the cooling power 201 when reaching the third threshold 223 however, increased.

5 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Kühlleistung 201 und eines Ladezustandes 42 einer Batterie, wobei die Batterie einen inneren Prozess (reversibler Wärmeeffekt) aufweist, der zu einer Abkühlung der Batterie innerhalb einer Mehrzahl von kritischen Bereichen 301, 302 führt. 5 shows a time course of a cooling capacity 201 and a state of charge 42 a battery, wherein the battery has an internal process (reversible heat effect), which leads to a cooling of the battery within a plurality of critical areas 301 . 302 leads.

Wiederum ist an einer Abszisse 111 die Zeit in einer beliebigen Einheit und an einer Ordinate 112 sind die Kühlleistung 201 und der Ladezustand 42 jeweils in beliebigen Einheiten aufgetragen. Again, on an abscissa 111 the time in any unit and on an ordinate 112 are the cooling power 201 and the state of charge 42 each applied in arbitrary units.

Durch den inneren Prozess, beispielsweise durch eine innere Phasenumwandlung der Batterie, ist es möglich die Kühlleistung 201 innerhalb der kritischen Bereiche 301, 302 zu reduzieren. Innerhalb der kritischen Bereiche 301, 302 erfolgt hier stets eine Reduzierung der Kühlleistung 201, da die Betriebstemperatur der Batterie aufgrund des inneren Prozesses in den kritischen Bereichen 301, 302 abnimmt. Through the internal process, for example by an internal phase transformation of the battery, it is possible the cooling performance 201 within the critical areas 301 . 302 to reduce. Within the critical areas 301 . 302 always a reduction of the cooling capacity 201 because the operating temperature of the battery due to the internal process in the critical areas 301 . 302 decreases.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumgang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Method for operating a battery ( 2 ) with a cooling device ( 4 ), where the battery ( 2 ) an electrical power ( 101 ) is discharged or supplied and / or in which the cooling device ( 4 ) a cooling capacity ( 201 ) for cooling the battery ( 2 ) and in which a current state of charge ( 42 ) of the battery ( 2 ), characterized in that at least one for the battery ( 2 ) critical area ( 301 . 302 ) of the state of charge, which is arranged between 10 percent and 90 percent, is determined by means of a control device ( 8th ) a control of electric power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ) takes place if the determined instantaneous state of charge ( 42 ) within the critical range ( 301 . 302 ) lies.

Method according to claim 1, characterized in that the critical area ( 301 . 302 ) between 30 percent and 80 percent.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the critical area ( 301 . 302 ) is set between 70 percent and 80 percent.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that within the critical range ( 301 . 302 ) a phase transformation within the battery ( 2 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the instantaneous state of charge ( 42 ) by means of a voltage and / or current measurement ( 6 ) is determined.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that for the control of the electrical power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ) a pre-simulation ( 10 ), which is a future state of charge ( 42 ) of the battery ( 2 ) is simulated, taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the control of the electric power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ) past determined charge states are taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the control of the electric power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ) past histories of electrical power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ) are taken into account.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a reduction of the supplied electrical power ( 101 ) and / or an increase in the cooling capacity ( 201 ), if the determined state of charge ( 42 ) within the critical range ( 301 . 302 ) lies.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that an increase in the discharged electrical power ( 101 ) and / or a reduction in the cooling capacity ( 201 ), if the determined state of charge ( 42 ) within the critical range ( 301 . 302 ) lies.

Method according to one of the preceding claims, wherein a lithium-ion battery, a lead battery, a nickel battery, a redox flow battery, an aluminum battery, a magnesium battery or a capacitor as a battery ( 2 ) is used.

Method for operating a battery system with a plurality of batteries ( 2 ), where each battery ( 2 ) is operated according to the method according to one of the preceding claims and in which for the control of the batteries ( 2 ) discharged electrical power ( 101 ) and / or the control of one of the batteries ( 2 ) provided cooling capacity ( 201 ) the determined instantaneous charge states ( 42 ) of the other batteries ( 2 ) are taken into account.

A method according to claim 12, characterized in that the control by means of a central with respect to the battery system control device ( 8th ) he follows.

A method according to claim 12 or 13, characterized in that the battery system via a low, medium, high or direct voltage network, the electrical power ( 101 ) is discharged or supplied.

Apparatus for carrying out the method according to one of the preceding claims, comprising a battery ( 2 ), a cooling device ( 4 ) and a control device ( 8th ), whereby the battery ( 2 ) is adapted to an electric power ( 101 ) or remove and the cooling device ( 4 ) is designed to a cooling capacity ( 201 ) for cooling the battery ( 2 ), characterized in that the control device ( 8th ) is adapted to the electrical power ( 101 ) and / or the cooling capacity ( 201 ), if a determined instantaneous state of charge ( 42 ) of the battery ( 2 ) within a defined critical range ( 301 . 302 ) of the state of charge is.