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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie ein System zur Bewertung einer Traktionsbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Bewertung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
DE 10 2014 217 135 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Health- und eines State-of-Charge-Wertes einer Batterie. Hierzu wird mindestens ein Impedanzwert der Batterie bei mindestens einer Frequenz, sowie eine Ausgangsgröße anhand des ermittelten Impedanzwertes ermittelt. Durch Vergleich der ermittelten Werte mit einem Präferenzwert wird daraufhin ein State-of-Health-Wert ermittelt.
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Elektro- oder Hybridfahrzeuge werden ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben, die von einer Traktionsbatterie bereitgestellt wird. Um eine ausreichende Reichweite eines solchen Fahrzeuges gewährleisten zu können, ist es erforderlich, dass die dabei eingesetzte Traktionsbatterie eine ausreichende Speicherkapazität für die elektrische Energie aufweist. Mit zunehmender Alterung sinkt jedoch die Speicherkapazität der Traktionsbatterie. Daher sollte die Traktionsbatterie ausgetauscht werden, wenn die verfügbare Speicherkapazität nicht mehr ausreicht, um die geforderte Reichweite des Fahrzeugs zu gewährleisten. Da an die Speicherkapazität der Traktionsbatterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen sehr hohe Anforderungen gestellt werden, ist es durchaus möglich, Traktionsbatterien, welche die Anforderungen für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug nicht mehr erfüllen, anschließend gegebenenfalls für eine weitere Sekundäranwendung einzusetzen, bei der die Anforderungen an die Speicherkapazität geringer sind. Hierzu muss die Traktionsbatterie in der Regel nach dem Ersetzen durch eine neue Traktionsbatterie zunächst analysiert werden, um festzustellen, ob die Traktionsbatterie für eine geplante Sekundäranwendung geeignet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bewertung einer Traktionsbatterie gemäß Patentanspruch 1, eine Vorrichtung zur Bewertung einer Traktionsbatterie gemäß Patentanspruch 6 und ein System zur Bewertung einer Traktionsbatterie gemäß Patentanspruch 8.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zur Bewertung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einem Schritt zum Ermitteln eines State-of-Health-Parameters (SoH-Parameter) der Traktionsbatterie in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte des Übertragens des ermittelten SoH-Parameter von dem Elektro- oder Hybridfahrzeug an eine externe Auswertevorrichtung außerhalb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs, und einen Schritt zum Bestimmen eines Anwendungsparameters zur Klassifizierung der Traktionsbatterie für eine vorbestimmte Sekundäranwendung, wobei das Bestimmen des Anwendungsparameters in der externen Auswertevorrichtung basierend auf dem übertragenen SoH-Parameter erfolgt.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Eine Vorrichtung zur Bewertung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einer Empfangseinrichtung und einer Analyseeinrichtung. Die Empfangseinrichtung ist dazu ausgelegt, einen State-of-Health-Parameter (SoH-Parameter) einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu empfangen. Die Analyseeinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Anwendungsparameter zur Klassifizierung der Traktionsbatterie für eine vorbestimmte Sekundäranwendung zu bestimmen. Das Bestimmen des Anwendungsparameters in der Analyseeinrichtung erfolgt dabei basierend auf dem empfangenen SoH-Parameter.
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Schließlich ist vorgesehen:
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Ein System zur Bewertung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem Elektrofahrzeug und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewertung einer Traktionsbatterie. Das Elektrofahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, eine Prüfeinrichtung und eine Übertragungseinrichtung. Die Prüfeinrichtung ist dazu ausgelegt, einen SoH-Parameter der Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu ermitteln. Die Übertragungseinrichtung ist dazu ausgelegt, den ermittelten SoH-Parameter an die Vorrichtung zur Bewertung der Traktionsbatterie zu übertragen.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Analyse einer gealterten Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs in der Regel mit einem großen Aufwand verbunden ist. Konventionelle Analysemethoden erfordern in der Regel zunächst einen aufwändigen Ausbau der Traktionsbatterie aus dem Elektro- oder Hybridfahrzeug, gegebenenfalls eine Demontage der Traktionsbatterie und anschließend eine messtechnische Bewertung der Traktionsbatterie bzw. der einzelnen Module oder Zellen der Traktionsbatterie.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System bereitzustellen, welches bereits während der Verwendung der Traktionsbatterie in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug eine Überwachung des Gesundheitszustandes (State-of-Health, SoH) der Traktionsbatterie erlaubt und basierend auf den während des Einsatzes der Traktionsbatterie in dem Elektro-oder Hybridfahrzeug ermittelten SoH-Parameter eine Planung für einen sekundären Einsatz der Traktionsbatterie oder zumindest einzelner Module bzw. Zellen der Traktionsbatterie ermöglicht.
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Ein SoH-Parameter kann dabei beispielsweise eine Information über die verfügbare maximale Speicherkapazität oder den Innenwiderstand der Traktionsbatterie, oder eines Moduls oder einer Zelle der Traktionsbatterie umfassen. Insbesondere kann durch einen SoH-Parameter auch eine Veränderung der Kapazität und/oder des Innenwiderstands für eine vorgegebene Zeitspanne, einen definierten Energiedurchsatz und/oder eine vorbestimmte Anzahl von Ladezyklen beschrieben werden. Ferner kann durch die SoH-Parameter auch ein von der Traktionsbatterie, eines Moduls oder einer Zelle ein Ladezustand, ein bereitgestellter Strom oder eine Spannung beschrieben werden, wie er/sie sich bei einer definierten Belastung nach einer vorgegebenen Zeit einstellt. Weiterhin sind zum Beispiel Leerlaufspannung bei einem vorgegebenen Ladezustand, Verlauf der Leerlaufspannung beim Laden und/oder Entladen, Informationen über einen Ladungsausgleich zwischen den Zellen/Modulen der Traktionsbatterie und/oder Informationen über eine komplexe Impedanz bei einer oder mehreren vorbestimmten Frequenzen bei definierten Belastungen der Traktionsbatterie oder einzelner Zellen/Module möglich.
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Der SoH-Parameter kann auch eine Information über Belastungen oder Beanspruchungen der Traktionsbatterie umfassen, die einen Einfluss auf die Lebensdauer der Traktionsbatterie haben. Beispielsweise kann der SoH-Parameter auch eine Information über die aktuelle Temperatur der Traktionsbatterie umfassen. Ferner kann der SoH-Parameter auch eine Information umfassen, ob die Temperatur an der Traktionsbatterie einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat. Ebenso kann der SoH-Parameter auch einen zeitlichen Verlauf der Temperatur an der Traktionsbatterie umfassen. Auch Informationen über einen besonders schnellen Lade- oder Entladevorgänge können als SoH-Parameter übermittelt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, während des Einsatzes der Traktionsbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug regelmäßig den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie zu ermitteln und diesen ermittelten Gesundheitszustand an eine externe Auswertevorrichtung, beispielsweise eine Cloud oder ähnliches zu übertragen. In dieser externen Auswertevorrichtung können die Informationen über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie gesammelt und ausgewertet werden. Hiermit ist bereits während des Betriebs der Traktionsbatterie in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug eine kontinuierliche Bewertung und Analyse der Traktionsbatterie möglich. Die Übertragung der SoH-Parameter von dem Fahrzeug zu der externen Auswertevorrichtung kann hierbei insbesondere kabellos mittels einer Funkverbindung o.ä. erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragung über eine Mobilfunkverbindung wie z.B. GPRS, UMTS, LTE oder aber auch über WLAN, Bluetooth etc. erfolgen. Die Übertragung kann beispielsweise periodisch während des Betriebs des Fahrzeugs erfolgen. Alternativ kann die Ermittlung der SoH-Parameter und die Übertragung zu der externen Auswertevorrichtung auch jeweils beim Start oder beim Abstellen des Fahrzeugs erfolgen.
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Da die SoH-Parameter der Traktionsbatterie an einer externen Auswertevorrichtung ausgewertet und gegebenenfalls gespeichert werden, ist in dem Fahrzeug selbst keine aufwändige Hardware zur Auswertung und/oder Speicherung der SoH-Parameter erforderlich. Die zentrale Speicherung und Verarbeitung der SoH-Parameter ermöglicht dabei eine effiziente Verarbeitung der Parameter bereits während der Verwendung der Traktionsbatterie in einem Fahrzeug. Hierdurch kann eine voranschreitende Alterung der Traktionsbatterie frühzeitig erkannt werden, und basierend auf den Daten in der externen Auswertevorrichtung kann ein möglicher Einsatz der Traktionsbatterie oder zumindest einzelner Module bzw. Zellen der Traktionsbatterie für eine nachfolgende Weiterverwendung in einer Sekundäranwendung effizient geplant werden.
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Derartige Weiterverwendungen in einer Sekundäranwendung können beispielsweise die Verwendung in Fahrzeugen mit niedrigeren Anforderungen, insbesondere für Zwei- oder Dreiräder umfassen. Ferner können die gealterten Traktionsbatterien oder deren Module bzw. Zellen als Energiespeicher für regenerative Energiesysteme oder ähnliches eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Sekundäranwendungen für die Traktionsbatterien möglich. Potentielle Sekundäranwendungen für die Traktionsbatterien können hierbei vorab festgelegt bzw. spezifiziert werden. Somit kann basierend auf den vorliegenden SoH-Parametern gezielt eine Eignung für eine oder ggf. auch mehrere vorbestimmte Sekundäranwendungen ermittelt werden.
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Insbesondere ist es möglich, für eine oder mehrere vorbestimmte Sekundäranwendungen jeweils eine Bewertung der Traktionsbatterie oder der einzelnen Zellen/Module der Traktionsbatterie basierend auf den übertragenen SoH-Parametern durchzuführen. Hierbei kann zum Beispiel für die vorbestimmten Sekundäranwendungen jeweils einen Parameter ermittelt werden, welcher ein Maß für die Eignung der Traktionsbatterie oder deren Zellen/Module für die potentiellen Sekundäranwendungen beschreibt. Auf diese Weise kann bereits während der primären Verwendung der Traktionsbatterie eine Bewertung erfolgen und ein möglicher Einsatz in einer Sekundäranwendung geplant werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird in dem Schritt zum Ermitteln des SoH-Parameters für jedes Modul und/oder für jede Zelle der Traktionsbatterie ein separater SoH-Parameter ermittelt. Entsprechend können auch die ermittelten einzelnen SoH-Parameter für die Module bzw. Zellen der Traktionsbatterie einzeln an die externe Auswertevorrichtung übertragen werden. Die externe Auswertevorrichtung kann darauf für jedes Modul und/oder für jede Zelle der Traktionsbatterie individuell den Gesundheitszustand ermitteln und auch für jedes Modul bzw. jede Zelle separat einen Anwendungsparameter bestimmen. Entsprechend kann in dem Schritt zum Bestimmen des Anwendungsparameters für jedes Modul und/oder jede Zelle der Traktionsbatterie individuell ein Anwendungsparameter bestimmt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst der SoH-Parameter einen Strom in die Traktionsbatterie oder einen Strom von der Traktionsbatterie, eine Spannung an der Traktionsbatterie, eine Temperatur der Traktionsbatterie, und/oder einen Ladungsausgleich zwischen Batteriezellen oder Batteriemodulen der Traktionsbatterie. Ferner kann der SoH-Parameter auch eine Angabe über eine Kapazitätsveränderung, Informationen über einen Ausgleich zwischen einzelnen Zellen oder Modulen der Traktionsbatterie, eine komplexe Impedanz oder weitere Parameter von einem Batteriemanagementsystem umfassen. Insbesondere kann der SoH-Parameter auch einen zeitlichen Verlauf der zuvor genannten Parameter beschreiben. Derartige Parameter erlauben eine gute Bewertung des Gesundheitszustands der Traktionsbatterie bzw. der einzelnen Module oder Zellen der Traktionsbatterie. Insbesondere kann eine Abschätzung über die verbleibende Kapazität der Traktionsbatterie oder der einzelnen Batteriezellen oder -module getroffen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Speichern der übertragenen SoH-Parameter in der externen Auswertevorrichtung. Anschließend kann in dem Schritt zum Bestimmen des Anwendungsparameters für die Sekundäranwendung, der Anwendungsparameter basierend auf einem zeitlichen Verlauf der gespeicherten SoH-Parameter bestimmt werden. Auf diese Weise kann eine kontinuierliche Entwicklung des Gesundheitszustandes in die Planung der Sekundäranwendung für die Traktionsbatterie mit einbezogen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Bewertung der Traktionsbatterie eine Speichereinrichtung. Die Speichereinrichtung ist dazu ausgelegt, die empfangenen SoH-Parameter zu speichern. Die Analyseeinrichtung kann in diesem Fall den Anwendungsparameter basierend auf einem zeitlichen Verlauf der gespeicherten SoH-Parameter festlegen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Prüfeinrichtung des Systems zur Bewertung der Traktionsbatterie in der Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs integriert. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau. Alternativ kann die Prüfeinrichtung auch in einem Batteriemanagementsystem der Traktionsbatterie integriert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Übertragungseinrichtung in dem Elektrofahrzeug dazu ausgelegt, den ermittelten SoH-Parameter an die Vorrichtung zur Bewertung der Traktionsbatterie zu übertragen, wenn der ermittelte SoH-Parameter einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet. Entsprechend kann der Datenaustausch zwischen dem Elektrofahrzeug und der Vorrichtung zur Bewertung der Traktionsbatterie minimiert werden. Insbesondere kann für unterschiedliche SoH-Parameter auch eine unterschiedliche Übertragungsstrategie festgelegt werden. beispielsweise kann ein SoH-Parameter oder eine erste Gruppe von SoH-Parameter kontinuierlich / regelmäßig, z.B. in vorbestimmten Zeitintervallen übertragen werden. So kann zum Beispiel eine von einem Batteriemanagement berechnete Kapazität der Traktionsbatterie regelmäßig zur Vorrichtung zur Bewertung der Traktionsbatterie übertragen werden. Ferner kann beispielsweise ein zweiter SoH-Parameter oder eine zweite Gruppe an vorbestimmten SoH-Parametern nur dann übertragen werden, wenn der entsprechende SoH-Parameter einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet. zum Beispiel kann ein Temperaturwert, ein ermittelter Strom- oder Spannungswert oder ein Verlauf dieser Parameter nur dann übertragen werden, wenn der jeweilige Wert größer oder kleiner ist, als ein zuvor festgelegter Wert. Auch kann zum Beispiel eine ganze Gruppe von SoH-Parametern, z.B. ein Stromwert und ein (korrespondierender) Spannungswert, oder auch andere beliebige Kombinationen zusammen übertragen werden, sobald ein vorbestimmter SoH-Parameter einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Systems zur Bewertung einer Traktionsbatterie gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung einer Traktionsbatterie für eine Bewertung gemäß einer Ausführungsform; und
- 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Bewertung einer Traktionsbatterie gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Bewertung einer Traktionsbatterie 11 eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug 1 kann es sich beispielsweise um ein Elektro- oder Hybridfahrzeug handeln. Das Fahrzeug 1 umfasst neben der Traktionsbatterie 11 eine Prüfeinrichtung 12 zur Ermittlung von State-of-Health-Parametern (SoH-Parameter) der Traktionsbatterie 11. Die ermittelten SoH-Parameter können anschließend einer Übertragungseinrichtung 13 zugeführt werden, die die ermittelten SoH-Parameter an eine externe Auswertevorrichtung 2 überträgt.
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Für die Ermittlung der SoH-Parameter kann dabei ein beliebiges, gegebenenfalls auch ein bereits bekanntes konventionelles Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann für die Ermittlung eines SoH-Parameter die Traktionsbatterie mit einer Wechselspannung oder einem Wechselstrom beaufschlagt werden. In diesem Fall kann eine durch die Traktionsbatterie 11 fließender Strom bzw. ein sich an der Traktionsbatterie 11 einstellende Spannung ermittelt werden. Hieraus kann eine komplexe Impedanz für die Traktionsbatterie 11 ermittelt werden. Diese komplexe Impedanz kann als Basis für eine Aussage über den Gesundheitszustand, wie zum Beispiel über die verbleibende Speicherkapazität, der Traktionsbatterie 11 verwendet werden. Insbesondere kann aus der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, das heißt aus dem Imaginärteil der komplexen Impedanz der Traktionsbatterie 11 eine Aussage über die Speicherkapazität der Traktionsbatterie 11 und somit über den Gesundheitszustand ermittelt werden.
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Zur Ermittlung der komplexen Impedanz der Traktionsbatterie 11 kann entweder ein vorgegebener Wechselstrom eingeprägt werden und anschließend wird eine sich einstellende Spannung gemessen, oder alternativ kann eine vorgegebene Wechselspannung eingeprägt werden und es wird der sich dabei einstellende Strom gemessen. Basierend auf einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung und somit aus dem Imaginärteil der so ermittelten Impedanz der Traktionsbatterie 11 kann auf den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11, insbesondere auf die Kapazität der Traktionsbatterie 11 geschlossen werden. Entsprechend kann also beispielsweise eine Information über Strom und Spannung, über die ermittelte Impedanz oder gegebenenfalls auch nur über eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung als SoH-Parameter ermittelt werden.
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Alternativ kann auch beispielsweise ein vorgegebener Stromimpuls an der Traktionsbatterie 11 angelegt werden. Anschließend kann aus der sich dabei einstellende Spannungsantwort ebenfalls auf die Speicherkapazität der Traktionsbatterie 11 geschlossen werden. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Verfahren möglich, um eine Information über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 zu ermitteln.
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Insbesondere kann neben einem einzigen SoH-Parameter für die gesamte Traktionsbatterie 11 auch für jedes Modul der Traktionsbatterie 11 oder für jede einzelne Zelle der Traktionsbatterie 11 individuell ein SoH-Parameter ermittelt werden.
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Der oder die ermittelten SoH-Parameter werden über die Übertragungseinrichtung 13 in dem Fahrzeug 1 an eine externe Auswertevorrichtung 2 übertragen. Eine Empfangseinrichtung 23 in der externen Auswertevorrichtung 2 empfängt die übertragenen SoH-Parameter und stellt diese an einer Analyseeinrichtung 22 bereit. Die Analyseeinrichtung 22 wertet die empfangenen SoH-Parameter aus. Beispielsweise kann die Analyseeinrichtung 22 die empfangenen SoH-Parameter zunächst verarbeiten, um aus den empfangenen Roh-SoH-Parametern eine detailliertere Information über den Gesundheitszustand zu berechnen. Beispielsweise kann eine mögliche Verringerung der elektrischen Speicherkapazität der Traktionsbatterie bzw. der einzelnen Module oder Zellen in der Traktionsbatterie 11 ermittelt werden. Darüber hinaus sind zusätzlich oder alternativ auch weitere Informationen über einen Alterungszustand oder ähnliches möglich. Insbesondere können die von der Prüfeinrichtung 12 in dem Fahrzeug 1 ermittelten SoH-Parameter auch eine Temperatur oder einen Temperaturverlauf umfassen. Durch die Auswertung der Temperatur bzw. des Temperaturverlaufs der Traktionsbatterie 11 kann eine Information über die Alterung der Traktionsbatterie 11 generiert werden. Ferner kann die Prüfeinrichtung 12 in dem Fahrzeug 1 auch eine Information über einen Ladungsausgleich zwischen einzelnen Zellen oder Module der Traktionsbatterie 11 erfassen und als SoH-Parameter weitergeben. Wird beispielsweise festgestellt, dass bestimmte Zellen oder Module der Traktionsbatterie 11 nach einem Ladevorgang stets weniger stark aufgeladen sind als andere, so kann dies auf eine verstärkte Alterung bzw. einen Kapazitätsabbau dieser Module oder Zellen hinweisen. Sinkt beispielsweise die Kapazität einer Batteriezelle oder eines Batteriemoduls, so erreicht eines solche Batteriezelle oder ein solches Batteriemodul während eines Ladevorgangs schneller einen höheren relativen Ladezustand (z.B. 80% der verbleibenden Speicherkapazität). In der Folge wird sich an dieser Batteriezelle / diesem Batteriemodul eine höhere Leerlaufspannung einstellen. Hierdurch kann zum Beispiel auch auf eine ungleiche Alterung oder ein Ungleichgewicht in der Speicherkapazität der Batteriezellen/-module geschlossen werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich beliebige weitere Parameter bzw. Informationen über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 möglich. Insbesondere kann durch einen SoH-Parameter oder gegebenenfalls auch durch eine Kombination von mehreren SoH-Parametern eine Veränderung der Kapazität und/oder des Innenwiderstands für eine vorgegebene Zeitspanne, einen definierten Energiedurchsatz und/oder eine vorbestimmte Anzahl von Ladezyklen beschrieben werden. Ferner kann durch einen oder mehrere SoH-Parameter auch ein von der Traktionsbatterie, eines Moduls oder einer Zelle ein Ladezustand, ein bereitgestellter Strom oder eine Spannung beschrieben werden, wie er/sie sich bei einer definierten Belastung nach einer vorgegebenen Zeit einstellt. Weiterhin sind zum Beispiel Leerlaufspannung bei einem vorgegebenen Ladezustand, Verlauf der Leerlaufspannung beim Laden und/oder Entladen, Informationen über einen Ladungsausgleich zwischen den Zellen/Modulen der Traktionsbatterie und/oder Informationen über eine komplexe Impedanz bei einer oder mehreren vorbestimmten Frequenzen bei definierten Belastungen der Traktionsbatterie oder einzelner Zellen/Module möglich. Neben Angaben zu einem aktuellen Wert der zuvor genannten Parameter kann durch den oder die SoH-Parameter auch ein zeitlicher Verlauf der Parameter beschrieben werden.
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Die Übertragung der SoH-Parameter von dem Fahrzeug 1 zu der externen Auswertevorrichtung 2 kann hierbei insbesondere kabellos mittels einer Funkverbindung o.ä. erfolgen. Beispielsweise kann die Übertragung über eine Mobilfunkverbindung wie z.B. GPRS, UMTS, LTE oder aber auch über WLAN, Bluetooth etc. erfolgen. Die Übertragung kann beispielsweise periodisch während des Betriebs des Fahrzeugs 1 erfolgen. Alternativ kann die Ermittlung der SoH-Parameter und die Übertragung zu der externen Auswertevorrichtung 2 auch jeweils beim Start oder beim Abstellen des Fahrzeugs 1 erfolgen. Ferner ist es auch möglich, dass nur SoH-Parameter übertragen werden, die einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreiten.
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In der externen Auswertevorrichtung 2 werden die in dem Fahrzeug 1 ermittelten SoH-Parameter empfangen, weiterverarbeitet und gegebenenfalls gespeichert. Beispielsweise können die empfangenen SoH-Parameter als Rohdaten oder gegebenenfalls auch bereits als aufbereitete Informationen über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 in einer Speichereinrichtung 21 gespeichert werden. Hierzu können die gespeicherten Daten mit einem Zeitstempel versehen werden. Auf diese Weise kann ein zeitlicher Verlauf des Gesundheitszustandes der Traktionsbatterie 11 ermittelt werden.
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Die Analyseeinrichtung 22 der externen Auswertevorrichtung 2 kann daraufhin basierend auf den empfangenen SoH-Daten und gegebenenfalls basierend auf zusätzlichen, in der Speichereinrichtung 22 gespeicherten, Daten den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 sowie gegebenenfalls einen individuellen Gesundheitszustand für einzelne Module oder Zellen der Traktionsbatterie 11 bestimmen. Insbesondere kann dabei festgestellt werden, dass der Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 nicht mehr den vorgegebenen Anforderungen für einen Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug entspricht. Beispielsweise kann festgestellt werden, dass die verfügbare Speicherkapazität der Traktionsbatterie 11 einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Zum Beispiel kann festgelegt werden, dass eine Traktionsbatterie, die weniger als 80 % ihrer ursprünglichen Speicherkapazität aufweist, nicht mehr für einen Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug geeignet ist. Darüber hinaus können auch beliebige weitere Parameter ausgewertet werden, um zu überprüfen, ob die Traktionsbatterie 11 noch für einen Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug geeignet ist.
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Wird festgestellt, dass die Traktionsbatterie 11 nicht mehr den vorgegebenen Anforderungen für einen Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug entspricht, so kann eine entsprechende Information generiert werden. Diese Information kann beispielsweise von der externen Auswertevorrichtung 2 an das Fahrzeug 1 übertragen werden. Das Fahrzeug 1 kann daraufhin beispielsweise eine beliebige Warnung ausgeben, um einen Benutzer des Fahrzeugs zu einem Austausch der Traktionsbatterie 11 aufzufordern. Zusätzlich oder alternativ kann die Information über das Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für den Gesundheitszustand auf eine beliebige weitere Instanz weitergeleitet werden. Beispielsweise kann eine Servicewerkstatt informiert werden, die daraufhin den Besitzer des Fahrzeugs 1 auffordert, einen Servicetermin für einen Austausch der Traktionsbatterie 11 zu veranlassen. Weiterhin können die übertragenen SoH-Parameter bzw. der daraus ermittelte Gesundheitszustand auch verwendet werden, um die Entwicklung der Traktionsbatterie 11 während des Einsatzes in dem Elektro- oder Hybridfahrzeug zu analysieren. Beispielsweise können die Informationen über den Gesundheitszustand als Grundlage für Weiterentwicklungen von zukünftigen Traktionsbatterien ausgewertet werden.
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Nachdem der Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11, insbesondere die maximale Speicherkapazität der Traktionsbatterie 11, sich soweit verschlechtert hat, dass ein weiterer Einsatz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug nicht weiter angebracht ist, kann die Traktionsbatterie 11 gegen eine andere Traktionsbatterie ausgetauscht werden. Die Traktionsbatterie 11 mit dem verschlechterten Gesundheitszustand kann anschließend jedoch gegebenenfalls für weitere Einsatzzwecke mit geringeren Anforderungen weiter verwendet werden. Hierzu kann der aktuelle Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 basierend auf den übertragenen SoH-Parameter in der Analyseeinrichtung 22 ausgewertet werden. Da die jeweils aktuellen Informationen über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie 11 bereits während des Einsatzes der Traktionsbatterie 11 in dem Fahrzeug 1 zur Verfügung stehen, kann die Analyseeinrichtung 22 basierend auf den aktuellen SoH-Parametern - und gegebenenfalls auf dem zeitlichen Verlauf früherer SoH-Parameter - einen geeigneten Einsatz für eine Weiterverwendung der Traktionsbatterie ermitteln. Folglich liegt bereits bei dem Austausch der Traktionsbatterie 11 in dem Fahrzeug 1 durch die externe Auswertevorrichtung 2 ein konkreter Vorschlag für eine mögliche Sekundäranwendung der Traktionsbatterie 11 vor. Eine nachfolgende, zusätzliche aufwändige Analyse der Traktionsbatterie 11 nach dem Austausch aus dem Fahrzeug 1 ist daher nicht erforderlich.
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Um bereits während der Verwendung der Traktionsbatterie 11 in der primären Anwendung in dem Fahrzeug 1 eine mögliche Verwendung für eine Sekundäranwendung planen zu können, können die übertragenen SoH-Parameter analysiert und ausgewertet werden. Hierzu können beispielsweise eine oder mehrere Sekundäranwendungen für Traktionsbatterien vorgegeben werden. Für diese vorgegebenen Sekundäranwendungen der Traktionsbatterie können insbesondere jeweils Anwendungsprofile definiert werden. Diese Anwendungsprofile können beispielsweise Minimalanforderungen bezüglich der SoH-Parameter beschreiben, welche eine Traktionsbatterie 11 oder Zellen/Module der Traktionsbatterie 11 für die jeweilige Sekundäranwendung erfüllen müssen. Auch weitere Angaben, insbesondere Angaben bezüglich der SoH-Parameter zur Charakterisierung der jeweiligen Sekundäranwendung, sind möglich. Basierend auf diesen Anwendungsprofilen für die vorgegebenen Sekundäranwendungen oder gegebenenfalls auch weiteren Spezifikationen für potentielle Sekundäranwendungen kann daraufhin eine Maß für die Eignung der Traktionsbatterie 11 oder der Zellen/Module der Traktionsbatterie 11 bestimmt werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, ob bzw. in wie fern die spezifizierten Anforderungen für eine geplante Sekundäranwendung erfüllt oder gegebenenfalls sogar übertroffen werden. Hierzu kann beispielsweise ein Anwendungsparameter berechnet werden, der ein Maß für eine Eignung der Traktionsbatterie 11 oder der Zellen/Module der Traktionsbatterie 11 beschreibt. Insbesondere kann der Anwendungsparameter die Eignung der Traktionsbatterie 11 oder der Zellen/Module der Traktionsbatterie 11 in beliebiger Weise charakterisieren. Beispielsweise kann der Anwendungsparameter einen skalaren Zahlenwert mit einem definierten Wertebereich umfassen, z.B. zwischen 0 und 1. Darüber hinaus ist auch ein Vektor oder ähnliches möglich, wobei jedes Element des Vektors beispielsweise eine Übereinstimmung mit einem Parameter eines vorgegebenen an den Anwendungsprofils beschreibt. Ferner sind beliebige weitere Formate für den Anwendungsparameter möglich, um eine Eignung für eine vorgegebene Sekundäranwendung der Traktionsbatterie 11 zu beschreiben.
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Für die Planung einer Sekundäranwendung der Traktionsbatterie kann dabei beispielsweise die Traktionsbatterie 11 als Ganzes betrachtet werden. Insbesondere ist beispielsweise basierend auf den zuvor übertragenen SoH-Parameter eine Prognose über das zukünftige Alterungsverhalten der Traktionsbatterie 11 möglich. Ferner können gegebenenfalls auch Prognosen über den Verlauf der Entwicklung der Kapazität der Traktionsbatterie 11 basierend auf den übertragenen SoH-Parametern getroffen werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich beliebige weitere Analysen basierend auf den übertragenen SoH-Parametern möglich. Beispielsweise können die in der externen Auswertevorrichtung 2 empfangenen und gespeicherten SoH-Parameter auch für ein Qualitätsmanagement und/oder für die Entwicklung neuer oder neuartiger Traktionsbatterien herangezogen werden.
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Die externe Auswertevorrichtung 2 kann nicht nur SoH-Parameter einer einzigen Traktionsbatterie von einem einzigen Elektro- oder Hybridfahrzeug empfangen. Vielmehr kann die externen Auswertevorrichtung 2 SoH-Parameter von mehreren Fahrzeugen, beispielsweise einer Fahrzeugflotte oder ähnlichem empfangen. Dabei können gegebenenfalls auch SoH-Parameter von weiteren Traktionsbatterien bei der Analyse des Gesundheitszustands einer Traktionsbatterie 11 mit einbezogen werden. Wird beispielsweise bei der Analyse der SoH-Parameter weiterer Traktionsbatterien festgestellt, dass nach einem vorgegebenen Ereignis eine besonders starke Veränderung des Gesundheitszustands der Traktionsbatterie eintritt, so kann dieser Hinweise auch dazu verwendet werden, die Traktionsbatterie 11 entsprechend zu bewerten, sobald ein korrespondierendes Ereignis basierend auf den empfangenen SoH-Parametern identifiziert wird.
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Die empfangenen SoH-Parameter der Traktionsbatterie 11, sowie die SoH-Parameter weiterer Traktionsbatterien von weiteren Fahrzeugen können gemeinsam in der externen Auswertevorrichtung 2 abgespeichert und beliebig verarbeitet werden. Dabei ist es beispielsweise auch möglich, dass mittels geeigneter Schnittstellen weitere externe Benutzer oder weitere Analysevorrichtungen auf die in der externen Auswertevorrichtung 2 gespeicherten SoH-Parameter zugreifen können.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Traktionsbatterie 11, wie sie einer Ausführungsform zugrunde liegt. Die Traktionsbatterie 11 umfasst mehrere Batteriezellen bzw. Batteriemodule 11-i. Die einzelnen Batteriezellen bzw. Batteriemodule 11-i sind dabei jeweils mit einer Prüfeinrichtung 12 elektrisch verbunden. Auf diese Weise kann die Prüfeinrichtung 12 die einzelnen Batteriezellen bzw. Batteriemodule 11-i individuell überprüfen und individuelle SoH-Parameter ermitteln. Die individuellen SoH-Parameter für die einzelnen Batteriezellen bzw. Module 11-i können daraufhin an die externe Auswertevorrichtung 2 übertragen werden. In einer Ausführungsform ist dabei die Prüfeinrichtung 12 in der Traktionsbatterie 11 integriert. Auf diese Weise kann ein besonders kompakter Aufbau realisiert werden, und es müssen nicht die einzelnen Anschlüsse der jeweiligen Batteriezellen oder Batteriemodule 11-i einzeln nach außen geführt werden.
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Alternativ ist es auch möglich, die SoH-Parameter der Traktionsbatterie 11 mittels eines Batteriemanagementsystems des Elektro- oder Hybridfahrzeugs 1 zu ermitteln.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Bewertung einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zugrunde liegt. In Schritt S1 wird mindestens ein SoH-Parameter der Traktionsbatterie 11 in dem Fahrzeug 1 ermittelt. Dieser SoH-Parameter wird anschließend in Schritt S2 von dem Fahrzeug 1 an eine externe Auswertevorrichtung 2 außerhalb des Fahrzeugs 1 übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise mittels der zuvor beschriebenen Übertragungseinrichtung 13 erfolgen. In Schritt S3 wird daraufhin ein Anwendungsparameter für eine Sekundäranwendung der Traktionsbatterie 11 bestimmt. Die Ermittlung des Anwendungsparameters erfolgt dabei in der externen Auswertevorrichtung 2 basierend auf dem übertragenen SoH-Parameter. Insbesondere kann dabei, wie zuvor beschrieben, für ein Modul oder eine Zelle der Traktionsbatterie jeweils individuell ein SoH-Parameter ermittelt und übertragen werden. In diesem Fall kann für Batteriezelle oder jedes Batteriemodul ein individueller Anwendungsparameter bestimmt werden.
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Ferner ist es auch möglich, die übertragenen SoH-Parameter zu speichern, gegebenenfalls mit einem Zeitstempel zu versehen und aus der Historie der vergangenen SoH-Parameter einen Verlauf der Entwicklung des Gesundheitszustands der Traktionsbatterie zu bestimmen und diesen bei der Festlegung der Sekundäranwendung mit einzubeziehen.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Ermitteln einer Sekundäranwendung für eine Traktionsbatterie. Hierzu werden bereits während des Betriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einer Traktionsbatterie Parameter über den Gesundheitszustand der Traktionsbatterie ermittelt und an eine externe Auswertevorrichtung übertragen. Basierend auf den übertragenen Parametern über den Gesundheitszustand kann somit bereits während des Betriebs des Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit der Traktionsbatterie eine Überwachung des Gesundheitszustandes der Traktionsbatterie und eine Planung für eine zukünftige Sekundäranwendung erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014217135 A1 [0002]
