DE102017128314A1 - Method for tempering a battery and a battery with a corresponding temperature control - Google Patents

Method for tempering a battery and a battery with a corresponding temperature control Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie mit mindestens zwei Batterieeinheiten bereitgestellt, wobei das Verfahren Ermitteln einer Temperatur der ersten Batterieeinheit, Ermitteln einer Temperatur der zweiten Batterieeinheit, und Temperieren der ersten Batterieeinheit und/oder der zweiten Batterieeinheit aufweist, so dass die erste Batterieeinheit und die zweite Batterieeinheit eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen.A method is provided for tempering a battery having at least two battery units, wherein the method comprises determining a temperature of the first battery unit, determining a temperature of the second battery unit, and tempering the first battery unit and / or the second battery unit, such that the first battery unit and the second battery unit have a substantially same temperature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie und eine Batterie mit einer entsprechenden Temperierfunktion. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs sowie eine Traktionsbatterie mit einer entsprechenden Temperierfunktion.The present invention relates to a method for controlling the temperature of a battery and a battery with a corresponding temperature control function. In particular, the present invention relates to a method for controlling the temperature of a traction battery of an electric vehicle and a traction battery with a corresponding temperature control.

Bei einer Batterie handelt es sich üblicherweise um eine Zusammenschaltung aus mehreren (Batterie-)Modulen, wobei jedes Modul eine Anzahl in Reihe geschalteter galvanischer Speicherzellen aufweist. Die Anzahl der Zellen pro Modul sowie die Anzahl der Module in einer Batterie richten sich nach Verwendungszweck und Anforderungsprofil der Batterie. Neben den Zellen weist eine Batterie noch weitere wichtige elektronische Komponenten auf wie zum Beispiel ein Batteriemanagementsystem (BMS).A battery is usually an interconnection of multiple (battery) modules, each module having a number of galvanic memory cells connected in series. The number of cells per module and the number of modules in a battery depend on the purpose and requirement profile of the battery. In addition to the cells, a battery has other important electronic components such as a battery management system (BMS).

Durch die Reihenschaltung der Zellen in einem Batteriemodul kann dieses insgesamt eine höhere Gesamtspannung bereitstellen. Gleichzeitig ergibt sich daraus aber auch der Nachteil, dass die Gesamtleistung der Batterie durch die „schwächste“ Zelle bestimmt wird. Unter einer schwachen bzw. schwächsten Zelle einer Batterie kann eine Zelle verstanden werden, die eine im Vergleich zu den anderen Zellen geringere Zellspannung aufweist oder deren Zellspannung schneller als die der anderen Zellen abnimmt. Die schwächste Zelle bestimmt deshalb die Gesamtperformance der Batterie, da insbesondere bei Traktionsbatterien zum Erhalt der Lebensdauer die Entladetiefe der Batteriezellen begrenzt wird, etwa auf 60-80% der Nennkapazität. Fällt nun die Spannung der schwächsten Zelle vorzeitig bis zur Entladegrenze ab, so wird der Entladevorgang an dem entsprechenden Modul eingestellt, ohne Rücksicht auf die möglicherweise noch problemlos abrufbare Ladung der anderen Batteriezellen des Moduls. Da ein Fortsetzen des Entladevorgangs über die Entladegrenzspannung hinaus die Batteriezelle dauerhaft schädigen kann und daher um jeden Preis zu vermeiden ist, diktiert folglich der Spannungszustand an der schwächsten Zelle den Betrieb eines Batteriemoduls und kann die Gesamtleistung der Batterie erheblich mindern. Um eine optimale Energiebereitstellung durch eine Batterie zu gewährleisen, wird üblicherweise in allen Batteriezellen der gleiche Ladezustand bereitgestellt, indem die Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen aneinander angeglichen werden.By the series connection of the cells in a battery module this can provide a total of a higher total voltage. At the same time, however, there is also the disadvantage that the overall performance of the battery is determined by the "weakest" cell. A weak or weakest cell of a battery can be understood to mean a cell which has a lower cell voltage than the other cells or whose cell voltage decreases faster than that of the other cells. The weakest cell therefore determines the overall performance of the battery, since in particular for traction batteries to preserve the life of the discharge depth of the battery cells is limited, about 60-80% of the rated capacity. If the voltage of the weakest cell drops prematurely up to the discharge limit, then the discharge process is set on the corresponding module, regardless of the charge of the other battery cells of the module, which may still be easily retrievable. As a continuation of the discharge beyond the discharge limit voltage can permanently damage the battery cell and therefore be avoided at all costs, consequently, the voltage condition at the weakest cell dictates the operation of a battery module and can significantly reduce the overall performance of the battery. In order to ensure optimal energy supply by a battery, the same state of charge is usually provided in all battery cells by the cell voltages of the individual battery cells are aligned with each other.

Es ist auch bekannt, dass sich zu hohe und auch zu niedrige Temperaturen negative auf die Gesamtleistung und Lebensdauer von Batterien auswirken. Bei tiefen Temperaturen kann die Fähigkeit der Batterie zur Abgabe und Aufnahme hoher Ströme beeinträchtigt und mit höheren Eigenverlusten behaftet sein. Bei höheren Temperaturen, die je nach Beschaffenheit der Batterie anders ausfallen, beschleunigt sich zum einen der Alterungsprozess der Batteriezellen, zum anderen können die Batteriezellen irreversiblen Schaden davontragen. Aus der Druckschrift WO 2015/058165 ist beispielsweise ein Batteriemanagementsystem für eine Batterie bekannt, bei dem die Temperaturen der einzelnen Batteriezellen während eines Lade- und/oder Entladevorgangs überwacht werden. Je nach Temperatur werden die Batteriezellen gekühlt oder erwärmt, um zu gewährleisten, dass ihre Temperatur innerhalb eines üblichen Betriebstemperaturbereiches liegt. Das Kühlen kann dabei mittels Verringern des Stromflusses zu oder von der betroffenen Zelle, durch Einschalten einer Belüftung oder durch Zuführen eines Flüssigkühlmittels zur betroffenen Zelle erfolgen. Zum Erwärmen einer Zelle kann der Stromfluss zu oder von der betroffenen Zelle erhöht werden oder es kann eine Wärmequelle in Form eines resistiven Heizelements in Betrieb genommen werden. Aus dem US-Patent US 6,958,197 ist ein ähnliches System bekannt zur Steuerung von Lade- und Entladevorgängen an einer Natriumschwefelbatterie. Hier ist das Batteriemanagementsystem ebenfalls zur Regelung der Temperatur der Batteriezellen eingerichtet, die mitunter aus Betriebssicherheitsgründen innerhalb eines vorgegebenen Betriebstemperaturbereiches gehalten werden soll.It is also known that too high and too low temperatures negatively affect the overall performance and life of batteries. At low temperatures, the ability of the battery to deliver and absorb high currents may be compromised and associated with higher intrinsic losses. At higher temperatures, which vary depending on the nature of the battery, on the one hand accelerates the aging process of the battery cells, on the other hand, the battery cells can carry irreversible damage. From the publication WO 2015/058165 For example, a battery management system for a battery is known in which the temperatures of the individual battery cells are monitored during a charging and / or discharging process. Depending on the temperature, the battery cells are cooled or heated to ensure that their temperature is within a common operating temperature range. The cooling can be done by reducing the flow of current to or from the affected cell, by switching on a ventilation or by supplying a liquid coolant to the affected cell. For heating a cell, the current flow to or from the affected cell can be increased or a heat source in the form of a resistive heating element can be put into operation. From the US patent US 6,958,197 a similar system is known for controlling charge and discharge processes on a sodium sulfur battery. Here, the battery management system is also set up to control the temperature of the battery cells, which is sometimes kept for operational safety reasons within a predetermined operating temperature range.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend vom bekannten Stand der Technik den Betrieb einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, zur Erzielung einer Leistungssteigerung zu optimieren.It is an object of the present invention, starting from the known prior art, to optimize the operation of a battery, in particular a traction battery, to achieve an increase in performance.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der beiliegenden Beschreibung.The object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 10. Embodiments result from the dependent claims and the accompanying description.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie mit mindestens zwei Batterieeinheiten beschrieben. Bei der Batterie kann es sich um eine beliebige Batterie handeln, insbesondere um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, welche aus Batteriemodulen aufgebaut ist, die wiederrum Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen stellen die galvanischen Speicherzellen dar, die in einem Batteriemodul üblicherweise in Reihe geschaltet sind. Die verwendete Batterie kann zusätzlich weitere Elemente aufweisen wie Temperatursensoren, ein Batteriemanagementsystem sowie ein Kühlsystem. Ein solcher modularer Batterieaufbau wird auch als Batteriepack bezeichnet. Die verwendete Batterie kann eine an das Anforderungsprofil angepasste Anzahl von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann über eine entsprechende Programmierung des Batteriemanagementsystems oder ein darin zusätzlich in dem Batteriepack vorgesehenes und entsprechend programmiertes Logikmodul implementiert werden.According to the invention, a method for controlling the temperature of a battery having at least two battery units is described. The battery may be any battery, in particular a traction battery of an electric vehicle, which is constructed from battery modules, which in turn have battery cells. The battery cells represent the galvanic memory cells, which are usually connected in series in a battery module. The battery used may additionally include other elements such as temperature sensors, a battery management system and a cooling system. Such a modular battery structure is also referred to as a battery pack. The battery used may have a number of battery cells and / or battery modules adapted to the requirement profile. The method according to the invention can be implemented via a corresponding programming of the battery management system or additionally therein the battery pack provided and appropriately programmed logic module can be implemented.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Temperieren einer Batterie wird zunächst die Temperatur der ersten Batterieeinheit und der zweiten Batterieeinheit ermittelt. Die Temperatur einer Batterieeinheit kann beispielsweise mittels eines an dieser Batterieeinheit angeordneten Thermoelements ermittelt werden. Bei der Batterieeinheit kann es sich je nach Ausgestaltung des Verfahrens um eine einzelne Batteriezelle oder um eine Gruppe von Batteriezellen handeln, etwa zweckmäßigerweise ein Batteriemodul. Nachdem die Temperatur der ersten und der zweiten Batterieeinheit ermittelt worden ist, wird die erste Batterieeinheit und/oder die zweite Batterieeinheit temperiert mit dem Ziel, die Temperatur der ersten und der zweiten Batterieeinheit aneinander anzugleichen. Unter dem Temperieren einer Batterieeinheit wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein gezieltes Verändern der Temperatur der Batterieeinheit durch Erwärmen oder Abkühlen verstanden, also eine gezielte Temperaturverschiebung der Batterieeinheit zwecks Abgleichens der Temperaturen der Batterieeinheiten untereinander. Hierbei kann unter Erwärmen auch ein Ausbleiben oder ein relativ gesehen verringertes Kühlen und unter Abkühlen ein Ausbleiben oder ein relativ gesehen verringertes Erwärmen gemeint sein. Bei Vorliegen von mehr als drei Batterieeinheiten kann die Temperatur jeder einzelnen Batterieeinheit ermittelt werden und der Vorgang des Temperierens kann derart ausgeführt werden, dass am Ende alle Batterieeinheiten eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen. Das Einstellen der im Wesentlichen gleichen Temperatur der Batterieeinheiten bedeutet, dass die Temperaturspreizung der Temperaturen der Batterieeinheiten minimiert wird, so dass die Temperaturen aller Batterieeinheiten in der Batterie in einem Temperaturintervall liegen. Die Größe des Temperaturintervalls kann je nach gewünschter Optimierungsgüte des Verfahrens eingestellt werden und beispielsweise 5K, 3K oder etwa 1K betragen. Obgleich im Folgenden von einer vorbestimmten Temperatur als Zielwert der Temperierung einer Batterieeinheit gesprochen wird, kann damit selbstverständlich auch gemeint sein, dass die Temperaturen der einzelnen Batterieeinheiten innerhalb eines vorbestimmten Temperaturintervalls liegen.In the method according to the invention for controlling the temperature of a battery, first the temperature of the first battery unit and the second battery unit is determined. The temperature of a battery unit can be determined, for example, by means of a thermocouple arranged on this battery unit. Depending on the configuration of the method, the battery unit may be a single battery cell or a group of battery cells, for example a battery module. After the temperature of the first and the second battery unit has been determined, the first battery unit and / or the second battery unit is tempered with the aim of matching the temperature of the first and the second battery unit to one another. In the context of the present application, the tempering of a battery unit is understood to mean a deliberate change in the temperature of the battery unit by heating or cooling, ie a specific temperature shift of the battery unit for the purpose of balancing the temperatures of the battery units with one another. In this case, heating may also mean a lack or a relatively reduced cooling and, with cooling, an absence or a relatively reduced heating. In the presence of more than three battery units, the temperature of each individual battery unit can be determined and the process of tempering can be carried out such that at the end all battery units have a substantially same temperature. Setting the substantially same temperature of the battery units means that the temperature spread of the temperatures of the battery units is minimized so that the temperatures of all the battery units in the battery are in a temperature interval. The size of the temperature interval can be adjusted depending on the desired optimization quality of the method and, for example, be 5K, 3K or about 1K. Although the following is spoken of a predetermined temperature as the target value of the temperature of a battery unit, it can of course also be meant that the temperatures of the individual battery units are within a predetermined temperature interval.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Temperatur der Batterieeinheiten angepasst werden, deren Temperatur nicht einer vorbestimmten Temperatur entspricht (oder die nicht in einem vorbestimmten Temperaturintervall liegt). Die vorbestimmte Temperatur kann unter Berücksichtigung der zu einem Zeitpunkt ermittelten individuellen Temperaturen der anderen Batterieeinheiten ermittelt werden und etwa dem Mittelwert aller ermittelten Temperaturen entsprechen. Zusätzlich kann die vorbestimmte Temperatur so gewählt werden, dass eine minimale Anzahl von Temperaturverschiebungen durchgeführt werden muss oder, dass der für alle erforderlichen Temperaturverschiebungen erforderliche Energieaufwand minimal ist. Die vorbestimmte Temperatur kann auch unter Berücksichtigung einer optimalen Betriebstemperatur der Batterieeinheiten ermittelt werden.In the context of the method according to the invention, it is possible to adapt the temperature of the battery units whose temperature does not correspond to a predetermined temperature (or which does not lie within a predetermined temperature interval). The predetermined temperature can be determined taking into account the individual temperatures of the other battery units determined at one time and approximately correspond to the mean value of all determined temperatures. In addition, the predetermined temperature may be selected such that a minimum number of temperature shifts must be performed or that the energy required for all required temperature shifts is minimal. The predetermined temperature can also be determined taking into account an optimum operating temperature of the battery units.

Generell kann das hier vorgestellte Verfahren als thermisches Balancing bzw. thermisches Ausgleichsverfahren verstanden werden mit dem Ziel, die Temperaturen der Batterieeinheiten einer Batterie aneinander anzugleichen. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren geht es hier nicht primär um die Implementierung einer thermischen Schutzfunktion für jede Batterieeinheit der Batterie, um zu gewährleisten, dass die Temperatur jeder Batterieeinheit stets im vorgegebenen Betriebsbereich liegt. Dieser Aspekt kann jedoch durchaus in Form einer Randbedingung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Leistungsfähigkeit einer Batterie weiter gesteigert werde kann, wenn die Batterieeinheiten der Batterie eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen. Das hier vorgestellte Verfahren geht damit einen Schritt weiter und dient primär der Angleichung der Temperaturen von Batterieeinheiten einer Batterie aneinander. Damit wird jede einzelne Temperaturverschiebung maßgeblich von den Temperaturen der anderen Batterieeinheiten bestimmt bzw. von der Größe der Abweichung der Temperatur einer Batterieeinheit von den Temperaturen der anderen Batterieeinheiten. Anders ausgedrückt erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens das Temperieren der Batterieeinheiten in Abhängigkeit von den Temperaturen der anderen Batterieeinheiten. Vor diesem Hintergrund kann es also insbesondere vorkommen, dass obwohl alle Batterieeinheiten eine Temperatur aufweisen, die im Betriebsintervall liegt und damit klassischerweise keiner Anpassung bedarf, im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens dennoch eine Temperierung bezüglich mindestens einiger der Batterieeinheiten der Batterie erfolgt, um die Leistungsfähigkeit der Batterie zu erhöhen.In general, the method presented here can be understood as thermal balancing or thermal compensation method with the aim of matching the temperatures of the battery units of a battery to one another. In contrast to the methods known from the prior art, this is not primarily about the implementation of a thermal protection function for each battery unit of the battery to ensure that the temperature of each battery unit is always within the specified operating range. However, this aspect can certainly be taken into account in the form of a boundary condition of the method according to the invention. The invention is based on the finding that the performance of a battery can be further increased if the battery units of the battery have a substantially identical temperature. The method presented here goes one step further and serves primarily to approximate the temperatures of battery units of a battery to each other. Thus, each individual temperature shift is largely determined by the temperatures of the other battery units or the size of the deviation of the temperature of a battery unit from the temperatures of the other battery units. In other words, in the context of the method according to the invention, the temperature control of the battery units as a function of the temperatures of the other battery units. Against this background, it may thus occur in particular that although all battery units have a temperature which is in the operating interval and thus conventionally requires no adaptation, in the course of the method according to the invention, a temperature control with respect to at least some of the battery units of the battery, the performance of the battery to increase.

In einer Ausführungsform kann es sich bei einer Batterieeinheit, wie bereits oben erwähnt, um eine Batteriezelle der Batterie handeln oder aber auch um eine zusammengefasste Anzahl von Batteriezellen, etwa ein Batteriemodul. Bei einer Temperaturanpassung auf Ebene einzelner Batteriezellen kann eine feinskalige Temperierung der Batterie erfolgen. In one embodiment, as already mentioned above, a battery unit may be a battery cell of the battery or else a combined number of battery cells, for example a battery module. When adjusting the temperature on the level of individual battery cells, a fine-scale temperature control of the battery can take place.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann beim Temperieren der Batterie die Temperatur mindestens einer der Batterieeinheiten mittels einer an dieser Batterieeinheit angebrachten Temperiervorrichtung angepasst werden. Bei der Temperiervorrichtung kann es sich um ein Heizelement und/oder ein Kühlelement handeln. Das Heizelement und das Kühlelement können an unterschiedlichen Seiten einer Batterieeinheit angebracht sein und gegenüber benachbarten Batterieeinheiten thermisch isoliert sein, um thermischen „Crosstalk“ (Übersprechen) zu verhindern. Im Falle einer Traktionsbatterie können die Kühlelemente und die Heizelemente an die Klimaanlage des Fahrzeugs gekoppelt sein. Bei den Heizelementen kann es sich auch beispielsweise um resistive Heizelemente handeln.In a further embodiment of the invention, during temperature control of the battery, the temperature of at least one of the battery units can be adjusted by means of a temperature control device attached to this battery unit. In the Temperiervorrichtung may be a heating element and / or a cooling element. The heating element and the cooling element may be mounted on different sides of a battery pack and thermally insulated from adjacent battery packs to prevent thermal crosstalk. In the case of a traction battery, the cooling elements and the heating elements may be coupled to the air conditioning system of the vehicle. The heating elements may also be, for example, resistive heating elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgestaltet sein, dass beim Temperieren der Batterie die Ladung der Batterieeinheiten nicht verändert wird. Die zur Temperierung der Batterie erforderlichen Temperaturverschiebungen können also mittels dedizierter Heiz- und/oder Kühlelemente herbeigeführt werden. Anders ausgedrückt muss der Stromfluss zu oder von einer Batterieeinheit nicht verändert werden, beispielsweise verringert werden, um eine Abkühlung der Batteriezelle herbeizuführen, oder vergrößert werden, um die Batterieeinheit mittels ohmscher Verlustwärme zu heizen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Temperieren der Batterieeinheiten zum Einstellen gleicher Zelltemperaturen mittels zusätzlicher Temperiervorrichtungen erfolgen.The method according to the invention can be designed such that the temperature of the battery does not change the charge of the battery units. The temperature shifts required for temperature control of the battery can thus be brought about by means of dedicated heating and / or cooling elements. In other words, the current flow to or from a battery unit need not be changed, for example, reduced, to bring about a cooling of the battery cell, or increased to heat the battery unit by means of resistive heat loss. In the context of the method according to the invention, the temperature control of the battery units for adjusting the same cell temperatures can be carried out by means of additional temperature control devices.

Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens, bei welchen es sich bei der Batterie um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handelt, kann das Temperieren der Batterie während des Betriebes des Elektrofahrzeugs ausgeführt werden. Das Ermitteln der Temperaturen der Batterieeinheiten und das darauf basierende Temperieren der entsprechenden Batterieeinheiten können beispielsweise kontinuierlich während des Betriebes des Elektrofahrzeugs in bestimmten Intervallen erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch während eines Ladevorgangs der Batterie an einer externen Stromquelle ausgeführt werden, um ein gleichmäßiges und effizientes Laden der Batterie zu gewährleisten. Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren vor Inbetriebnahme des Elektrofahrzeugs ausgeführt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass insbesondere beim Kaltstart des Fahrzeugs die Batterie zur Leistungsabgabe optimiert wird. Die Initiierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mittels einer Zeitschaltfunktion im Fahrzeug erfolgen oder auch stattdessen oder zusätzlich durch einen im Batteriemanagementsystem implementierten Zeitschaltalgorithmus, welcher die Inbetriebnahmen des Elektrofahrzeugs analysiert und daraus das zugrundeliegende Benutzungsmuster des Elektrofahrzeugs ermittelt.According to further embodiments of the method, in which the battery is a traction battery of an electric vehicle, the temperature of the battery during operation of the electric vehicle can be performed. The determination of the temperatures of the battery units and the temperature control of the corresponding battery units based thereon can take place, for example, continuously during the operation of the electric vehicle at specific intervals. The method according to the invention can also be carried out during a charging process of the battery at an external power source in order to ensure a uniform and efficient charging of the battery. In addition, the method according to the invention can be carried out before the electric vehicle is put into operation. As a result, it can be ensured that the battery is optimized for power output, in particular when the vehicle is cold-starting. The initiation of the method according to the invention can take place by means of a timer function in the vehicle or alternatively or additionally by a time management algorithm implemented in the battery management system, which analyzes the commissioning of the electric vehicle and determines therefrom the underlying usage pattern of the electric vehicle.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie bereitgestellt, die mindestens zwei Batterieeinheiten, wobei mindestens eine Batterieeinheit eine Temperiervorrichtung und einen Temperatursensor aufweist, und eine Steuerungseinheit aufweist, welche eingerichtet ist das hier beschriebene Verfahren auszuführen.In a further aspect of the invention, a battery is provided which has at least two battery units, wherein at least one battery unit has a temperature control device and a temperature sensor, and a control unit which is set up to carry out the method described here.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, in denen weitere Ausführungsformen schematisch dargestellt sind, die im Folgenden beschrieben werden. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

  • 1 veranschaulicht denn Ladezustand und die Temperaturverteilung von Batteriezellen einer Batterie, welche ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird.
  • 2 veranschaulicht den Ladezustand und die Temperaturverteilung von Batteriezellen einer Batterie, welche unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird.
  • 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie.
Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings, in which further embodiments are shown schematically, which are described below. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
  • 1 illustrates the state of charge and the temperature distribution of battery cells of a battery, which is operated without application of the method according to the invention.
  • 2 illustrates the state of charge and the temperature distribution of battery cells of a battery, which is operated using the method according to the invention.
  • 3 shows an embodiment of a battery according to the invention.

1 veranschaulicht eine Batterie 10, welche im gezeigten Beispiel insgesamt sechs Batteriezellen 11-16 aufweist: eine erste Batteriezelle 11, eine zweite Batteriezelle 12, eine dritte Batteriezelle 13, eine vierte Batteriezelle 14, eine fünfte Batteriezelle 15 und eine sechste Batteriezelle 16. Die weiteren üblichen Elemente einer Batterie sind nicht gezeigt, da von der in 1 gezeigten stark vereinfachten Darstellung ausgehend nur das Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden soll. In 1 ist ferner zu jeder Batteriezelle 11-16 der Ladezustand mittels einer Ladestandsanzeige 17 und die Temperatur der Batteriezelle mittels eines Thermometersymbols 18 angedeutet. Wie der 1 entnommen werden kann, ist die Batterie 10 in einem Zustand gezeigt, in dem alle sechs Batteriezellen 11-16 den gleichen Ladezustand aufweisen und in etwa zu 75% geladen sind. Die Batteriezellen 11-16 weisen jedoch eine unterschiedliche Temperatur auf: während die zweite Batteriezelle 12, die dritte Batteriezelle 13 und die vierte Batteriezelle 14 die gleiche Temperatur aufweisen, ist die Temperatur der anderen Batteriezellen kleiner, wobei die fünfte und sechse Batteriezelle 15, 16 eine gleiche Temperatur aufweisen, die kleiner ist als die Temperatur der ersten Batteriezelle 11. Der in 1 beispielhaft gezeigte Status der Batterie 10 repräsentiert einen Zustand, welcher gemäß dem bisher bekannten Stand der Technik keine weiteren Maßnahmen zur Optimierung der Batterie 10 unterzogen werden würde, unter der Annahme, dass die Temperaturen der Batteriezellen 11-16 allesamt innerhalb ihrer Spezifikationen liegen. 1 illustrates a battery 10 which in the example shown a total of six battery cells 11 - 16 comprising: a first battery cell 11 , a second battery cell 12 , a third battery cell 13 , a fourth battery cell 14 , a fifth battery cell 15 and a sixth battery cell 16 , The other common elements of a battery are not shown because of the in 1 shown simplified representation starting only the principle of action of the method according to the invention will be explained. In 1 is also to each battery cell 11 - 16 the state of charge by means of a charge level indicator 17 and the temperature of the battery cell by means of a thermometer symbol 18 indicated. Again 1 can be taken, is the battery 10 shown in a state where all six battery cells 11 - 16 have the same state of charge and are charged in about 75%. The battery cells 11 - 16 However, they have a different temperature: while the second battery cell 12 , the third battery cell 13 and the fourth battery cell 14 have the same temperature, the temperature of the other battery cells is smaller, with the fifth and sixth battery cell 15 . 16 have a same temperature, which is smaller than the temperature of the first battery cell 11 , The in 1 example shown status of the battery 10 represents a state which, according to the previously known prior art, no further measures to optimize the battery 10 would be subjected, assuming that the temperatures of the battery cells 11 - 16 all within their specifications.

In 2 ist die Batterie 10 aus 1 bei gleichem Ladestand dargestellt. Die Batterie 10 in 2 wurde jedoch dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen und weist deshalb eine gegenüber 1 veränderte bzw. optimierte Temperaturverteilung der Batteriezellen 11-16 auf. Die in 2 gezeigten Batteriezellen 11-16 weisen allesamt die gleiche Temperatur auf. In dem gezeigten Beispiel entspricht die Temperatur der Batteriezellen 11-16 in 2 einer Temperatur, die zwischen den Temperaturen der Batteriezellen 11-16 der in 1 gezeigten Batterie liegt, nahe an der Temperatur der ersten Batteriezelle 11. Der in 2 gezeigte Zustand der Batteriezellen 11-16 kann aus dem in 1 gezeigten Zustand erreicht werden durch Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens, also durch Ermitteln der Temperaturen der Batterieeinheiten, die in diesem Fall den Batteriezellen 11-16 entsprechen, und Temperieren der Batterieeinheiten, so dass die Batterieeinheiten alle eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen. Die Angleichung der Temperaturen der einzelnen Batteriezellen 11-16 in 2 ist zudem ohne Ladungsverschiebung in oder aus den Batteriezellen 11-16 erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass bei dem in 2 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel auch eine andere vorbestimmte Temperatur hätte gewählt werden können, etwa die Temperatur, die bei einer Mehrzahl der Batteriezellen 11-16 festgestellt wird, oder etwa die Temperatur der vierten und fünften Batteriezelle 15, 16. Wie bereits erläutert erfolgt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens primär ein Angleichen der Temperaturen der Batteriezellen 11-16. Auf welchen vorbestimmten Wert diese Temperatur letztendlich gesetzt wird, kann durch zahlreiche andere Faktoren bestimmt sein. In 2 is the battery 10 out 1 shown at the same charge level. The battery 10 in 2 however, has undergone the process of the invention and therefore faces one 1 changed or optimized temperature distribution of the battery cells 11 - 16 on. In the 2 shown battery cells 11 - 16 all have the same temperature. In the example shown, the temperature of the battery cells 11 - 16 in 2 a temperature between the temperatures of the battery cells 11 - 16 the in 1 shown battery is close to the temperature of the first battery cell 11 , The in 2 shown state of the battery cells 11 - 16 can from the in 1 shown state can be achieved by applying the method according to the invention, that is, by determining the temperatures of the battery units, in this case, the battery cells 11 16 and temper the battery units so that the battery units are all at substantially the same temperature. The approximation of the temperatures of the individual battery cells 11 - 16 in 2 is also without charge transfer in or out of the battery cells 11 - 16 he follows. It goes without saying that in the in 2 As shown by way of non-limiting example, another predetermined temperature could have been selected, such as the temperature used in a majority of the battery cells 11 -16 is detected, or about the temperature of the fourth and fifth battery cell 15 . 16 , As already explained, the temperatures of the battery cells are primarily adjusted by means of the method according to the invention 11 - 16 , At what predetermined value this temperature is ultimately set can be determined by numerous other factors.

In 3 ist eine stark vereinfachte Ausführungsform einer Batterie 30 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Batterie 30 weist drei Batteriezellen 31-33 auf: eine erste Batteriezelle 31, eine zweite Batteriezelle 32 und eine dritte Batteriezelle 33. An jeder der Batteriezellen 31-33 ist jeweils eine Temperaturvorrichtung 41-43 und jeweils ein Temperatursensor 51-53 angeordnet. Die Temperaturvorrichtung 41-43 repräsentiert hierbei sowohl ein Heizelement als auch ein Kühlelement, die getrennt voneinander an einer Batteriezelle 31-33 angeordnet sein können. Die Batterie 30 weist ferner eine Steuerungseinheit 34 auf, die mit den Temperiervorrichtungen 41-43 und den Temperatursensoren 51-53 elektrisch gekoppelt ist. Die Steuerungseinheit 34 kann ein Teil des Batteriemanagementsystems und auf der entsprechenden Platine oder auf dem entsprechenden Logikbaustein implementiert sein.In 3 is a highly simplified embodiment of a battery 30 illustrated in accordance with the present invention. The battery 30 has three battery cells 31 - 33 on: a first battery cell 31 , a second battery cell 32 and a third battery cell 33 , At each of the battery cells 31 - 33 each is a temperature device 41 - 43 and one temperature sensor each 51 - 53 arranged. The temperature device 41 - 43 in this case represents both a heating element and a cooling element, which are separated from each other on a battery cell 31 - 33 can be arranged. The battery 30 also has a control unit 34 on top of that with the tempering devices 41 - 43 and the temperature sensors 51 - 53 is electrically coupled. The control unit 34 a part of the battery management system and on the corresponding board or on the corresponding logic device can be implemented.

Mittels des Temperatursensors 51-53 kann die Temperatur jeder Batteriezelle 31-33 ermittelt werden. Die ermittelten Temperaturwerte werden an die Steuerungseinheit 34 übermittelt. Die Steuerungseinheit kann die Temperiervorrichtungen 41-43 ansteuern und so eine Temperaturanpassung herbeiführen. Folglich stellt die Steuerungseinheit 34 zusammen mit einer Temperiervorrichtung 41-43 und der Steuerungseinheit 34 bezüglich der entsprechenden Batteriezelle 31-33 einen Regelkreis dar.By means of the temperature sensor 51 - 53 can the temperature of each battery cell 31 - 33 be determined. The determined temperature values are sent to the control unit 34 transmitted. The control unit may be the tempering devices 41 - 43 control and thus bring about a temperature adjustment. Consequently, the control unit 34 together with a tempering device 41 - 43 and the control unit 34 with respect to the corresponding battery cell 31 - 33 a control loop.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • US 6958197 [0004]US 6958197 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Temperieren einer Batterie mit mindestens zwei Batterieeinheiten, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln einer Temperatur der ersten Batterieeinheit; Ermitteln einer Temperatur der zweiten Batterieeinheit; Temperieren der ersten Batterieeinheit und/oder der zweiten Batterieeinheit, so dass die erste Batterieeinheit und die zweite Batterieeinheit eine im Wesentlichen gleiche Temperatur aufweisen.A method of tempering a battery having at least two battery units, the method comprising: Determining a temperature of the first battery unit; Determining a temperature of the second battery unit; Tempering the first battery unit and / or the second battery unit, so that the first battery unit and the second battery unit have a substantially same temperature. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Batterieeinheit und die zweite Batterieeinheit jeweils mindestens eine Batteriezelle aufweisen.Method according to Claim 1 wherein the first battery unit and the second battery unit each comprise at least one battery cell. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei es sich bei der die erste Batterieeinheit und bei der zweiten Batterieeinheit jeweils um ein Batteriemodul handelt.Method according to Claim 2 wherein each of the first battery unit and the second battery unit is a battery module. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Temperieren der Batterie die Temperatur mindestens einer der Batterieeinheiten mittels einer an dieser Batterieeinheit angebrachten Temperiervorrichtung angepasst wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , Wherein the temperature of the battery, the temperature of at least one of the battery units is adjusted by means of a temperature control device attached to this battery unit. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Temperiervorrichtung ein Heizelement und/oder ein Kühlelement aufweist.Method according to Claim 4 , Wherein the temperature control device has a heating element and / or a cooling element. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei beim Temperieren der Batterie die Ladung der Batterieeinheiten nicht verändert wird.Method according to Claim 4 or 5 , wherein the temperature of the battery, the charge of the battery units is not changed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei der Batterie um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handelt und das Temperieren der Batterie während des Betriebes des Elektrofahrzeugs ausgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 6 in which the battery is a traction battery of an electric vehicle and the temperature control of the battery is performed during the operation of the electric vehicle. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Temperieren der Batterie während eines Ladevorgangs der Batterie an einer externen Stromquelle ausgeführt wird.Method according to Claim 7 wherein the temperature of the battery during a charging of the battery is performed on an external power source. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei das Temperieren der Batterie vor Inbetriebnahme des Elektrofahrzeugs ausgeführt wird.Method according to Claim 7 or 8th in which the temperature control of the battery is carried out before the electric vehicle is put into operation. Batterie, aufweisend: mindestens zwei Batterieeinheiten, wobei mindestens eine Batterieeinheit eine Temperiervorrichtung und einen Temperatursensor aufweist; eine Steuerungseinheit, welche eingerichtet ist das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.Battery, comprising: at least two battery units, wherein at least one battery unit has a temperature control device and a temperature sensor; a control unit which is set up the method according to one of Claims 1 to 9 perform.
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