DE102018201153B3 - System for storing electrical energy - Google Patents

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DE102018201153B3 DE102018201153.2A DE102018201153A DE102018201153B3 DE 102018201153 B3 DE102018201153 B3 DE 102018201153B3 DE 102018201153 A DE102018201153 A DE 102018201153A DE 102018201153 B3 DE102018201153 B3 DE 102018201153B3
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Barbara Schricker
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) zur Speicherung elektrischer Energie, das einen elektrochemischen Speicher (10) sowie Mittel zum Ermitteln aktueller Parameter umfassend Lagerungsbedingungen und/oder aktuelle Betriebsbedingungen aufweist. Das System weist ferner Speichermittel (30) auf, in welchen Informationen über den Einfluss von Lagerungsbedingungen auf eine kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers und/oder Informationen über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf eine zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers hinterlegt sind, sowie einen Prozessor (10), an den die aktuellen Parameter übertragen werden und der Mittel aufweist zum Ermitteln des Beitrags der aktuellen Parameter zur Alterung des elektrochemischen Speichers anhand entsprechender aus den Speichermitteln abgerufener Informationen.The present invention relates to a system (100) for storing electrical energy, comprising an electrochemical store (10) and means for determining current parameters including storage conditions and / or current operating conditions. The system further has storage means (30) in which information about the influence of storage conditions on a calendar aging of the electrochemical store and / or information about the influence of operating conditions on a cyclic aging of the electrochemical store are stored, and a processor (10). to which the current parameters are transmitted and which comprises means for determining the contribution of the current parameters to the aging of the electrochemical storage by means of corresponding information retrieved from the storage means.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes System zur Speicherung elektrischer Energie.The present invention relates to an improved system for storing electrical energy.

Elektrische Energie wird in zunehmendem Maße aus erneuerbaren, aber nicht ständig in gleichem Maße zur Verfügung stehenden Energieformen wie Sonnenenergie oder Windenergie gewonnen. Ein zentrales Problem in diesem Zusammenhang besteht in der Speicherung elektrischer Energie.Electrical energy is increasingly being generated from renewable but not always equally available forms of energy such as solar or wind energy. A central problem in this context is the storage of electrical energy.

Eine wichtige Gruppe von Speichern sind die elektrochemischen Speicher, für die eine große und ständig wachsende Anzahl an Lösungsansätzen existiert.An important group of memories are the electrochemical memories, for which a large and ever-increasing number of approaches exist.

Bekannte elektrochemische Speicher unterliegen Alterungsprozessen, beispielsweise kalendarischer Alterung und zyklischer Alterung. Die Lebensdauer elektrochemischer Energiespeicher hängt dabei oft sehr stark von den Bedingungen ab, unter denen sie gelagert oder betrieben werden.Known electrochemical stores are subject to aging processes, for example calendar aging and cyclic aging. The lifetime of electrochemical energy storage often depends very much on the conditions under which they are stored or operated.

US 2017/0092996 A1 offenbart ein System mit einer Regelschleife, welche eine Komponente mit variablen Betriebsmodi, z.B. ein Display oder einen (Haupt)Prozessor eines Mobilgeräts, in Abhängigkeit vom Vergleich eines ermittelten akkumulierten Stresslevels der Batterie mit einem Erwartungswert des Stresslevels regelt. US 2017/0092996 A1 discloses a system with a control loop that controls a component with variable operating modes, eg, a display or (mobile) processor, depending on the comparison of a determined accumulated stress level of the battery with an expectation of the stress level.

US 2010/0036628 A1 , EP 1450173 A2 sowie DE 102014118824 A1 offenbarten Systeme mit Mitteln zur Anzeige eines aktuellen Verschleiß- oder Abnutzungsgrades einer Batterie oder vergleichbarer oder daraus abgeleiteter Informationen. US 2010/0036628 A1 . EP 1450173 A2 such as DE 102014118824 A1 disclosed systems with means for indicating a current level of wear or tear of a battery or similar or derived information.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System zur Speicherung elektrischer Energie anzugeben, das insbesondere eine Optimierung der Lebensdauer des elektrochemischen Speichers ermöglicht.The present invention has for its object to provide an improved system for storing electrical energy, which allows in particular an optimization of the life of the electrochemical storage.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System zur Speicherung elektrischer Energie, das einen elektrochemischen Speicher sowie Mittel zum Ermitteln aktueller Parameter umfassend Lagerungsbedingungen und/oder aktuelle Betriebsbedingungen aufweist. Das System weist ferner Speichermittel auf, in welchen Informationen über den Einfluss von Lagerungsbedingungen auf eine kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers und/oder Informationen über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf eine zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers hinterlegt sind, sowie einen Prozessor, an den die aktuellen Parameter übertragen werden und der Mittel aufweist zum Ermitteln des Beitrags der aktuellen Parameter zur Alterung des elektrochemischen Speichers anhand entsprechender aus den Speichermitteln abgerufener Informationen. Erfindungsgemäß weist das System eine Anzeige auf, welche vom Prozessor so angesteuert wird, dass die Anzeige den Einfluss der aktuellen Parameter auf die Alterung anzeigt, und zwar als Stress-Level, der aus dem Einfluss der aktuellen Parameter auf die Alterung ermittelt wird, wobei einer von zumindest zwei Stress-Levels, niedrig oder hoch, angezeigt wird. Der niedrige Stress-Level zeigt einem Nutzer an, dass die aktuellen Parameter eine erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich nicht verringern oder die Lebensdauer voraussichtlich erhöhen. Der hohe Stress-Level hingegen zeigt einem Nutzer an, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich verringern.This object is achieved by a system for storing electrical energy, which has an electrochemical storage and means for determining current parameters including storage conditions and / or current operating conditions. The system further comprises storage means in which information about the influence of storage conditions on a calendar aging of the electrochemical store and / or information on the influence of operating conditions on a cyclic aging of the electrochemical storage are stored, and a processor to which the current parameters be transmitted and the means for determining the contribution of the current parameters for aging of the electrochemical storage using appropriate retrieved from the storage means information. According to the invention, the system has a display, which is controlled by the processor so that the display indicates the influence of the current parameters on the aging, as a stress level, which is determined from the influence of the current parameters on aging, with a of at least two stress levels, low or high. The low stress level indicates to a user that the current parameters are not expected to decrease expected life of the electrochemical store or to increase the life expectancy. The high level of stress, on the other hand, indicates to a user that the current parameters are likely to decrease the expected lifetime of the electrochemical store.

In einer Weiterbildung erfolgt eine Unterteilung in zumindest drei Stress-Levels, niedrig, mittel oder hoch. Der zusätzliche mittlere Stress-Level zeigt einem Nutzer an, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich nicht beeinflussen.In a further development, a subdivision into at least three stress levels, low, medium or high takes place. The additional mean stress level indicates to a user that the current parameters are not expected to affect the expected lifetime of the electrochemical store.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen umfassen eine Unterteilung der Stress-Level oder deren Anzeige in fünf Stufen: sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch und sehr hoch. Ein sehr niedriger Stress-Level zeigt dabei an, dass die aktuellen Parameter die Lebensdauer des elektrochemischen Speichers sicher verlängern. Ein sehr hoher Stress-Level zeigt an, dass die aktuellen Parameter die Lebensdauer des elektrochemischen Speichers sicher verkürzen.Other advantageous embodiments include subdivision of the stress levels or their display in five levels: very low, low, medium, high and very high. A very low stress level indicates that the current parameters extend the lifetime of the electrochemical storage safely. A very high stress level indicates that the current parameters will certainly shorten the life of the electrochemical storage.

Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes System in hohen Stückzahlen produziert und in privaten Haushalten eingesetzt. In einer entsprechenden Ausgestaltung werden die Stress-Levels mittels farbiger Leuchtelemente angezeigt. Derartige Leuchtelemente können, beispielsweise als LED, äußerst kostengünstig und langlebig und gleichzeitig unauffällig für eine optimale optische Integration des Systems in einem privaten Haushalt realisiert werden. Gleichermaßen erlauben farbige Leuchtanzeigen in grün (oder weiß) für niedrige oder normale Stress-Level und rot (ggf. blinkend) für hohe Stress-Level eine einfache und für den Besitzer, oftmals ein Laie, ohne weiteres verständliche Darstellung. Der Besitzer kann dann entsprechende Maßnahmen ergreifen, beispielsweise Änderung des Nutzungsverhaltens oder Beschaffung eines weiteren oder leistungsfähigeren Systems, falls das vorhandene System überwiegend im hohen Stress-Level arbeitet.Preferably, an inventive system is produced in large quantities and used in private households. In a corresponding embodiment, the stress levels are displayed by means of colored lighting elements. Such lighting elements can, for example, as LED, extremely inexpensive and durable and at the same time inconspicuous for optimum optical integration of the system in a private household can be realized. Similarly, colored light indicators in green (or white) for low or normal levels of stress and red (possibly flashing) for high levels of stress allow a simple and easy-to-understand representation for the owner, often a layman. The owner can then take appropriate action, such as changing user behavior or procuring another or more powerful system, if the existing system operates predominantly at high stress levels.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Prozessor Mittel zum Beeinflussen der aktuellen Parameter auf, wobei die Beeinflussung der Erreichung von Parametern dient, deren Beitrag zur Alterung geringer ist als der der aktuellen Parameter. Beispielsweise kann der Stress-Level hoch sein, weil der elektrochemische Speicher in einen Tiefentladungszustand eintritt. Um dies zu verhindern kann der Prozessor eine Ladung des Speichers auf einen unkritischen Zustand veranlassen. In einem anderen Beispiel kann der Stress-Level hoch sein, weil die Betriebstemperatur einen bestimmten Wert überschritten hat. Um eine Verringerung der Lebensdauer zu verhindern kann der Prozessor die abgegebene Leistung verringern, das System komplett abschalten oder eine Kühlvorrichtung aktivieren. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Stress-Level in erster Linie auf die Alterung des Speichers bezieht und nicht auf den sicheren Betrieb desselben. D.h. der Betrieb mit hohem Stress-Level ist in der Regel dauerhaft und ohne Sicherheitsrisiko möglich, wird aber mit hoher Wahrscheinlichkeit negative Auswirkungen auf die Lebensdauer des Speichers haben.In a preferred embodiment, the processor has means for influencing the current parameters, the influencing serving to achieve parameters whose contribution to aging is less than that of the current parameters. For example, the stress level may be high because the electrochemical storage enters a deep discharge state. To prevent this, the processor may cause a charge of the memory to an uncritical state. In another example, the stress level may be high because the operating temperature has exceeded a certain value. To reduce the lifetime, the processor can reduce power output, shut down the system completely, or activate a cooling device. It should be noted that the stress level is primarily related to the aging of the memory and not to its safe operation. This means that operation at a high stress level is usually possible permanently and without security risk, but it is highly likely to have negative effects on the life of the storage.

Der Prozessor kann vorteilhaft mit Mitteln zur Kommunikation mit einem externen System ausgestattet sein. Über diese Kommunikationsmittel können beispielsweise die in den Speichermitteln hinterlegten Informationen über den Einfluss von Lagerungsbedingungen auf die kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers und/oder die Informationen über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf die zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers aktualisiert werden.The processor may advantageously be equipped with means for communicating with an external system. By means of this communication means, for example, the information stored in the storage means about the influence of storage conditions on the calendar aging of the electrochemical store and / or the information about the influence of operating conditions on the cyclic aging of the electrochemical store can be updated.

Ferner können die Kommunikationsmittel dafür genutzt werden, den ermittelten Beitrag der aktuellen Parameter zur Alterung an eine zentrale Steuerung zu senden sowie von dort Steuerinformationen zu empfangen, die der Beeinflussung der aktuellen Parameter dienen. Dies ist beispielsweise nützlich, wenn mehrere in einem Haushalt (oder allgemeiner in einem bestimmten geographischen oder organisatorischen Zusammenhang) angeordnete Systeme betrieben werden, bei denen eine allein auf das einzelne System bezogene Steuerung der Parameter durch den lokalen Prozessor jeweiligen des Systems nicht ausreicht. Ferner ist es möglich, zwei oder mehr erfindungsgemäße Systeme zur Speicherung elektrischer Energie zu koppeln und diese, ohne eine übergeordnete Steuerung, in einer Master/Slave-Konfiguration zu betreiben, bei der einer der Prozessoren dann Aufgaben wie Lastverteilung und Parameteroptimierung übernimmt.Furthermore, the communication means can be used to send the determined contribution of the current parameters for aging to a central controller and to receive therefrom control information which serves to influence the current parameters. This is useful, for example, when operating multiple systems within a household (or more generally in a particular geographic or organizational context) where single system-only control of the parameters by the local processor of each system is insufficient. Furthermore, it is possible to couple two or more systems according to the invention for storing electrical energy and to operate them without a higher-level controller in a master / slave configuration in which one of the processors then assumes tasks such as load distribution and parameter optimization.

Die in den Speichermitteln hinterlegten Informationen über den Einfluss der Lagerungsbedingungen auf die kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers und/oder die Informationen über den Einfluss der Betriebsbedingungen auf die zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers können beispielsweise Informationen zu den chemischen Eigenschaften des Energiespeichers umfassen. Energiespeicher basierend auf unterschiedlicher Chemie werden unterschiedlich von Betriebs- und/oder Lagerungsbedingungen wie Temperaturen oder Lade/Entladeströmen beeinflusst. Die kalendarische Alterung der Energiespeicher beispielsweise hängt hauptsächlich von der Chemie, der Temperatur und dem Ladezustand ab. Die zyklische Alterung ist in der Regel abhängig von der Chemie, der Temperatur, dem mittleren Ladezustand, der Leistung, mit der Speicher geladen und entladen wird, der Entladetiefe sowie der oberen und unteren Spannungsgrenze und deren Kreuzkorrelationen.The information stored in the storage means on the influence of the storage conditions on the calendar aging of the electrochemical storage and / or the information on the influence of the operating conditions on the cyclic aging of the electrochemical storage, for example, information on the chemical properties of the energy storage include. Energy storage based on different chemistry are influenced differently by operating and / or storage conditions such as temperatures or charge / discharge currents. The calendar aging of the energy storage, for example, depends mainly on the chemistry, the temperature and the state of charge. Cyclic aging is usually dependent on chemistry, temperature, average state of charge, power used to charge and discharge storage, depth of discharge, and upper and lower voltage limits and their cross-correlations.

Durch die (nach Installation meist unveränderliche) Dimensionierung des Energiespeichers und eine (nach Installation im laufenden Betrieb) geeignete Wahl der Betriebsparameter durch den Prozessor lässt sich die Lebensdauer des Energiespeichers deutlich beeinflussen.Due to the (usually invariable after installation) dimensioning of the energy storage and a (after installation during operation) suitable choice of operating parameters by the processor, the life of the energy storage can be significantly influenced.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine elektrische Haushaltsanlage umfassend ein erfindungsgemäßes System zur Speicherung elektrischer Energie.The present invention also relates to a household electrical system comprising an inventive system for storing electrical energy.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von drei Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Speicherung elektrischer Energie;
  • 2 eine Darstellung der Abhängigkeit des Stress-Levels von Ladezustand und Temperatur; und
  • 3 eine Darstellung der Abhängigkeit des Stress-Levels von Entladetiefe und der C-Rate.
Embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to three drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention for storing electrical energy;
  • 2 a representation of the dependence of the stress level of state of charge and temperature; and
  • 3 a representation of the dependence of the stress level of depth of discharge and the C-rate.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur Speicherung elektrischer Energie. Dieses weist einen elektrochemischen Speicher 10, einen Prozessor 20, Speichermittel 30 sowie eine Anzeige 40 auf. Es sei darauf hingewiesen, dass „ein/eine/einer“ in diesem Zusammenhang wie üblich der unbestimmter Artikel und keine Mengenangabe ist. Ein erfindungsgemäßes System kann entsprechend einen oder mehrere elektrochemische Speicher, einen oder mehrere Prozessoren usw. aufweisen. 1 shows an embodiment of a system according to the invention for storing electrical energy. This has an electrochemical storage 10 , a processor 20 , Storage means 30 and an ad 40 on. It should be noted that "a" in this context, as usual, the indefinite article and no quantity. A system according to the invention may accordingly comprise one or more electrochemical stores, one or more processors, and the like.

Ferner weist das System Mittel zum Ermitteln aktueller Parameter umfassend Lagerungsbedingungen und/oder aktuelle Betriebsbedingungen auf (nicht dargestellt), beispielsweise Sensoren oder Berechnungsmittel zur Ermittlung von Temperatur, Ladezustand, Lade/Entladestrom und dessen zeitlichen Verlaufs, Zahl und Dauer der Lade/Entladevorgänge, Zahl der Tiefentladevorgänge usw.Furthermore, the system comprises means for determining current parameters including storage conditions and / or current operating conditions (not shown), for example sensors or calculation means for determining temperature, state of charge, charge / discharge current and its time course, number and duration of the charge / discharge processes, number deep discharging etc.

In den Speichermitteln 30 sind, wie bereits erläutert, Informationen über den Einfluss von Lagerungsbedingungen auf eine kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers und/oder Informationen über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf eine zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers hinterlegt.In the storage media 30 are, as already explained, information about the influence of storage conditions on calendar aging of the electrochemical storage and / or information on the influence of operating conditions on a cyclic aging of the electrochemical storage deposited.

Die aktuellen Parameter werden an den Prozessor 20 übertragen. Prozessor 20 ist so ausgestaltet, beispielsweise programmiert, dass aus diesen aktuellen Parametern ein Beitrag zur Alterung des elektrochemischen Speichers anhand entsprechender, aus den Speichermitteln 30 abgerufener Informationen bestimmt werden kann.The current parameters are sent to the processor 20 transfer. processor 20 is configured, programmed, for example, that from these current parameters, a contribution to the aging of the electrochemical storage using appropriate, from the storage means 30 retrieved information can be determined.

In Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird nur die kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll bzw. ausreichend, wenn eine Ladeelektronik (nicht dargestellt) sicherstellt, dass die Ladung/Entladung stets gemäß bestimmter Vorgaben verläuft und die ggf. auftretenden Abweichungen keine nennenswerten Auswirkungen auf die durch den Betrieb hervorgerufene Alterung haben. Ähnliches gilt für Speichersysteme, die allein als Reserve- oder Notfallsysteme vorgehalten werden und nur selten komplette Lade/Entladezyklen durchlaufen, im Fall der Fälle aber funktionsfähig sein müssen.In embodiments of the present invention, only the calendar aging of the electrochemical store is considered. This is particularly useful or sufficient if a charging electronics (not shown) ensures that the charge / discharge always runs according to certain specifications and that any deviations that may occur have no appreciable effect on the aging caused by the operation. The same applies to storage systems, which are kept alone as reserve or emergency systems and rarely undergo complete charge / discharge cycles, but in case of cases must be functional.

In anderen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wird nur die durch den laufenden Betrieb verursachte Alterung des elektrochemischen Speichers berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll bzw. ausreichend, wenn die Zahl der Ladezyklen, für die der Speicher ausgelegt ist, in so kurzer Zeit erreicht wird, dass die kalendarische Alterung und/oder die Zeiträume, in denen der elektrochemische Speicher nicht geladen oder entladen wird, bezogen auf die durch Dauerbetrieb hervorgerufene hohe zyklische Alterung vernachlässigbar ist.In other embodiments of the present invention, only the aging of the electrochemical store caused by ongoing operation is considered. This is particularly useful or sufficient if the number of charge cycles for which the store is designed is achieved in such a short time that the calendar aging and / or the periods in which the electrochemical store is not charged or discharged, is negligible relative to the high cyclic aging caused by continuous operation.

In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden beide Formen der Alterung berücksichtigt, indem entsprechende aktuelle Parameter ermittelt und vom Prozessor anhand der aus den Speichermitteln abgerufenen Informationen als (voraussichtlicher) Beitrag zur Alterung des elektrochemischen Speichers bewertet werden.In preferred embodiments of the present invention, both forms of aging are taken into account by determining corresponding actual parameters and evaluating them by the processor on the basis of the information retrieved from the storage means as a (probable) contribution to the aging of the electrochemical store.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ermittelt der Prozessor einen Wert für einen Stress-Level, beispielsweise in Form eines Prozentwertes oder eines auf einen bestimmten Wertebereich, beispielsweise 1 bis 3 oder 1 bis 5, normierten Ausgabewertes.In an advantageous embodiment, the processor determines a value for a stress level, for example in the form of a percentage value or an output value standardized to a specific value range, for example 1 to 3 or 1 to 5.

Dieser Stress-Level kann dann mittels einer Anzeige 40 einem Nutzer oder Besitzer des Systems 100 angezeigt werden, beispielsweise als Prozentwert oder in Form von Leuchtelementen, die abhängig vom Ausgabewert aktiviert oder deaktiviert sind. Ein grün (oder weiß) leuchtendes Leuchtelement kann dabei einen niedrigen oder normalen Stress-Level anzeigen. Ein rot (ggf. blinkend) leuchtendes Leuchtelement kann einen hohen Stress-Level anzeigen. Derartige Anzeigen sind kostengünstig realisierbar und insbesondere für den Laien ohne weiteres verständlich.This stress level can then be displayed by means of an ad 40 a user or owner of the system 100 displayed as a percentage or in the form of lighting elements that are activated or deactivated depending on the output value. A green (or white) luminous element can indicate a low or normal stress level. A red (possibly flashing) luminous element can indicate a high level of stress. Such displays are inexpensive to implement and especially for the layman readily understandable.

In bevorzugten Ausführungsbeispielen werden angezeigt:

  • - der Prozentwert des Stress-Levels, z.B. mittels einer 2 1/2-stelligen Segmentanzeige;
  • - einer von zwei Zuständen für den Stress-Level: niedrig bzw. normal oder hoch;
  • - einer von drei Zuständen für den Stress-Level: niedrig = 1, normal = 2 oder hoch = 3;
  • - einer von fünf Zuständen für den Stress-Level: sehr niedrig = 1, niedrig = 2, normal = 3, hoch = 4, sehr hoch = 5.
In preferred embodiments, the following are displayed:
  • - the percentage of the stress level, eg by means of a 2 1/2-digit segment display;
  • - one of two conditions for the stress level: low or normal or high;
  • one of three conditions for the stress level: low = 1, normal = 2 or high = 3;
  • - one of five states for the stress level: very low = 1, low = 2, normal = 3, high = 4, very high = 5.

Wie bereits erläutert kann die Anzeige so skaliert werden, dass die Anzeige eines niedrigen Stress-Levels bedeutet, dass die aktuellen Parameter eine erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich erhöhen. Mit Erhöhung oder Verlängerung der Lebensdauer ist gemeint, dass durch die aktuellen Parameter die Alterung des elektrochemischen Speichers 10 langsamer oder weniger voranschreitet bei der Festlegung der Lebensdauer basierend auf einer durchschnittlichen Nutzung des elektrochemischen Speichers angenommen.As explained earlier, the display can be scaled so that the display of a low stress level means that the current parameters are likely to increase the expected lifetime of the electrochemical store. By increasing or extending the lifetime is meant that by the current parameters the aging of the electrochemical storage 10 slower or less advanced in determining the lifetime based on average usage of the electrochemical store assumed.

Die Anzeige des normalen bzw. mittleren Stress-Levels bedeutet dann, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich nicht beeinflussen. Die Anzeige des hohen Stress-Levels bedeutet dann, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich verringern.The display of the normal or mean stress level then means that the current parameters are unlikely to affect the expected lifetime of the electrochemical store. The indication of the high stress level then means that the current parameters are likely to decrease the expected life of the electrochemical store.

Zusätzlich können die Zustände sehr niedrig und sehr hoch angezeigt werden. Ein sehr niedriger Stress-Level zeigt dabei an, dass die aktuellen Parameter die Lebensdauer des elektrochemischen Speichers sicher verlängern. Ein sehr hoher Stress-Level zeigt an, dass die aktuellen Parameter die Lebensdauer des elektrochemischen Speichers sicher verkürzen.In addition, the states can be displayed very low and very high. A very low stress level indicates that the current parameters extend the lifetime of the electrochemical storage safely. A very high stress level indicates that the current parameters will certainly shorten the life of the electrochemical storage.

Die Zusammenhänge zwischen den aktuellen Parametern umfassend aktuelle Lagerungsbedingungen und/oder aktuelle Betriebsbedingungen einerseits und deren Beitrag zur Alterung andererseits können in den Speichermitteln 30 in Form von Bewertungsmatrizen hinterlegt sein.The relationships between the current parameters, including current storage conditions and / or current operating conditions on the one hand, and their contribution to aging, on the other hand, can be stored in the storage means 30 be deposited in the form of evaluation matrices.

In 2 ist ein erstes Beispiel einer solchen Bewertungsmatrix graphisch dargestellt. Die in 2 dargestellte Matrix zeigt den Einfluss des Ladezustands SOC (= State Of Charge) und der Temperatur auf die kalendarische Alterung eines elektrochemischen Energiespeichers für eine beispielhafte Lithium-Ionen-Batterie für den Temperaturbereich zwischen 20°C und 60°C. Sind die aktuellen Parameter Temperatur = 60°C und SOC = 1 ist der Beitrag zur Alterung hoch und der Stress-Level (hier skaliert auf den Wertebereich 1 bis 3) beträgt 3. Ein Absenken der Temperatur oder eine Verringerung des Ladezustandes führen in diesem Fall zu einer Verringerung des Stress-Levels und werden entweder vom Nutzer oder in bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung durch den Prozessor oder eine übergeordnete Steuerung veranlasst. In 2 a first example of such an evaluation matrix is shown graphically. In the 2 The matrix shown shows the influence of the state of charge (SOC) and the temperature on the calendar aging of an electrochemical energy store for an exemplary lithium-ion battery for the temperature range between 20 ° C and 60 ° C. If the current parameters temperature = 60 ° C and SOC = 1, the contribution to aging is high and the stress level (scaled here to the value range 1 to 3 3. Lowering the temperature or decreasing the state of charge in this case results in a reduction of the stress level and is caused either by the user or in preferred embodiments of the present invention by the processor or a higher level controller.

In 3 ist ein zweites Beispiel einer Bewertungsmatrix graphisch dargestellt. Die in 3 dargestellte Matrix beschreibt den Einfluss der Entladetiefe DOD (= Depth of Discharge) und der C-Rate auf die zyklische Alterung eines elektrochemischen Energiespeichers für eine beispielhafte Lithium-Ionen-Batterie bei 25°C Umgebungstemperatur und einem durchschnittlichem Ladezustand von 50%. Die C-Rate ist ein Maß für die Leistung, mit der eine Batterie geladen oder entladen wird und wie folgt definiert: bei 1C wird die Batterie in einer Stunde vollständig ge/entladen, bei 2C in einer halben Stunde und bei 0,5C in zwei Stunden.In 3 A second example of an evaluation matrix is shown graphically. In the 3 The illustrated matrix describes the influence of depth of discharge (DOD) and C rate on cyclic aging of an electrochemical energy store for an exemplary lithium-ion battery at 25 ° C ambient temperature and 50% average state of charge. The C rate is a measure of the power used to charge or discharge a battery and is defined as follows: at 1C, the battery is fully discharged in one hour, at 2C in half an hour and at 0.5C in two hours.

Sind im Beispiel der 3 die aktuellen Parameter C-Rate = 1 und DOC = 0 (d.h. der elektrische Energiespeicher ist vollständig geladen und wird mit 1C entladen), ist der Beitrag zur Alterung gering und der Stress-Level ist niedrig und (hier wiederum skaliert auf den Wertebereich 1 bis 3) beträgt 1. Sind die Parameter hingegen C-Rate = 2 und DOC nahe 1 (d.h. der elektrische Energiespeicher ist weitgehend entladen und wird weiterhin mit 1C entladen), ist der Beitrag zur Alterung höher und der Stress-Level beträgt ca. 1,4.Are in the example of the 3 the current parameters C-rate = 1 and DOC = 0 (ie the electrical energy storage is fully charged and discharged at 1C), the contribution to aging is low and the stress level is low and (again scaled to the range of values) 1 to 3 ) is 1 , On the other hand, the parameters are close to C-rate = 2 and DOC 1 (ie the electrical energy storage is largely discharged and continues to be discharged with 1C), the contribution to aging is higher and the stress level is about 1.4.

Allgemeiner formuliert führen im Beispiel der 3 eine Verringerung der Entladetiefe und/oder eine Verringerung der Entladeleistung (C-Rate) zu einer Verringerung des Stress-Levels.More general formulated lead in the example of 3 a reduction of the depth of discharge and / or a reduction of the discharge capacity (C-rate) to a reduction of the stress level.

Es sei darauf hingewiesen, dass 2 und 3 nur ausgewählte Beispiele der kalendarischen und zyklischen Alterung eines Energiespeichers enthalten. Für bestimmte Energiespeicher kann es beispielsweise erforderlich sein, zur vollständigen Beschreibung der kalendarischen Alterung die in 2 dargestellte Matrix um weitere Dimensionen zu erweitern, beispielsweise um den Einfluss der Spannungsobergrenze oder die Anzahl der vorangegangenen Lade/Entladevorgänge mit hoher C-Rate.It should be noted that 2 and 3 contain only selected examples of the calendar and cyclic aging of an energy store. For certain energy storage, it may be necessary, for example, for a complete description of the calendar aging in 2 displayed matrix to expand further dimensions, for example, the influence of the upper voltage limit or the number of previous high-rate charge / discharge processes.

Mittels der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft möglich, die aktuellen Parameter so zu beeinflussen, dass bei gleicher oder zumindest für ausreichender Systemleistung die Lebensdauer des Energiespeichers verlängert wird, indem insbesondere kritische Betriebszustände, d.h. Betriebszustände mit hohem Stress-Level, über längere Zeiträume vermieden werden. Entsprechend können Wartungskosten für Energiespeicher reduziert werden, weil sich deren Lebensdauer nicht unnötig verkürzt.By means of the present invention, it is advantageously possible to influence the current parameters in such a way that, given the same or at least sufficient system power, the service life of the energy store is extended by, in particular, critical operating states, i. Operating states with a high stress level should be avoided over longer periods of time. Accordingly, maintenance costs for energy storage can be reduced because their life is not unnecessarily shortened.

Die vorliegende Erfindung kann auch genutzt werden, um gezielt bestimmte Betriebszustände zu vermeiden, z.B. solche, bei denen sich der Energiespeicher stark erwärmt, so dass Peripheriegeräte wie beispielsweise Kühlkomponenten entfallen oder kleiner dimensioniert werden können.The present invention can also be used to selectively avoid certain operating conditions, e.g. those in which the energy storage heats up so that peripheral devices such as cooling components can be omitted or dimensioned smaller.

In vorteilhaften Ausgestaltungen ist das System 100 über eine Datenverbindung (gestrichelt dargestellt) mit einem externen System temporär oder dauerhaft verbunden. Über diese Datenverbindung kann, wie bereits erläutert, Einfluss auf den lokalen Prozessor genommen werden, beispielsweise um das Verhalten des Systems 100 an ein übergeordnetes System anzupassen. Die Datenverbindung kann auch genutzt werden, um die gespeicherten Matrizen und sonstige Daten des Systems 100 zu aktualisieren.In advantageous embodiments, the system 100 via a data connection (shown in dashed lines) temporarily or permanently connected to an external system. As already explained, this data connection can influence the local processor, for example the behavior of the system 100 to adapt to a higher-level system. The data connection can also be used to store the stored matrices and other data of the system 100 to update.

In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, den Energiespeicher dauerhaft in Betriebszuständen zu betreiben, für die die Vorhersage der Lebensdauer zuverlässig erfolgen kann. Betriebszustände, deren Auswirkungen auf die Lebensdauer schwer oder gar nicht vorhersagbar sind oder die gar Auswirkungen auf die Betriebssicherheit haben, können vermieden werden. Durch die damit verbesserte Qualität der Lebensdauervorhersage ist es möglich, die Zuverlässigkeit eines übergeordneten Systems umfassend mehrere erfindungsgemäße Systeme erheblich zu steigern und Wartung und Austausch eines erfindungsgemäßen Systems optimal zu planen.In embodiments of the present invention, it is also possible to operate the energy storage permanently in operating states for which the prediction of the lifetime can be reliably. Operating conditions whose effects on the service life are difficult or impossible to predict or which even have an impact on operational safety can be avoided. By thus improving the quality of the life prediction, it is possible to significantly increase the reliability of a higher-level system comprising several systems according to the invention and optimally plan maintenance and replacement of a system according to the invention.

Der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“, wie hier verwendet, umfasst Prozessoren und Verarbeitungseinheiten im weitesten Sinne, also beispielsweise Universalprozessoren, Grafikprozessoren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und beliebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungseinheiten. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung von Instruktionen konfiguriert sein.The term "processor" or "controller" as used herein includes processors and processing units in the broadest sense, such as general purpose processors, graphics processors, digital signal processors, application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic circuits such as FPGAs, discrete analog or digital circuits, and any Combinations thereof, including any other processing units known to those skilled in the art or developed in the future. Processors can consist of one or more devices. If a processor consists of several devices, these can be configured for parallel or sequential processing of instructions.

Die vorstehende Beschreibung stellt nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.The foregoing description represents only the preferred embodiments of the invention and is not intended to serve as a definition of the limits and scope of the invention. All equivalent changes and modifications are within the scope of the appended claims.

Claims (7)

System (100) zur Speicherung elektrischer Energie, das folgendes aufweist: - einen elektrochemischen Speicher (10); - Mittel zum Ermitteln aktueller Parameter umfassend Lagerungsbedingungen und/oder aktuelle Betriebsbedingungen; - Speichermittel (30), in welchen Informationen über den Einfluss von Lagerungsbedingungen auf eine kalendarische Alterung des elektrochemischen Speichers (10) und/oder Informationen über den Einfluss von Betriebsbedingungen auf eine zyklische Alterung des elektrochemischen Speichers (10) hinterlegt sind; - einen Prozessor (20), an den die aktuellen Parameter übertragen werden und der Mittel aufweist zum Ermitteln des Beitrags der aktuellen Parameter zur Alterung des elektrochemischen Speichers (10) anhand entsprechender aus den Speichermitteln (30) abgerufener Informationen; und - eine Anzeige (40), welche vom Prozessor (20) so angesteuert wird, dass die Anzeige den Einfluss der aktuellen Parameter auf die Alterung anzeigt, und zwar als Stress-Level des elektrochemischen Speichers, der aus dem Einfluss der aktuellen Parameter auf die Alterung ermittelt wird, wobei einer von zumindest zwei Stress-Levels, niedrig oder hoch, angezeigt wird und wobei - der niedrige Stress-Level einem Nutzer anzeigt, dass die aktuellen Parameter eine erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich nicht verringern oder erhöhen und wobei - der hohe Stress-Level einem Nutzer anzeigt, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich verringern.An electrical energy storage system (100) comprising: - An electrochemical storage (10); - means for determining current parameters including storage conditions and / or current operating conditions; - Storage means (30) in which information on the influence of storage conditions on a calendar aging of the electrochemical storage (10) and / or information on the influence of operating conditions on a cyclic aging of the electrochemical storage (10) are deposited; - A processor (20) to which the current parameters are transmitted and the means for determining the contribution of the current parameters for aging of the electrochemical memory (10) based on corresponding information retrieved from the memory means (30) information; and - A display (40), which is controlled by the processor (20) so that the display indicates the influence of the current parameters on the aging, as the stress level of the electrochemical storage, the effect of the current parameters on the aging is determined, wherein one of at least two stress levels, low or high, is displayed and wherein the low level of stress indicates to a user that the current parameters are not expected to reduce or increase expected life of the electrochemical store, and the high stress level indicates to a user that the current parameters are likely to decrease the expected lifetime of the electrochemical store. System (100) gemäß Anspruch 1, bei dem zusätzlich ein mittlerer Stress-Level des elektrochemischen Speichers alternativ zu den Stress-Levels niedrig oder hoch angezeigt wird, der aus dem Einfluss der aktuellen Parameter auf die Alterung ermittelt wird, wobei der mittlere Stress-Level einem Nutzer anzeigt, dass die aktuellen Parameter die erwartete Lebensdauer des elektrochemischen Speichers voraussichtlich nicht beeinflussen.System (100) according to Claim 1 in which, in addition, a mean stress level of the electrochemical store is displayed as being low or high as an alternative to the stress levels determined from the impact of the current parameters on aging, wherein the average stress level indicates to a user that the current stress level Parameters are not expected to affect the expected lifetime of the electrochemical store. System (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Stress-Level mittels farbiger Leuchtelemente angezeigt wird.System (100) according to one of the preceding claims, in which the stress level is indicated by means of colored lighting elements. System (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Prozessor Mittel zum Beeinflussen der aktuellen Parameter aufweist, wobei die Beeinflussung der Erreichung von Parametern dient, deren Beitrag zur Alterung geringer ist als der der aktuellen Parameter.System (100) according to one of the preceding claims, whose processor has means for influencing the current parameters, wherein the influencing serves to achieve parameters whose contribution to aging is less than that of the current parameters. System (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Prozessor (20) Mittel zur Kommunikation mit einem externen System aufweist.A system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the processor (20) comprises means for communicating with an external system. System (100) gemäß Anspruch 5, dessen Prozessor (20) Mittel zum Senden des ermittelten Beitrags der aktuellen Parameter zur Alterung sowie Mittel zum Empfang von Steuerinformationen aufweist, wobei die Steuerinformationen zur Beeinflussung der aktuellen Parameter dienen.System (100) according to Claim 5 of which the processor (20) has means for transmitting the determined contribution of the current parameters for aging and means for receiving control information, the control information serving to influence the current parameters. Elektrische Haushaltsanlage umfassend ein System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electric household installation comprising a system according to one of the preceding claims.
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