DE102019003823A1

DE102019003823A1 - Batteriemanagementsystem und Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie

Info

Publication number: DE102019003823A1
Application number: DE102019003823.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Klöpfer; Simon Kolb; Eric Hartmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-03
Also published as: WO2020239577A1; CN113875117A; EP3977587A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers (2) mit einem Ladezustandsbereich (7) wird angegeben. Dabei wird ein Betriebsbereich (8) innerhalb des Ladezustandsbereichs (7) vorgegeben, anhand einer oder mehrerer vorgegebener Alterungsfunktionen (9, 10) werden jeweils eine oder mehrere über eine Betriebsdauer des Energiespeichers (2) kumulierte Alterungskennzahlen (11, 12) mittels einer Steuereinheit (5) bestimmt. Der Betriebsbereich (8) wird abhängig von den Alterungskennzahlen (11, 12) angepasst, und ein Ladezustand des Energiespeichers (2) wird auf den angepassten Betriebsbereich (8', 8") beschränkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie, wobei der Energiespeicher einen Ladezustandsbereich aufweist und ein Betriebsbereich vorgegeben wird, der innerhalb des Ladezustandsbereichs liegt. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Batteriemanagementsystem sowie ein Kraftfahrzeug und ein Computerprogramm.
Akkus beziehungsweise wiederaufladbare Batterien altern durch unterschiedliche physikalische Effekte. Beispielsweise kann ein Elektrolyt in Lithiumionen-Akkus bei hohen Zellspannungen, also insbesondere bei hohen Ladezuständen, und hoher Temperatur verstärkt altern, während beispielsweise ein Kupferableiter an der Anode bei niedrigerer Zellspannung, also bei einem niedrigeren Ladezustand, verstärkt altern kann. In bekannten Batteriemanagementsystemen wird daher ein Betriebsbereich für den Akku fest vorgegeben, so dass gezielt bestimmte Teilbereiche des Ladezustandsbereichs, insbesondere in einer Umgebung der maximalen und der minimalen Ladung, ausgespart werden, um eine übermäßig starke Alterung zu verhindern.
Je nach Nutzerverhalten werden jedoch bestimmte Bereiche des Ladezustandsbereichs des Akkus häufiger und andere Bereiche weniger eingenommen. Daher ist eine feste Vorgabe des Betriebszustandsbereichs notwendigerweise nicht optimal, so dass ein Kompromiss eingegangen werden muss, der verschiedene Nutzerverhalten jeweils höchstens teilweise berücksichtigt, keines jedoch in optimaler Weise. Entlädt der Nutzer den Akku in der Regel nur in geringem Maße bevor er ihn wieder voll auflädt, so befindet sich der Akku hauptsächlich im oberen Teil des Ladezustands- beziehungsweise Betriebsbereichs. Ein entgegengesetztes Nutzerverhalten könnte beispielsweise dergestalt sein, dass ein Nutzer jeweils nur eine kurze Ladung des Akkus vornimmt, um eine minimale notwendige Kapazität zu gewährleisten, dem Akku aber in der Regel im unteren Teil des Ladezustands- beziehungsweise Betriebsbereichs hält, was sich, abhängig von Temperaturzonen oder Jahreszeiten, negativ auf die Lebensdauer auswirken kann.
Durch den nicht optimal auf das jeweilige Nutzerverhalten abgestimmten Betriebszustandsbereich tritt nach wie vor eine erhöhte Alterung auf.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie anzugeben, durch welches eine erhöhte Lebensdauer des Energiespeichers erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, ein Batteriemanagementsystem, ein Kraftfahrzeug und ein Computerprogramm nach den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, kumulierte Alterungskennzahlen zu bestimmen und den Betriebsbereich, insbesondere eine Position des Betriebsbereichs, abhängig von den Alterungskennzahlen anzupassen, um einem Nutzerverhalten Rechnung zu tragen
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie, also eines Akkumulators, kurz Akku, oder einer Batterie, angegeben, wobei der Energiespeicher einen Ladezustandsbereich aufweist. Nach dem Verfahren wird ein Betriebsbereich des Energiespeichers vorgegeben, insbesondere mittels eines Batteriemanagementsystems, wobei der Betriebsbereich innerhalb, insbesondere vollständig innerhalb, des Ladezustandsbereichs liegt. Anhand einer oder mehrerer vorgegebener Alterungsfunktionen werden jeweils eine oder mehrere über eine Betriebsdauer des Energiespeichers kumulierte Alterungskennzahlen mittels einer Steuereinheit, insbesondere des Batteriemanagementsystems, bestimmt. Ein oberer Grenzwert und/oder ein unterer Grenzwert des Betriebsbereichs wird abhängig von der einen oder der mehreren kumulierten Alterungskennzahlen mittels der Steuereinheit angepasst, um einen angepassten Betriebsbereich zu definieren, den Betriebsbereich also anzupassen. Ein Ladezustand des Energiespeichers wird mittels der Steuereinheit auf den angepassten Betriebsbereich beschränkt, insbesondere während eines Ladens und/oder Entladens des Energiespeichers.
Bei dem Ladezustandsbereich handelt es sich insbesondere um einen Wertebereich, den ein Ladezustand (englisch „state of charge“, SOC) des Energiespeichers annehmen kann. Es handelt sich also um einen Wertebereich zwischen vollständiger Entladung und vollständiger Ladung des Energiespeichers. Beispielsweise kann der Ladezustand in Prozent als Anteil von einer maximal möglichen Ladung des Energiespeichers angegeben werden, so dass der Ladezustandsbereich per Definition von 0% bis 100% reicht. Alternativ kann der Ladezustand auch bezogen auf die in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Ladung beispielsweise in Ah angegeben werden, so dass der Ladezustandsbereich von 0 Ah bis zu einer Maximalladung des Energiespeichers in Ah reicht. Mit anderen Worten kann der Ladezustand des Energiespeichers als diejenige Ladungskapazität des Energiespeichers verstanden werden, die zum jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung steht, im Verhältnis zu einem nominalen Maximalladungswert. Ein Ladezustand von X % bedeutet somit, dass der Energiespeicher noch eine Restladung von X % bezogen auf eine Maximalladung von 100% hat.
Bei dem Betriebsbereich des Energiespeichers handelt es sich insbesondere um einen Bereich, auf den der Ladezustand in einem tatsächlichen Betrieb des Energiespeichers mittels eines Batteriemanagementsystems beschränkt wird. Der Betriebsbereich liegt insbesondere vollständig innerhalb des Ladezustandsbereichs. Das heißt, der untere Grenzwert des Betriebsbereichs ist größer oder gleich einem Minimalwert des Ladezustandsbereichs, also größer oder gleich 0%, und der obere Grenzwert des Betriebsbereichs ist kleiner oder gleich einem Maximalwert des Ladezustandsbereichs, also kleiner oder gleich 100%. Erreicht der Ladezustand beispielsweise die untere Grenze des Betriebsbereichs, so sorgt die Steuereinheit dafür, dass dem Energiespeicher keine weitere Ladung entnommen wird, eine weitere Benutzung des Energiespeichers zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers ist dann nicht mehr möglich. Erreicht der Ladezustand durch Laden des Energiespeichers den oberen Grenzwert des Betriebsbereichs, so sorgt die Steuereinheit dafür, dass keine weitere Ladung in den Energiespeicher eingebracht werden kann, so dass das Laden nicht mehr fortgeführt werden kann.
Beispielsweise kann der untere Grenzwert einen ersten Abstand von 0 % und der obere Grenzwert einen zweiten Abstand von 100 % aufweisen. Dadurch wird vermieden, dass der Ladezustand sich zu nahe an den Werten 0% und 100% befindet, welche mit einer besonders starken Alterung des Energiespeichers einhergehen können.
Initial, also bevor der Betriebsbereich erstmalig angepasst wurde, kann der Betriebsbereich beispielsweise symmetrisch innerhalb des Ladezustandsbereichs liegen, so dass der erste und der zweite Abstand gleich sind.
Unter einem Betrieb des Energiespeichers kann insbesondere das Laden des Energiespeichers sowie das Entladen des Energiespeichers, insbesondere durch Versorgung eines elektrischen Verbrauchers, verstanden werden.
Dass der Ladezustand des Energiespeichers auf den angepassten Betriebsbereich beschränkt wird, kann derart verstanden werden, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, ein Laden des Energiespeichers über den angepassten oberen Grenzwert zu unterbinden und ein Entladen des Energiespeichers, insbesondere durch Entnahme elektrischer Ladung mittels eines elektrischen Verbrauchers, unter den angepassten unteren Grenzwert des Betriebsbereichs zu unterbinden.
Bei dem Energiespeicher handelt es sich insbesondere um einen Akkumulator oder Akku oder um eine wiederaufladbare Batterie. Insbesondere kann es sich um einen Akku zum Antrieb eines zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs handeln oder um einen Akku für ein elektronisches Gerät, beispielsweise einen Computer oder ein Mobilfunkgerät, ein Smartphone, ein Notebook oder dergleichen.
Der Energiespeicher kann beispielsweise einen Lithiumionen-Akkumulator beinhalten, beispielsweise einen Lithium-Polymer-Akkumulator, einen Lithium-Kobaltdioxid-Akkumulator, einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator oder einen sonstigen Akkumulator, der bei einem Ladezustand nahe 0% und/oder einem Ladezustand nahe 100% eine verstärkte Alterung zeigt, insbesondere im Vergleich zu einem Ladezustand von etwa 50%.
Bei der Alterungskennzahl kann es sich beispielsweise um eine relative Alterungsrate des Energiespeichers aufgrund eines oder mehrerer bestimmter Alterungsmechanismen handeln, die zu einer Gesamtalterungsrate des Energiespeichers beiträgt. Die Alterung des Energiespeichers kann beispielsweise in einer reduzierten Gesamtladungskapazität oder in einer reduzierten verbleibenden Lebensdauer des Energiespeichers resultieren. Die Alterungskennzahl kann beispielsweise angeben, wie groß die Alterungsrate im Vergleich zu einer Referenzalterungsrate ist. Die Referenzalterungsrate kann beispielsweise einer Alterungsrate bei einem vorgegebenen Referenzladezustand des Energiespeichers entsprechen, wobei der Referenzladezustand beispielsweise in einem Bereich von 30 bis 60% liegen kann.
Die Alterungskennzahl gibt also insbesondere an, wie stark der Energiespeicher bei gegebenem Zustand, beispielsweise gegebener Temperatur und/oder gegebenem Ladezustand, aufgrund der entsprechenden Alterungsmechanismen altert. Insbesondere handelt es sich bei der Alterungskennzahl nicht um eine tatsächlich gegebene Alterung des Energiespeichers.
Bei einer Alterungsfunktion handelt es sich insbesondere um eine Funktion, welche einem Ladezustand des Energiespeichers eine entsprechende Alterungskennzahl zuordnet. Dabei kann jede der einen oder der mehreren Alterungsfunktionen beispielsweise einen oder mehrere Alterungsmechanismen wiederspiegeln. Beispielsweise kann eine erste Alterungsfunktion bei relativ kleinen Werten des Ladezustands relativ groß sein und mit steigendem Wert des Ladezustands abfallen. Die erste Alterungsfunktion beschreibt also beispielsweise einen Alterungsmechanismus, der zu einer starken Alterung bei relativ kleinen Ladezuständen führt und bei größeren Ladezuständen weniger stark ins Gewicht fällt. Eine zweite Alterungsfunktion kann beispielsweise bei geringen Ladezustandswerten relativ klein sein und mit steigendem Ladezustand ansteigen und bei relativ großen Ladezuständen selbst einen relativ großen Wert annehmen. Die zweite Alterungsfunktion kann also beispielsweise einen oder mehrere Alterungsmechanismen beschreiben, die bei hohen Ladezuständen verstärkt auftreten und bei kleineren Ladezuständen weniger stark ins Gewicht fallen.
Insbesondere kann jede Alterungsfunktion einem Teilbereich des Ladezustandsbereichs zugeordnet sein, also einem Teilbereich, in dem der Energiespeicher besonders stark altert.
Bei der Betriebsdauer des Energiespeichers handelt es sich insbesondere um eine Zeit, die seit einem Referenzzeitpunkt verstrichen ist, wobei Zeiträume, innerhalb derer der Energiespeicher weder geladen noch entladen wurde, beispielsweise aus der Betriebsdauer ausgenommen sein können.
Über die Betriebsdauer hinweg kann beispielsweise der Ladezustand des Energiespeichers wiederholt, insbesondere mit einer vorgegebenen Abtastrate, bestimmt werden und die zugehörigen Funktionswerte der einen oder mehreren Alterungsfunktionen können mittels der Steuereinheit bestimmt werden. Die so bestimmten Funktionswerte werden beispielsweise über die Betriebsdauer hinweg für jede Alterungsfunktion aufsummiert und stellen dann die eine oder die mehreren kumulierten Alterungskennzahlen dar. Insbesondere wird also aus jeder der Alterungsfunktionen genau eine kumulierte Alterungskennzahl über die Betriebsdauer des Energiespeichers hinweg bestimmt.
Jede der Alterungsfunktionen kann beispielsweise kontinuierlich oder diskret, insbesondere gleichmäßig, auf dem gesamten Ladezustandsbereich definiert und vorgegeben sein.
Bevor die Grenzwerte des Betriebsbereichs angepasst werden, insbesondere bevor sie zum erstmalig angepasst werden, beschränkt die Steuereinheit den Ladezustand des Energiespeichers beispielsweise auf den Betriebsbereich.
Durch die Definition der Alterungsfunktionen und die entsprechende Bestimmung der kumulierten Alterungskennzahlen gefolgt von einer entsprechenden Anpassung des Betriebsbereichs beziehungsweise der Grenzwerte des Betriebsbereichs kann eine Position des Betriebsbereichs abhängig von einem Nutzerverhalten, welches in die Bestimmung der kumulierten Alterungskennzahlen direkt eingeht, mit Vorteil derart angepasst werden, dass einer oder mehrere kritische Teilbereiche des Ladezustandsbereichs gezielt ausgespart werden. In den kritischen Teilbereichen kann die Alterungsrate des Energiespeichers beispielsweise besonders hoch sein, so dass durch die Anpassung der Grenzwerte des Betriebsbereichs die gesamte Alterungsrate, insbesondere mittlere Alterungsrate, reduziert und die Lebensdauer des Energiespeichers entsprechend vergrößert werden kann.
Das Nutzerverhalten entscheidet insbesondere darüber, ob sich der Ladezustand häufiger in einen oberen oder in einem unteren Teilbereich des Ladezustandsbereichs beziehungsweise des Betriebsbereichs befindet. Eine symmetrische Positionierung des Betriebsbereichs ist daher nicht notwendigerweise optimal.
Die kumulierten Alterungskennzahlen reflektieren insbesondere, wie häufig beziehungsweise wie lange sich der Energiespeicher in den jeweiligen kritischen Ladezustandsteilbereichen befindet. Die Anpassung der Grenzwerte des Betriebsbereichs kann dann gezielt derart erfolgen, dass eine weniger starke Alterung, also weniger stark ansteigende kumulierte Alterungskennzahlen, über den weiteren Betrieb des Energiespeichers hinweg zu erwarten sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann bei der Anpassung der Grenzwerte ein zeitlicher Verlauf der kumulierten Alterungskennzahlen berücksichtigt werden. Insbesondere kann berücksichtigt werden, ob bei vergangenen Anpassungen der Grenzwerte des Betriebsbereichs eine Verlangsamung des Anstiegs der kumulierten Alterungskennzahlen erzielt werden konnte. Ist dies nicht der Fall, so kann bei einer erneuten Anpassung eine Richtung der Anpassung der Grenzwerte invertiert werden.
Solche Ausführungsformen können insbesondere vorteilhaft sein, wenn nur eine Alterungsfunktion eingesetzt wird. Durch den Einbezug des zeitlichen Verlaufs kann entsprechend für die einzige kumulierte Alterungskennzahl eine Vergleichsbasis geschaffen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine von den kumulierten Alterungskennzahlen abhängige Größe mit einem zugehörigen vorgegebenen Maximalwert verglichen. Um den angepassten Bezugsbereich zu definieren, wird mittels der Steuereinheit abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs der untere Grenzwert vergrößert, wobei der obere Grenzwert nicht verändert wird, oder es wird der obere Grenzwert verkleinert, wobei der untere Grenzwert nicht verändert wird, oder es werden der untere und der obere Grenzwert jeweils, also insbesondere beide, verkleinert oder jeweils, also insbesondere beide, vergrößert.
Bei der von den kumulierten Alterungskennzahlen abhängigen Größe kann es sich um die entsprechende kumulierte Alterungskennzahl selbst handeln, insbesondere falls nur eine kumulierte Alterungskennzahl und nur eine zugehörige Alterungsfunktion eingesetzt werden. Werden zwei Alterungsfunktionen eingesetzt und liegen entsprechend zwei kumulierte Alterungskennzahlen vor, so kann es sich bei der Größe insbesondere um eine Differenz der kumulierten Alterungskennzahlen handeln.
Durch die Verkleinerung oder Vergrößerung der Grenzwerte wie beschrieben wird der Betriebsbereich derart angepasst, dass er von einem kritischen Teilbereich des Ladezustandsbereichs, insbesondere von einem nach dem Nutzerverhalten besonders relevanten kritischen Teilbereich, weiter entfernt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Steuereinheit anhand einer ersten Alterungsfunktion der vorgegebenen Alterungsfunktionen eine erste kumulierte Alterungskennzahl der kumulierten Alterungskennzahlen bestimmt. Mittels der Steuereinheit wird anhand einer zweiten Alterungsfunktion der vorgegebenen Alterungsfunktionen eine zweite kumulierte Alterungskennzahl der kumulierten, Alterungskennzahlen bestimmt. Mittels der Steuereinheit wird eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten kumulierten Alterungskennzahl bestimmt, und die Differenz wird insbesondere mit einem vorgegebenen maximalen Differenzwert verglichen. Wenn die Differenz größer ist als der vorgegebene maximale Differenzwert, werden der unteren und der obere Grenzwert des Betriebsbereichs mittels der Steuereinheit vergrößert oder es werden der untere und der obere Grenzwert des Betriebsbereichs verkleinert.
Ob die beiden Grenzwerte vergrößert oder verkleinert werden, hängt dabei insbesondere von einem Vorzeichen der Differenz ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform betrifft die erste Alterungsfunktion ein Alterungsverhalten des Energiespeichers, insbesondere eine Alterungsrate des Energiespeichers, in einem ersten Teilbereich des Ladezustandsbereichs, und die zweite Alterungsfunktion betrifft ein Alterungsverhalten, insbesondere eine Alterungsrate, des Energiespeichers in einem zweiten Teilbereich des Ladezustandsbereichs. Dabei liegt der erste Teilbereich unterhalb des zweiten Teilbereichs.
Beispielsweise können, wenn das Vorzeichen der Differenz derart ist, dass die erste kumulierte Alterungskennzahl größer ist als die zweite kumulierte Alterungskennzahl, beide Grenzwerte vergrößert werden, so dass der Betriebsbereich insgesamt zu höheren Ladezustandswerten verschoben wird. Ist das Vorzeichen der Differenz dagegen derart, dass die erste Alterungskennzahl kleiner ist als die zweite Alterungskennzahl, so werden beispielsweise die beiden Grenzwerte verkleinert, der Betriebsbereich also zu kleineren Ladezustandswerten verschoben.
Durch die Berücksichtigung der Differenz der beiden kumulierten Alterungskennzahlen kann insbesondere identifiziert werden, welche der beiden Alterungskennzahlen kritischer ist, also welcher kritische Teilbereich des Ladezustandsbereichs gemäß dem konkreten Nutzerverhalten häufiger auftritt und daher besonders relevant ist. Entsprechend kann sich das Verfahren, insbesondere wenn es iterativ mehrmals durchgeführt wird, selbst regeln, so dass nach einer gewissen Zeit oder einer gewissen Anzahl von Anpassungen des Betriebsbereichs eine optimale Position des Betriebsbereichs eingestellt sein kann, insbesondere ohne dass die gesamte Ausdehnung des Betriebsbereichs verkleinert werden muss. Auch eine manuelle Kontrolle oder Anpassung des Betriebsbereichs ist nicht erforderlich.
Ferner kann eine automatische Anpassung des Betriebsbereichs auch bei sich änderndem Nutzerverhalten erfolgen, da durch die Berücksichtigung der Differenz die der Grenzwerte des Betriebsbereichs beispielsweise immer derart erfolgt, dass einer Vergrößerung der Differenz der Alterungskennzahlen entgegengewirkt wird.
Der erste Teilbereich des Ladezustandsbereichs liegt insbesondere in einer Umgebung des Minimalwerts des Ladezustandsbereichs, also in einer Umgebung von 0%, oder der erste Teilbereich ist selbst durch den Minimalwert begrenzt, beginnt also bei 0%.
Der zweite Teilbereich des Ladezustandsbereichs liegt insbesondere in einer Umgebung des Maximalwerts des Ladezustandsbereichs oder wird den Minimalwert selbst begrenzt, endet also bei 100%.
Dass der erste Teilbereich unterhalb des zweiten Teilbereichs liegt, bedeutet insbesondere, dass jeder Ladezustandswert, der in dem ersten Teilbereich liegt, kleiner ist als jeder Ladezustandswert, der in dem zweiten Teilbereich liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform hat die erste Alterungsfunktion ein absolutes Maximum in dem ersten Teilbereich, insbesondere bei dem Minimalwert, beispielsweise bei 0%.
Die erste Alterungsfunktion beschreibt also einen oder mehrere Alterungsmechanismen, die zu einer erhöhten Alterung bei niedrigen Ladezustandswerten führen. Solche Alterungsmechanismen können beispielsweise eine Anodenkorrosion beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform hat die zweite Alterungsfunktion ein absolutes Maximum in dem zweiten Teilbereich, insbesondere bei dem Maximalwert, beispielsweise bei 100%.
Die zweite Alterungsfunktion beschreibt insbesondere einen oder mehrere Alterungsmechanismen, die zu einer hohen Alterungsrate bei relativ hohen Ladezustandswerten führen. Solche Alterungsmechanismen können beispielsweise eine Elektrolytalterung beinhalten.
Die erste und/oder die zweite Alterungsfunktion können insbesondere empirisch bestimmt sein oder durch experimentelle Messungen bestimmt sein. Dadurch lässt sich eine besonders exakte Beschreibung der Alterung des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem Ladezustand erreichen.
Die erste und/oder die zweite Alterungsfunktion können auch anhand von Modellannahmen oder hypothetischen Annahmen bestimmt werden.
Beispielsweise kann die erste Alterungsfunktion von dem absoluten Maximum im ersten Teilbereich linear oder quadratisch abfallen. Die zweite Alterungsfunktion kann beispielsweise linear oder quadratisch ansteigen bis zu dem absoluten Maximum im zweiten Teilbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden der obere und der untere Grenzwert des Betriebsbereichs um jeweils denselben Wert vergrößert oder verkleinert. Die gesamte Ausdehnung des Betriebsbereichs beziehungsweise der Anteil des Ladezustandsbereichs, der auf den Betriebsbereich entfällt, bleibt dadurch durch die Anpassung konstant.
Mit Vorteil wird dadurch eine Reduktion der verfügbaren Gesamtladungskapazität des Energiespeichers durch die Anpassung an das Nutzerverhalten vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte des Bestimmens der kumulierten Alterungskennzahlen, des Anpassens des Betriebsbereichs sowie des Beschränkens des Ladezustands des Energiespeichers iterativ wiederholt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Steuereinheit für eine Vielzahl von Wiederholungen jeweils ein Wert des Ladezustands des Energiespeichers bestimmt, für jede der einen oder der mehreren Alterungsfunktionen ein Funktionswert zu dem Wert des Ladezustands bestimmt, und jeder der Funktionswerte wird zu einer jeweiligen Summenvariablen addiert. Mittels der Steuereinheit werden die eine oder die mehreren kumulierten Alterungskennzahlen abhängig von den Summenvariablen bestimmt.
Die Summenvariablen können beispielsweise zu dem Referenzbetriebszeitpunkt gleich Null sein und dann über den Betrieb des Energiespeichers hinweg wie beschrieben aufgefüllt werden.
Bei dem Funktionswert zu dem Wert des Ladezustands handelt es sich insbesondere um den jeweiligen Funktionswert der Alterungsfunktion bei dem gegebenen Wert des Ladezustands.
Bei der jeweiligen kumulierten Alterungskennzahl kann es sich also insbesondere um die jeweilige Summenvariable nach einer bestimmten Anzahl von Wiederholungen handeln. Das heißt, der Vergleich der Differenz mit dem maximalen Differenzwert wird beispielsweise nach einer bestimmten Anzahl von Wiederholungen durchgeführt. Alternativ kann die jeweilige kumulierte Alterungskennzahl der Summenvariablen nach jeder Wiederholung entsprechend, so dass der Vergleich sowie die Anpassung des Betriebsbereichs nach jeder Wiederholung erfolgen können.
In solchen Ausführungsform werden die Alterungskennzahlen insbesondere durch eine einfache Aufsummierung alterungsspezifischer Kennzahlen ermittelt, so dass eine tatsächliche Analyse des Alterungszustands des Energiespeichers nicht erforderlich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Größe des angepassten Betriebsbereichs gleich einer Größe des Betriebsbereichs.
Die Größe des Betriebsbereichs beziehungsweise des angepassten Betriebsbereichs entspricht dabei insbesondere einer Differenz zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert beziehungsweise dem oberen angepassten und dem unteren angepassten Grenzwert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Steuereinheit ein erster Abstand des unteren Grenzwerts von einem Minimalwert des Ladezustandsbereichs bestimmt und/oder es wird ein zweiter Abstand des oberen Grenzwerts von einem Maximalwert des Ladezustandsbereichs bestimmt. Der untere Grenzwert wird mittels der Steuereinheit nicht zum Definieren des angepassten Betriebsbereichs verkleinert, wenn der erste Abstand kleiner ist als ein vorgegebener erster Minimalabstand und/oder der obere Grenzwert wird nicht zum Definieren des angepassten Betriebsbereichs vergrößert, wenn der zweite Abstand größer ist als ein vorgegebener zweiter Minimalabstand.
Bei dem Minimalwert und dem Maximalwert des Ladezustandsbereichs kann es sich insbesondere um die untere und die obere Grenze des Ladezustandsbereichs handeln. Der Minimalwert beträgt also insbesondere 0%, der Maximalwert insbesondere 100%.
Bei der Verschiebung beider Grenzwerte des Betriebsbereichs wird im konkreten Fall das Alterungsverhalten bezogen auf einen der kritischen Teilbereiche des Ladezustandsbereichs verbessert, bezüglich des weiteren kritischen Teilbereichs aber verschlechtert. Zwar handelt es sich bei dem letzteren Teilbereich um den nach dem konkreten Nutzerverhalten weniger relevanten, in einzelnen Fällen kann jedoch auch dieser nicht vollständig vermieden werden. Um eine zu extreme Alterung in solchen Ausnahmefällen zu verhindern, können die Abstände der Grenzwerte des Betriebsbereichs auf die Minimalabstände beschränkt werden.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Batteriemanagementsystem für einen Energiespeicher für elektrische Energie angegeben, wobei der Energiespeicher einen Ladezustandsbereich aufweist. Das Batteriemanagementsystem beinhaltet einen Ladezustandssensor und eine Steuereinheit. Der Ladezustandssensor ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand des Energiespeichers zu bestimmen und basierend auf darauf, also auf dem bestimmten Ladezustand, ein Sensorsignal zu erzeugen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, einen Betrieb des Energiespeichers abhängig von dem Sensorsignal auf einen vorgegebenen Betriebsbereich zu beschränken, wobei der vorgegebene Betriebsbereich innerhalb des Ladezustandsbereichs liegt. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, anhand einer oder mehrerer Alterungsfunktionen jeweils eine oder mehrere kumulierte Alterungskennzahlen zu bestimmen, insbesondere abhängig von dem Sensorsignal. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, einen oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert des Betriebsbereichs abhängig von der einen oder den mehreren kumulierten Alterungskennzahlen anzupassen, um einen angepassten Betriebsbereich zu definieren und den Ladezustand abhängig von dem Sensorsignal auf den angepassten Betriebsbereich zu beschränken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der Ladezustandssensor einen Spannungssensor, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, eine Ausgangsspannung oder eine Zählspannung des Energiespeichers zu bestimmen und basierend darauf das Sensorsignal zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Batteriemanagementsystem um ein Batteriemanagementsystem für ein vollständig oder teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug oder ein elektronisches Gerät, beispielsweise ein Smartphone, einen Tablet-Computer oder ein Notebook.
Weitere Ausführungsformen des Batteriemanagementsystems folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichers nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann das Batteriemanagementsystem dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder das Batteriemanagementsystem führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug angegeben, welches einen Energiespeicher zum wenigstens teilweise elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs aufweist, wobei das Kraftfahrzeug ein Batteriemanagementsystem für den Energiespeicher gemäß dem verbesserten Konzept aufweist.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben, welche bei Ausführung des Computerprogramms mittels eines Computersystems, insbesondere mittels einer Steuereinheit eines Batteriemanagementsystems nach dem verbesserten Konzept, das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept;
2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept; und
3 verschiedene Aspekte einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept.

In 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 1 nach dem verbesserten Konzept gezeigt. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug 1 einen Energiespeicher 2 auf, der beispielsweise als Lithiumionen-Akku ausgebildet sein kann, sowie ein Batteriemanagementsystem 3 nach dem verbesserten Konzept, um einen Betrieb des Energiespeichers 2 zu steuern.
Das Batteriemanagementsystem 3 weist einen Ladezustandssensor 4 auf, der beispielsweise dazu eingerichtet ist, eine Zellenspannung des Energiespeichers 2 zu bestimmen. Das Batteriemanagementsystem 3 weist außerdem eine Steuereinheit 5 auf, die mit dem Ladezustandssensor 4 verbunden ist, um ein von dem Ladezustandssensor 4 in Abhängigkeit von der bestimmten Zellenspannung erzeugtes Sensorsignal zu empfangen. Die Steuereinheit 5 kann abhängig von dem Sensorsignal einen Ladezustand des Energiespeichers 2 bestimmen, beispielsweise durch Abgleich mit einer vorgegebenen Ladecharakteristik des Energiespeichers 2. Die Ladecharakteristik kann beispielsweise in einem optionalen Speichermedium 6 des Batteriemanagementsystems 3 gespeichert sein.
Das Speichermedium 6 kann beispielsweise auch ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept beinhalten. Die Steuereinheit 5 kann insbesondere lesend auf das Speichermedium 6 zugreifen, um ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Für weitere Einzelheiten der Funktion des Batteriemanagementsystems 3 wird auf die Ausführungen zu den Figuren 2 und 3 verwiesen.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept dargestellt, wie es beispielsweise von einem Batteriemanagementsystem 3, wie es in 1 gezeigt ist, ausgeführt werden kann.
Ein Ladezustandsbereich 7 des Energiespeichers 2 ist beispielhaft als Balken dargestellt. Der Ladezustandsbereich 7 weist einen Minimalwert 7a und einen Maximalwert 7b auf, wobei der Minimalwert 7a beispielsweise 0% und der Maximalwert 7b beispielsweise 100% der maximal verfügbaren Ladekapazität des Energiespeichers 2 entspricht.
In Schritt 13 des Verfahrens wird insbesondere mittels der Steuereinheit 5 ein Betriebsbereich 8 des Energiespeichers 2 vorgegeben. Der vorgegebene Betriebsbereich 8 entspricht beispielsweise einem Teil, insbesondere einem zusammenhängenden Teil, des Ladezustandsbereichs 7, welcher beispielsweise zentral innerhalb des Ladezustandsbereichs 7 angeordnet ist. Dementsprechend weist ein oberer Grenzwert 8b des Betriebsbereichs von dem Maximalwert 7b des Ladezustandsbereichs 7 zum Beispiel denselben Abstand auf wie ein unterer Grenzwert 8a des Betriebsbereichs 8 von einem Minimalwert 7a des Ladezustandsbereichs 7. Es wird darauf hingewiesen, dass die initiale Lage des Betriebsbereichs für das verbesserte Konzept nicht relevant ist und lediglich als typischerweise symmetrisch angenommen wird.
Die Aussparung der Bereiche zwischen den Ladezustandswerten 7b und 8b beziehungsweise 7a und 8a bei der Vorgabe des Betriebsbereichs 8 geht insbesondere darauf zurück, dass der Lithiumionen-Akku des Energiespeichers 2 bei besonders kleinen und bei besonders großen Ladezuständen erhöhte Alterung zeigen kann.
Dies spiegeln auch eine erste Alterungsfunktion 9 und eine zweite Alterungsfunktion 10 wieder, die beispielsweise auf dem Speichermedium 6 gespeichert sein können und in Abbildung a) der 2 schematisch dargestellt sind. Die Alterungsfunktionen 9, 10 ordnen einem Ladezustandswert SOC in Prozent eine jeweilige Alterungskennzahl zu. Die Alterungsfunktionen 9, 10 können beispielsweise empirisch bestimmt sein. Die erste Alterungsfunktion 9 ist insbesondere maximal bei einem Ladezustand von 0%, fällt dann ab und ist dann bei Werten von 40% oder größer näherungsweise vernachlässigbar klein. Die zweite Alterungsfunktion 10 ist dagegen bei sehr kleinen Ladezustandswerten vernachlässigbar, steigt bei Werten ab ca. 30 bis 40% an und erreicht schließlich bei 100% ihr absolutes Maximum.
Die erste Alterungsfunktion 9 kann beispielsweise eine Korrosion eines Kupferableiters an einer Anode des Energiespeichers 2 beschreiben, die zu einer erhöhten Alterung bei niedrigen Zellenspannungen, also insbesondere bei niedrigem Ladezustand, führen kann. Die zweite Alterungsfunktion 10 kann dagegen beispielsweise eine Elektrolytalterung des Energiespeichers 2 beschreiben, die bei höheren Zellenspannungen und entsprechend höheren Ladezuständen zu einer verstärkten Alterung des Energiespeichers führt.
In Schritt 14 kann die Steuereinheit 5 beispielsweise eine erste und eine zweite kumulierte Alterungskennzahl 11, 12 anhand der Alterungsfunktionen 9, 10 und einem tatsächlichen Nutzungsverhalten des Energiespeichers 2 bestimmen. In Abbildung b) der 2 ist beispielhaft ein zeitlicher Verlauf der kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 dargestellt. Der zeitliche Verlauf der kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass entsprechend eines Abtastschemas, insbesondere entsprechend einer vorgegebenen Abtastrate, der Ladezustand des Energiespeichers 2 mittels des Ladezustandssensors 4 und der Steuereinheit 5 bestimmt wird und entsprechend der Alterungsfunktionen 9, 10 jeweilige Funktionswerte berechnet werden. Die Funktionswerte werden beispielsweise über eine Betriebsdauer des Energiespeichers 2 hinweg aufsummiert und steigen dementsprechend an, wobei der Anstieg der unterschiedlichen kumulierten Alterungskennzahlen über die Zeit von dem konkreten Nutzerverhalten abhängt. Insbesondere steigt die erste kumulierte Alterungskennzahl 11 im gezeigten Beispiel umso stärker an, je öfter oder je länger sich der Energiespeicher 2 in einem geringen Ladezustand, also insbesondere in der Nähe des unteren Grenzwertes 8a, befindet. Die zweite kumulierte Alterungskennzahl 12 steigt dann umso stärker an, je öfter oder je länger sich der Energiespeicher 2 in einem relativ hohen Ladezustand befindet, also insbesondere in der Nähe des oberen Grenzwerts 8b.
Im gezeigten Beispiel liegt insbesondere ein Nutzerverhalten vor, bei dem sich der Energiespeicher 2 häufiger in hohen Ladezustandsbereichen befindet als in niedrigen Ladezustandsbereichen. Dies kann beispielsweise bei dem Kraftfahrzeug 1 der Fall sein, wenn es regelmäßig nur relativ kurze Strecken zurücklegt, bevor der Energiespeicher 2 wieder aufgeladen wird. Entsprechend steigt die zweite kumulierte Alterungskennzahl 12 über die Zeit stärker an als die erste kumulierte Alterungskennzahl 11. Die Differenz der beiden Alterungskennzahlen steigt über die Zeit ebenfalls an, wobei die Differenz, berechnet aus der zweiten kumulierten Alterungskennzahl 12 minus der ersten kumulierten Alterungskennzahl 11, beispielsweise positiv ist.
In Schritt 15 des Verfahrens wird die Differenz der kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 mittels der Steuereinheit 5 bestimmt.
In Schritt 16 des Verfahrens wird die bestimmte Differenz mit einem vorgegebenen maximalen Differenzwert verglichen. Der maximale Differenzwert kann beispielsweise einem maximal tolerierten Unterschied zwischen den kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 entsprechen, bis zu dem noch nicht mittels einer Anpassung der Grenzwerte 8a, 8b reagiert wird. Dies kann vorteilhaft sein, da die Differenz der beiden kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 nicht zwingend kontinuierlich ansteigt und insbesondere auch, je nach Nutzerverhalten, kleiner werden kann.
Wird in Schritt 16 festgestellt, dass die Differenz zwischen den kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 größer ist als der maximale Differenzwert, so wird die Position des Betriebsbereichs 8 beispielsweise derart verschoben, dass zukünftig ein geringerer Anstieg der Differenz zu erwarten ist. Die Richtung der Verschiebung hängt dabei davon ab, ob die Differenz positiv oder negativ ist, also ob die zweite kumulierte Alterungskennzahl größer oder kleiner ist als die zweite kumulierte Alterungskennzahl 11.
Optional können in Schritt 16 auch die beiden derzeitigen Grenzwerte 8a, 8b mit den entsprechenden Minimal- beziehungsweise Maximalwerten 7a, 7b des Ladezustandsbereichs 7 verglichen werden. Beispielsweise kann ein Abstand des oberen Grenzwerts 8b von dem Maximalwert 7b berechnet und mit einem zugehörigen Minimalabstand verglichen werden. Entsprechend kann ein Abstand zwischen dem unteren Grenzwert 8a von dem Minimalwert 7a bestimmt werden und mit einem weiteren zugehörigen Minimalabstand verglichen werden.
In 3 sind unterschiedliche Situationen dargestellt. In Abbildung a) der 3 sind die zweite Alterungsfunktion 10 sowie der Betriebsbereich 8 dargestellt. In Abbildung b) der 3 sind die erste Alterungsfunktion 9 sowie ebenfalls der Betriebsbereich 8 dargestellt.
In ) der 3 ist dieselbe Situation anhand der kumulierten Alterungskennzahlen 11, 12 dargestellt, wie sie auch in Abbildung b) der 2 dargestellt ist, das heißt, die zweite Alterungskennzahl 12 ist größer als die erste kumulierte Alterungskennzahl 11, so dass die Differenz positiv ist. Dies lässt auf ein Nutzerverhalten schließen, bei dem tendenziell eher hohe Ladezustände eingenommen werden. Entsprechend wird der Betriebsbereich 8 in Schritt 17 des Verfahrens beispielsweise derart angepasst, dass ein angepasster Betriebsbereich 8' resultiert, indem die beiden Grenzwerte 8a, 8b des Betriebsbereichs 8 jeweils um denselben Wert verkleinert werden, um angepasste Grenzwerte 8a', 8b' des angepassten Betriebsbereichs 8' zu erhalten. Optional kann die Anpassung jedoch dann unterbleiben, wenn in Schritt 16 festgestellt wird, dass der zugehörige Minimalabstand zwischen dem unteren Grenzwert 8a und dem Minimalwert 7a des Ladezustandsbereichs bereits erreicht ist.
Durch die Verschiebung des Betriebsbereichs 8 auf kleinere Werte des Ladezustands wird bei dem konkreten vorliegenden Nutzungsverhalten, wie es in ) der 3 skizziert ist, eine verstärkte Alterung aufgrund des der Alterungsfunktion 10 zugrundeliegenden Mechanismus reduziert, so dass eine weniger starke Alterung des Energiespeichers 2 zu erwarten ist.
In ) der 3 ist die umgekehrte Situation gezeigt, in der die erste kumulierte Alterungskennzahl 11 größer ist als die zweite kumulierte Alterungskennzahl 12, so dass die Differenz, die in Schritt 15 des Verfahrens gebildet wurde, negativ ist. Dies lässt auf ein Nutzerverhalten schließen, welches demjenigen dem in ) der 3 gezeigten entgegengesetzt ist, gemäß dem also eher geringe Ladezustände des Energiespeichers 2 vorherrschen. Entsprechend kann, wie in den Abbildungen a), b) der 3 dargestellt, der Betriebsbereich 8 nach oben verschoben werden, also zu größeren Werten des Ladezustands, um den angepassten Betriebsbereich 8'' mit zugehörigen oberen und unteren Grenzwerten 8a'', 8b'' zu erhalten. Auch hier kann optional die Anpassung unterbleiben, wenn der zugehörige Minimalabstand zwischen oberem Grenzwert 8b und Maximalwert 7b des Ladezustandsbereichs 7 bereits erreicht ist.
Durch die Verschiebung des Betriebsbereichs 8 nach oben wird auch in diesem Fall dem konkreten Nutzerverhalten Rechnung getragen und eine zukünftige Alterungsrate des Energiespeichers 2 reduziert.
Nach der Anpassung des Betriebsbereichs 8 in Schritt 17 können die Schritte 14, 15 und 16 wiederum durchgeführt werden, so dass eine kontinuierliche Anpassung des Betriebsbereichs 8 erfolgt, um beispielsweise schrittweise eine optimale Position des Betriebsbereichs 8 entsprechend der aktuellen Nutzersituation oder des aktuellen Nutzerverhaltens erzielt wird.
Gemäß dem verbesserten Konzept kann also die Alterung des Energiespeichers durch die Anpassung der Position des Betriebsbereichs, beispielsweise anhand einer Softwarefunktion der Steuereinheit, verringert werden. Indem die kumulierten Alterungskennzahlen bestimmt werden, ermittelt die Softwarefunktion beispielsweise die in Bezug auf die Alterung optimale Position des Betriebsbereichs, indem zwei Schädigungsgrößen ermittelt und verglichen werden. Wird an der oberen Grenze des Betriebsbereichs eine schnellere Alterung identifiziert als an der unteren Grenze, so wird die Position des Betriebsbereichs nach unten verschoben, ansonsten wird sie nach oben verschoben.
Die Alterung von Energiespeichern, beispielsweise von Lithiumionen-Akkus, wird nach dem verbesserten Konzept durch eine auf die tatsächlichen Nutzungsbedingungen angepasste Position des Betriebsbereichs reduziert. Dadurch ist auch bei sehr unterschiedlichen Nutzerverhaltens jeweils eine Steigerung der Akkulebensdauer möglich. Dieser Lebensdauergewinn ist beispielsweise für diverse elektronische Geräte, beispielsweise Computer oder Smartphones, sowie insbesondere für vollelektrisch betriebene Kraftfahrzeuge oder Plug-in-Hybride, von Vorteil. Das verbesserte Konzept lässt sich mit Vorteil jedoch für alle entsprechenden Alterungsmechanismen unterworfenen Speicherbatterien für elektrische Energie anwenden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Energiespeicher
3: Batteriemanagementsystem
4: Ladezustandssensor
5: Steuereinheit
6: Speichermedium
7: Ladezustandsbereich
7a: Minimalwert
7b: Maximalwert
8: Betriebsbereich
8', 8": angepasster Betriebsbereich
8a: unterer Grenzwert
8b: oberer Grenzwert
8a', 8a'': angepasster unterer Grenzwert
8b', 8b'': angepasster oberer Grenzwert
9, 10: Alterungsfunktionen
11, 12: kumulierte Alterungskennzahlen
13 bis 17: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers (2) für elektrische Energie wobei der Energiespeicher (2) einen Ladezustandsbereich (7) aufweist und ein Betriebsbereich (8) vorgegeben wird, der innerhalb des Ladezustandsbereichs (7) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass - anhand einer oder mehrerer vorgegebener Alterungsfunktionen (9, 10) jeweils eine oder mehrere über eine Betriebsdauer des Energiespeichers (2) kumulierte Alterungskennzahlen (11, 12) mittels einer Steuereinheit bestimmt werden; - ein oberer Grenzwert (8b) und/oder ein unterer Grenzwert (8a) des Betriebsbereichs (8) abhängig von der einen oder den mehreren kumulierten Alterungskennzahlen (11, 12) mittels der Steuereinheit angepasst wird, um einen angepassten Betriebsbereich (8', 8") zu definieren; und - ein Ladezustand des Energiespeichers (2) mittels der Steuereinheit auf den angepassten Betriebsbereich (8', 8") beschränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5) - eine von den kumulierten Alterungskennzahlen (11, 12) abhängige Größe mit einem zugehörigen vorgegebenen Maximalwert verglichen wird; und - abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs, um den angepassten Betriebsbereich (8', 8") zu definieren, - der untere und der obere Grenzwert (8a, 8b) jeweils verkleinert oder jeweils vergrößert werden; oder - der untere Grenzwert (8a) vergrößert wird und der obere Grenzwert (8b) nicht verändert wird; oder - der obere Grenzwert (8b) verkleinert wird und der untere Grenzwert (8a) nicht verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5) - anhand einer ersten Alterungsfunktion (9) der vorgegebenen Alterungsfunktionen (9, 10) eine erste kumulierte Alterungskennzahl (11) bestimmt wird; - anhand einer zweiten Alterungsfunktion (10) der vorgegebenen Alterungsfunktionen (9, 10) eine zweite kumulierte Alterungskennzahl (12) bestimmt wird; - eine Differenz der ersten und der zweiten kumulierten Alterungskennzahl (11, 12) bestimmt wird; und - wenn die Differenz größer als ein vorgegebener maximaler Differenzwert ist, um den angepassten Betriebsbereich (8', 8") zu definieren, - der untere und der obere Grenzwert (8a, 8b) des Betriebsbereichs (8) vergrößert werden; oder - der untere und der obere Grenzwert (8a, 8b) des Betriebsbereichs (8) verkleinert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Alterungsfunktion (9) ein Alterungsverhalten des Energiespeichers (2) in einem ersten Teilbereich des Ladezustandsbereichs (7) betrifft; - die zweite Alterungsfunktion (10) ein Alterungsverhalten des Energiespeichers (2) in einem zweiten Teilbereich des Ladezustandsbereichs (7) betrifft; und - der erste Teilbereich unterhalb des zweiten Teilbereichs liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5) - für eine Vielzahl von Wiederholungen jeweils - ein Wert des Ladezustands des Energiespeichers (2) bestimmt wird; - für jede der einen oder der mehreren Alterungsfunktionen (9, 10) ein Funktionswert zu dem Wert des Ladezustands bestimmt wird; - jeder der Funktionswerte zu einer jeweiligen Summenvariable addiert wird; und - die eine oder die mehreren kumulierten Alterungskennzahlen (11, 12) abhängig von den Summenvariablen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Größe des angepassten Betriebsbereichs (8', 8") gleich einer Größe des Betriebsbereichs (8) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (5) - ein erster Abstand des unteren Grenzwerts (8a) von einem Minimalwert (7a) des Ladezustandsbereichs (7) bestimmt wird und/oder ein zweiter Abstand des oberen Grenzwerts (8b) von einem Maximalwert (7b) des Ladezustandsbereichs (7) bestimmt wird; - der untere Grenzwert (8a) nicht zum Definieren des angepassten Betriebsbereichs (8', 8") verkleinert wird, wenn der erste Abstand kleiner ist als ein vorgegebener erster Minimalabstand und/oder der obere Grenzwert (8b) nicht zum Definieren des angepassten Betriebsbereichs (8', 8") vergrößert wird, wenn der zweite Abstand größer ist als ein vorgegebener zweiter Minimalabstand.
Batteriemanagementsystem für einen Energiespeicher (2) für elektrische Energie, wobei der Energiespeicher (2) einen Ladezustandsbereich (7) aufweist, das Batteriemanagementsystem (3) beinhaltend - einen Ladezustandssensor (4), dazu eingerichtet, einen Ladezustand des Energiespeichers (2) zu bestimmen und basierend darauf ein Sensorsignal zu erzeugen; und - eine Steuereinheit (5), dazu eingerichtet, einen Betrieb des Energiespeichers (2) abhängig von dem Sensorsignal auf einen vorgegebenen Betriebsbereich (8) zu beschränken, der innerhalb des Ladezustandsbereichs (7) liegt; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) dazu eingerichtet ist, - anhand einer oder mehrerer vorgegebener Alterungsfunktionen (9, 10) jeweils eine oder mehrere kumulierte Alterungskennzahlen (11, 12) zu bestimmen; - einen oberen Grenzwert (8b) und/oder einen unteren Grenzwert (8a) des Betriebsbereichs (8) abhängig von der einen oder den mehreren kumulierten Alterungskennzahlen (11, 12) anzupassen, um einen angepassten Betriebsbereich (8', 8") zu definieren; und - den Ladezustand abhängig von dem Sensorsignal auf den angepassten Betriebsbereich (8', 8") zu beschränken.
Kraftfahrzeug, aufweisend einen Energiespeicher (2) zum wenigstens teilweise elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) ein Batteriemanagementsystem (3) für den Energiespeicher (2) nach Anspruch 8 aufweist.
Computerprogramm mit Befehlen, welche bei Ausführung des Computerprogramms mittels eines Computersystems, insbesondere mittels einer Steuereinheit (5) eines Batteriemanagementsystems (3) nach Anspruch 8, das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.