DE102019133921A1 - Verfahren, Vorrichtung, System, Elektrofahrzeug, Computerprogramm und Speichermedium zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers (1) angegeben, umfassend:A1) Versetzen der Zelle in einen Ladebetrieb,B1) Ermitteln eines ersten und zweiten Impedanzkennwerts, repräsentativ für je eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle,C1) Ermitteln eines ersten und zweiten Temperaturkennwerts anhand der Impedanzkennwerte, repräsentativ für jeweils eine Temperatur der Zelle,D1) Ermitteln einer Abweichung der Temperaturkennwerte, undE1) Reduzieren eines Ladestroms der Zelle im Falle, dass die Abweichung einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert überschreitet.Darüber hinaus werden ein weiteres Verfahren, eine korrespondierende Vorrichtung (3), ein System (10), ein Elektrofahrzeug (100), ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium angegeben.

Description

  • Die Schnelllade-Funktion zum beschleunigten Laden eines Elektrofahrzeugs ist Gegenstand derzeitiger Entwicklungen. Dabei werden eine oder mehrere Batteriezellen des Elektrofahrzeugs an den Grenzen ihrer Spezifikation betrieben, was im Falle, dass diese überschritten werden, zu einer potentiellen Schädigung der jeweiligen Batteriezellen führen kann.
  • Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein zugleich effizientes wie sicheres Verfahren zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers zu schaffen, das insbesondere beiträgt, zellschädigende Ladestromstärken im (Ultra-)Schnellladebetrieb ohne rechenintensive Steuerung des Ladestroms zu vermeiden. Überdies soll ein Verfahren zum effizienten und sicheren Entladen der Zelle angegeben sowie eine zu den Verfahren korrespondierende Vorrichtung, ein System, ein Elektrofahrzeug, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium geschaffen werden.
  • Die Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers. Als elektrischer Energiespeicher ist insbesondere ein Energiespeicher für ein Elektrofahrzeug anzusehen, beispielhaft eine Sekundärbatterie auf Lithium-Ionen-Basis.
  • Der Energiespeicher kann dabei insbesondere mehrere Zellen oder Zellgruppen umfassen, die in einem Batteriepack angeordnet sind. Das im Folgenden anhand einer einzelnen Zelle beschriebene Verfahren ist sinngemäß auch auf mehrere Zellen oder Zellgruppen übertragbar.
  • Bei dem Verfahren wird in einem Schritt A1) die Zelle in einen Ladebetrieb versetzt, in dem der Zelle ein Ladestrom zugeführt wird.
  • Daraufhin werden in einem auf den Schritt A1) folgenden Schritt B1) ein erster Impedanzkennwert sowie ein zweiter Impedanzkennwert während des Ladebetriebs ermittelt. Der erste Impedanzkennwert und der zweite Impedanzkennwert sind hierbei jeweils repräsentativ für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • Zur Ermittlung des ersten und/oder zweiten Impedanzkennwerts kann insbesondere jeweils ein Messwert erfasst werden, der repräsentativ ist für die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle. Der Messwert ergibt sich beispielhaft durch Anlagen eines Wechselspannungssignals an der Zelle, Erfassen von Zeitabtastwerten von Spannungs- und Stromdaten, Fenstern der Spannungs- und Stromdaten auf einen korrespondierenden Zeitbereich und Durchführen einer Fast-Fourier-Transformation anhand der gefensterten Spannungs- und Stromdaten, um die Spannungs- und Stromgrößen bei einer spezifischen Frequenz zu identifizieren und daraus die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle zu errechnen.
  • In einem bezüglich des Schritts B1) darauffolgenden Schritt C1) werden ein erster Temperaturkennwert anhand des ersten Impedanzkennwerts sowie ein zweiter Temperaturkennwert anhand des zweiten Impedanzkennwerts ermittelt. Hierbei sind der erste Temperaturkennwert und der zweite Temperaturkennwert jeweils repräsentativ für eine Temperatur der Zelle.
  • Zur Ermittlung des ersten und/oder zweiten Temperaturkennwerts kann insbesondere eine Look-up-Tabelle herangezogen werden. Eine derartige Look-up-Tabelle umfasst etwa für jeweilige Impedanzkennwerte einen zugehörigen Temperaturkennwert. Als zusätzliche Größe zur Ermittlung des Temperaturkennwerts können beispielhaft vorgenannte spezifische Frequenz und/oder ein Ladezustand der Zelle dienen. Alternativ oder zusätzlich können den in der Look-up-Tabelle hinterlegten Temperaturkennwerten insbesondere Impedanzmerkmale wie ein Realteil, Imaginärteil, eine Amplitude oder Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle zugeordnet sein.
  • Im Anschluss an den Schritt C1) wird in einem Schritt D1) eine Abweichung |ΔT| = |T1-T2| des ersten Temperaturkennwerts T1 von dem zweiten Temperaturkennwert T2 ermittelt.
  • Schließlich wird in einem Schritt E1) der Ladestrom zu der Zelle reduziert im Falle, dass die Abweichung |ΔT| einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert TTH überschreitet. Der Temperaturschwellenwert kann beispielhaft zwischen 1° und 4° C betragen, insbesondere 2° C.
  • Dieser Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die zwei Temperaturkennwerte im normalen Zellgebrauch identisch oder im Wesentlichen identisch sind. Wird eine Zelle hingegen mit schädigenden Strömen geladen, so weichen die Temperaturkennwerte voneinander ab, da der Ladebetrieb die Zelle zu diesem Zeitpunkt bereits soweit verändert hat, dass die Modellbedingungen zur Umrechnung der Impedanz in die Temperatur verletzt wurden. Bei Überschreiten einer kritischen Differenz werden die Ströme daher bis hin zu einem vollständigen Abbruch des Ladebetriebs reduziert, so dass eine weitere Schädigung des Batteriespeichers verhindert wird. Ein durch kurzzeitiges Überschreiten des Temperaturschwellenwerts verursachter Kapazitätsverlust der Zelle ist dabei vernachlässigbar gering.
  • In vorteilhafter Weise kann so eine Schädigung von Batteriezellen aufgrund eines Ladevorgangs weitgehend verhindert und so zu einem sicheren wie zugleich effizienten Ladevorgang beigetragen werden. Insbesondere finden mit dem vorgeschlagenen Verfahren unterschiedliche Alterungspfade der Batteriezellen Berücksichtigung. Ein Vorhalt zwischen einem theoretisch maximal möglichen Ladestrom und einem rechnerisch maximal möglichen Ladestrom, bei dem die Zelle jeweils unbeschädigt bleibt, kann daher verringert werden. Auf ein komplexes, geregeltes Ladeverfahren mit hohem Parametrierungsaufwand und zusätzlich erforderlicher Rechenkapazität auf einem Batteriesteuergerät kann hierdurch verzichtet werden.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der erste Impedanzkennwert repräsentativ für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt. Überdies ist der zweite Impedanzkennwert repräsentativ für dasselbe erste Impedanzmerkmal bezüglich einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz zu demselben ersten Zeitpunkt. Hierbei bezeichnet das erste Impedanzmerkmal einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle. Ebenso bezeichnet das zweite Impedanzmerkmal eines aus einem Realteil, einem Imaginärteil, einer Amplitude oder einer Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der erste Impedanzkennwert repräsentativ für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt. Überdies ist der zweite Impedanzkennwert repräsentativ für ein von dem ersten Impedanzmerkmal verschiedenes zweites Impedanzmerkmal bezüglich derselben ersten Frequenz zu demselben ersten Zeitpunkt. Hierbei bezeichnet das erste Impedanzmerkmal einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle. Ebenso bezeichnet das zweite Impedanzmerkmal einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Schritt B1) einen Schritt B1-1), in dem ein erster Messwert zu dem ersten Zeitpunkt erfasst und der erste Impedanzkennwert anhand des ersten Messwerts ermittelt wird. Der erste Messwert ist hierbei repräsentativ für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • Der Schritt B1) umfasst außerdem einen Schritt B1-2), in dem wenigstens zwei zweite Messwerte zu von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkten erfasst werden, und der zweite Impedanzkennwert bezogen auf den ersten Zeitpunkt anhand der wenigstens zwei zweiten Messwerte durch Interpolieren der wenigstens zwei zweiten Messwerte ermittelt wird. Hierbei sind die wenigstens zwei zweiten Messwerte jeweils repräsentativ für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • Alternativ hierzu kann in dem Schritt B1-2) auch lediglich ein zweiter Messwert zu dem erstem Zeitpunkt erfasst und der zweite Impedanzkennwert anhand des zweiten Messwerts ermittelt werden.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt handelt es sich bei dem Ladebetrieb um einen Schnellladebetrieb oder Ultraschnellladebetrieb der Zelle. Der Schnellladebetrieb umfasst beispielsweise, wenn eine C-Rate von mindestens 2C erreicht wird. Der Ultraschnellladebetrieb umfasst beispielsweise, wenn eine C-Rate von mindestens 3C erreicht. Dabei kann es aber auch auf den Ladezustand ankommen. So ist es möglich, dass bei einem niedrigen SOC von z.B. 20% oft problemlos mit 3C geladen werden kann, bei höheren SOCs wie z.B. 80% ist dies jedoch gegebenenfalls nicht ohne Schädigung möglich. Ähnliches gilt für die Temperatur, wobei hier bei niedrigen Temperaturen
    <15°C eine Reduktion des Stroms forteilhaft sein kann. Allgemein kann bei mittleren Laderaten von 2C jedoch von Schnellladen gesprochen werden.
    Im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt erfolgte Erläuterungen finden - soweit nicht anderweitig beschrieben - im Folgenden ebenfalls Anwendung für gleiche Begriffe oder gleichartige Merkmale.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers.
  • Bei dem Verfahren wird in einem Schritt A2) die Zelle in eine Ruhephase versetzt, in der der Zelle Strom weder zugeführt noch Strom von der Zelle abgegriffen wird.
  • Daraufhin werden in einem auf den Schritt A2) folgenden Schritt B2) ein erster Impedanzkennwert sowie ein zweiter Impedanzkennwert während der Ruhephase ermittelt. Der erste Impedanzkennwert und der zweite Impedanzkennwert sind hierbei jeweils repräsentativ für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • In einem bezüglich des Schritts B2) darauffolgenden Schritt C2) werden ein erster bezüglich einer vorgegebenen Randbedingung normierter Impedanzkennwert anhand des ersten Impedanzkennwerts sowie ein zweiter bezüglich der vorgegebenen Randbedingung normierter Impedanzkennwert anhand des zweiten Impedanzkennwerts ermittelt.
  • Als Normierung bezüglich einer Randbedingung wird hier und im Folgenden eine Umrechnung der Impedanzkennwerte auf Impedanzkennwerte im Betrieb der Zelle unter Normalbedingungen verstanden, das heißt, maßgebliche Faktoren der Beeinflussung der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle wie ein Ladezustand sowie eine Temperatur der Zelle werden berücksichtigt. Unter Normalbedingungen kann etwa ein Betrieb der Zelle bei einer Temperatur von 25° C und einem Ladezustand von 50% bezeichnet werden. Der Ladezustand kann auch als „State of Charge“ (SoC) bezeichnet werden.
  • Im Anschluss an den Schritt C2) wird in einem Schritt D2) eine Änderung des ersten normierten Impedanzkennwerts I1 zu dem zweiten normierten Impedanzkennwert I2 sowie eine Abweichung |ΔI| = |(I1-I2)| - (IRef1-IRef2)| dieser Änderung I1-I2 von einer Änderung IRef1-IRef2 eines ersten Impedanzreferenzwerts IRef1 zu einem zweiten Impedanzreferenzwert IRef2 eines vorgegebenen Impedanzverlaufs IRef ermittelt.
  • Schließlich wird in einem Schritt E2) ein Lade- und/oder Entladeprofil derart angepasst, dass der der Zelle zuzuführende oder von der Zelle abzugreifende Strom reduziert wird im Falle, dass die Abweichung |ΔI| einen vorgegebenen Impedanzschwellenwert ITH überschreitet. Der vorgegebene Impedanzschwellenwert ITH beträgt beispielhaft zwischen 1 µΩ und 5 µΩ, insbesondere 2,5 µΩ.
  • Als vorgegebener Impedanzverlauf IRef wird insbesondere ein zu erwartender Verlauf der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle im Betrieb unter Normalbedingungen bezogen auf eine spezifische Frequenz verstanden, insbesondere bezogen auf dieselben Impedanzmerkmale, die den Impedanzkennwerten zugrunde liegen. So ist bei Batteriezellen auf Lithium-Ionen-Basis in den ersten 100 Ladezyklen eine Abnahme des Realteils der komplexen Wechselstromimpedanz zu beobachten; anschließend steigt der Realteil üblicherweise wieder. Wird die Zelle einem schädigen Betrieb ausgesetzt, kann es zu einer stärkeren Zunahme des Realteils bzw. einer weniger starken Abnahme des Realteils in den ersten Ladezyklen kommen.
  • In anderen Worten beruht dieser Aspekt der Erfindung auf der Erkenntnis, dass aus der Beobachtung der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle in Ruhephasen eine Änderung der komplexen Wechselstromimpedanz als Indikator für einen schädigenden Betrieb verwendet werden kann. Im Folgenden können so Betriebsgrenzen der Zelle angepasst werden, insbesondere im Hinblick auf ein Laden und Entladen der Zelle. Hierbei wird also auch berücksichtigt, dass sich die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle ebenso im normalen Betrieb verändert, was durch schädigende Ströme jedoch beispielsweise vergleichsweise schneller oder mit entgegengesetztem Vorzeichen geschieht.
  • In vorteilhafter Weise kann so eine einmalige Schädigung von Batteriezellen aufgrund Lade- oder Entladevorgängen erkannt und nachfolgende Schädigungen dementsprechend verhindert werden, so dass zu einem sicheren wie zugleich effizienten Laden wie Entladen beigetragen werden kann.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist der erste Impedanzkennwert repräsentativ für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt. Überdies ist der zweite Impedanzkennwert repräsentativ für dasselbe erste Impedanzmerkmal bezüglich derselben ersten Frequenz zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt. Hierbei bezeichnet das erste Impedanzmerkmal einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle. Ebenso bezeichnet das zweite Impedanzmerkmal eines aus einem Realteil, einem Imaginärteil, einer Amplitude oder einer Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt ist die erste Frequenz oberhalb von 500 Hz gewählt. Überdies ist die erste Frequenz oberhalb von 500 Hz gewählt. Insbesondere betragen die erste Frequenz und die zweite Frequenz zwischen 500 Hz und 10000 Hz.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers. Die Vorrichtung ist dabei eingerichtet, ein Verfahren gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt durchzuführen. Die Vorrichtung kann auch als Batteriesteuergerät bezeichnet werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein System, umfassend eine Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt, einen elektrischen Energiespeicher mit wenigstens einer Zelle sowie eine Messvorrichtung, die mit der Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt sowie der wenigstens einen Zelle des elektrischen Energiespeichers gekoppelt und steuerbar eingerichtet ist, eine komplexe Wechselstromimpedanz der wenigstens einen Zelle zu erfassen und der Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt als Messwert bereitzustellen. Bei der Messvorrichtung kann es sich beispielhaft um einen IC handeln, der die komplexe Wechselstromimpedanz einzelner Batteriezellen mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln vermag. Als ausreichend genau wird hier eine Auflösung im Bereich von 1 µΩ - 2 µΩ betrachtet und eine Wiederholgenauigkeit sollte vorteilhafter Weise insbesondere im Bereich zwischen 2-5 µΩ liegen. Die Messunsicherheit darf dabei jedoch deutlich größer sein. Da das Verfahren vorteilhaft eine Umrechnung auf eine andere Größe (die Temperatur) umfasst und diese Kennlinien Zell- und damit Chipindividuell adaptiert werden, wird eine systematische Abweichung über die Kennlinie selbst wieder eliminiert.
  • In einer Ausgestaltung gemäß dem vierten Aspekt handelt es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine Lithium-Ionen Batterie für ein Elektrofahrzeug.
  • Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug, umfassend ein System gemäß dem vierten Aspekt, einen elektrischen Verbraucher sowie eine Ladeschnittstelle. Der elektrische Verbraucher und die Ladeschnittstelle sind hierbei mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelt. Die von dem System gemäß dem vierten Aspekt umfasste Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt ist überdies eingerichtet, einen dem elektrischen Energiespeicher über die Ladeschnittstelle zuzuführenden Ladestrom zu steuern. Alternativ oder zusätzlich ist die von dem System gemäß dem vierten Aspekt umfasste Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt eingerichtet, einen von dem elektrischen Energiespeicher für den elektrischen Verbraucher abzugreifenden Betriebsstrom zu steuern.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß dem ersten und/oder zweiten Aspekt auszuführen.
  • Gemäß einem siebten Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß dem sechsten Aspekt gespeichert ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Elektrofahrzeug mit einer Vorrichtung zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers des Elektrofahrzeugs,
    • 2 ein Verfahren zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers des Elektrofahrzeugs,
    • 3 ein Verfahren zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers des Elektrofahrzeugs,
    • 4 eine Übersicht eines Versuchsablaufs der Verfahren gemäß 2 und 3,
    • 5 eine Temperaturschätzung gemäß dem anhand 2 geschilderten Verfahren,
    • 6 ein Verlauf des Imaginärteils gemäß dem anhand 3 geschilderten Verfahren, Differenz der Maxima und Differenz der Minima,
    • 7 ein Verlauf des Realteils gemäß dem anhand 3 geschilderten Verfahren, Differenz der Maxima und Differenz der Minima, und
    • 8 Änderungen der Impedanz einer Zelle über mehrere Zyklen.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Schnellladen von Batterien auf Lithium-Ionen Basis kann beispielhaft über vordefinierte Ladeprofile durchgeführt werden. Um eine Schädigung der Batteriezellen zu vermeiden kann hierbei eine Anpassung der Ladeprofile in Abhängigkeit des Alters erfolgen. Weitere aufwändigere Methoden sehen die Verwendung eines Modells und die adaptive Nachführung des Modells vor (z.B. US 2011/0285356 A1 ). Im Labor kann eine einmalige Schädigung von Batteriezellen aufgrund eines Ladevorgangs einfach über eine hochgenaue Ladung und Entladung nachgewiesen werden und so eine weitere Schädigung des Batteriespeichers durch Umstellung des Ladeprofils verhindert werden. Der einmalig auftretende Kapazitätsverlust bewegt sich dabei im Promille-Bereich.
  • Bei Verwendung von vordefinierten Profilen und der Nachführung über einen Alterungsindikator, wie etwa der verbleibenden Restkapazität, wird den unterschiedlichen Alterungspfaden der Zelle nicht Rechnung getragen, u.a. da der Innenwiderstand der Zelle nicht eindeutig umkehrbar von der Restkapazität abhängig ist.
  • Somit muss ein Vorhalt gebildet werden, um für sämtliche Alterungspfade eine sichere und nicht-schädigende Ladung der Batterie zu gewährleisten. Komplexere, geregelte Ladeverfahren die auf Modellen beruhen erfordern einen hohen Parametrierungsaufwand und benötigen zusätzliche Rechenkapazität auf einem Batteriesteuergerät. Eine hochpräzise Ladung und Entladung eines gesamten Energiespeichers eines Elektrofahrzeugs ist im Betrieb kaum möglich und auch dem Nutzer des Elektrofahrzeugs nicht zuzumuten, da hierdurch die Einsatzmöglichkeit bzw. - bereitschaft des Elektrofahrzeugs stark eingeschränkt ist.
  • Mit neuartigen Messvorrichtungen ist es möglich, die Impedanz der Zellen mit ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, um damit das Schnellladen zu optimieren und weitere Diagnosen bezüglich der Degradation zu ermöglichen.
  • Anhand 1 sind eine erfindungsgemäße Vorrichtung 3 zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers 1 eines Elektrofahrzeugs 100 sowie ein korrespondierendes System 10 und ein Elektrofahrzeug 1 dargestellt.
  • Das System 10 umfasst neben der Vorrichtung 3 und dem Energiespeicher 1 mit einer oder mehreren Zellen wenigstens eine Messvorrichtung 5, wobei wenigstens eine der Zellen des Energiespeichers 1 wenigstens einer Messvorrichtung 5 zugeordnet und mit dieser gekoppelt ist. Insbesondere ist denkbar, dass mehrere Zellen des Energiespeichers 1 zu einer Zellgruppe verschaltet sind, und von einer Messvorrichtung 5 überwacht werden. Die Messvorrichtung 5 ist darüber hinaus mit der Vorrichtung 3 gekoppelt und eingerichtet, dieser einen Messwert bereitzustellen, der repräsentativ ist für eine komplexe Wechselstromimpedanz der überwachten Zelle(n).
  • Das Elektrofahrzeug 100 weist neben dem System 10 einen elektrischen Verbraucher 11 sowie eine Ladeschnittstelle 13 auf. Als elektrischer Verbraucher 11 kommen insbesondere ein oder mehrere Elektromotoren des Antriebs des Elektrofahrzeugs 100 in Betracht. Der elektrische Verbraucher 11 sowie die Ladeschnittstelle 13 sind mit dem Energiespeicher 1 gekoppelt.
  • Es wird vorgeschlagen, die komplexe Wechselstromimpedanz der Zellen im Elektrofahrzeug während des Schnellladevorgangs und auch in Ruhephasen zu überwachen. Dabei hat sich ein Frequenzbereich oberhalb von 500 Hz als sinnvoll erwiesen. Durch Berechnung von zwei Zelltemperaturen aus Real- und Imaginärteil der komplexen Wechselstromimpedanz können zwei Temperaturen bestimmt werden, die im normalen Zellgebrauch identisch sind. Wird eine Zelle mit schädigenden Strömen geladen, weichen die Temperaturen voneinander ab, so dass bei Überschreiten einer kritischen Differenz die Ladung gestoppt oder die Ströme reduziert werden können, wie nachfolgend anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert. Weiterhin kann aus der Beobachtung der komplexen Wechselstromimpedanz in Ruhephasen eine Änderung der komplexen Wechselstromimpedanz als Indikator für einen schädigenden Betrieb verwendet werden, so dass im Folgenden Betriebsgrenzen angepasst werden können, wie dies anhand des Ablaufdiagramms der 3 im Detail beschrieben ist. Hierbei wird berücksichtigt, dass sich die Impedanz der Zelle auch im normalen Betrieb verändert und durch den schädigenden Betrieb entweder schneller oder sogar mit entgegengesetztem Vorzeichen verändert.
  • Der Vorrichtung 3 ist in diesem Zusammenhang ein Daten- und Programmspeicher zugeordnet, auf der wenigstens eines der Programme gespeichert ist, die im Folgenden anhand der Ablaufdiagramme der 2 und 3 geschildert werden.
  • Das Programm gemäß 2 startet in einem Schritt A) in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Daraufhin wird das Programm in einem Schritt A1) fortgesetzt, in dem die Zelle in einen Ladebetrieb versetzt und der Zelle ein Ladestrom zugeführt wird. Beispielhaft wird ein Start des Programms in diesem Zusammenhang durch eine Kopplung der Ladeschnittstelle 13 mit einer externen Energiequelle ausgelöst.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt B1) fortgesetzt, in dem ein erster und ein zweiter Impedanzkennwert I1 , I2 ermittelt werden. Beispielsweise werden hierzu durch die Messvorrichtung 5 zwei Messwerte M1 , M2 erfasst und der Vorrichtung 3 bereitgestellt, die repräsentativ sind für die komplexe Wechselstromimpedanz einer Zelle zu einem ersten Zeitpunkt. Beispielhaft werden die Messwerte M1 , M2 gleichzeitig gemessen. Anhand 2 ist davon abweichend ein Fall dargestellt, in dem eine gleichzeitige Messung nicht möglich ist. Hierbei wird zunächst (Schritt B1-1)) ein erster Messwert M1 im ersten Zeitpunkt erfasst anhand dem der erste Impedanzkennwert I1 ermittelt wird. Überdies (Schritt B1-2)) werden mindestens zwei weitere Messwerte M2-1 , M2-2 erfasst (bevorzugt jeweils vor und nach dem ersten Zeitpunkt) und der Vorrichtung 3 bereitgestellt, die ebenfalls repräsentativ sind für die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle. Zur Ermittlung des zweiten Impedanzkennwerts I2 werden die weiteren Messwerte M2-1 , M2-2 interpoliert auf die gleiche Zeitbasis, um so einen Vergleich mit dem ersten Impedanzkennwert I1 zu einem gemeinsamen Zeitpunkt zu ermöglichen. Die Impedanzkennwerte I1 , I2 dienen im Folgenden als Basis des Vergleichs und Grundlage für eine Aussage, ob der Strom beim Schnellladen verringert werden muss.
  • Der erste Impedanzkennwert I1 umfasst eines der folgenden Impedanzmerkmale bezüglich einer vorgegebenen Frequenz zu dem ersten Zeitpunkt: Realteil, Imaginärteil, Amplitude oder Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • In einer ersten Ausführungsvariante umfasst der zweite Impedanzkennwert I2 dasselbe Impedanzmerkmal bezüglich einer anderen Frequenz zu dem ersten Zeitpunkt.
  • In einer zweiten Ausführungsvariante umfasst der zweite Impedanzkennwert I2 hingegen ein anderes Impedanzmerkmal bezüglich derselben vorgegebenen Frequenz zu dem ersten Zeitpunkt.
  • In jedem Fall handelt es sich also um zwei verschiedene Impedanzmerkmale (Re, Im, Abs oder Phase) oder gleiche Impedanzmerkmale bei unterschiedlichen Frequenzen.
  • Bei den zwei Impedanzkennwerten handelt es sich beispielhaft um Real- und Imaginärteil der Impedanzmessung bei einer Frequenz von 3125 Hz, oder um z.B. zwei Imaginärteile bei unterschiedlichen Frequenzen.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt C1) fortgesetzt, in dem anhand der Impedanzkennwerte I1 , I2 ein erster und zweiter Temperaturkennwert T1 , T2 ermittelt wird, die jeweils repräsentativ sind für eine Temperatur der Zelle. Eine Umrechnung der Impedanzwerte auf eine Zelltemperatur erfolgt beispielhaft unter zur Hilfenahme einer Look-up Tabelle (vgl. z.B. DE 10 2013 103 921 A1 ).
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt D1) fortgesetzt, in dem eine Abweichung |ΔT| = |T1-T2| der Temperaturkennwerte T1 , T2 ermittelt wird.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt E1) fortgesetzt, in dem zunächst (Schritt E1-1)) geprüft wird, ob die ermittelte Abweichung |ΔT| einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert TTH überschreitet.
  • Falls die Prüfung ergibt, dass die Abweichung |ΔT| den vorgegebenen Temperaturschwellenwert TTH überschreitet, wird das Programm in einem Schritt E1-2 fortgesetzt, anderenfalls wird das Programm in einem Schritt F1 fortgesetzt.
  • In dem Schritt E1-2) wird der Ladestrom reduziert oder der Ladebetrieb abgebrochen. In einem anschließenden Schritt F) wird das Verfahren dann beendet.
  • In dem Schritt F1) wird der Ladebetrieb mit unverändertem oder je nach Ladeprofil ggf. erhöhtem Ladestrom fortgesetzt. Das Programm kann anschließend beispielhaft nach einer vorgegebenen Zeitspanne in dem Schritt B1 fortgesetzt werden, um den Ladebetrieb weiter zu überwachen.
  • Beispielhaft erfolgt durch die beschriebenen Programmschritte eine Impedanzmessung während der Schnellladung des Elektrofahrzeugs sowie je eine Bestimmung der zellinternen Temperatur aus der gemessenen Impedanz und Funktion TRe(Re(Z)) und TIm(Im(Z)). Wenn die Differenz TRe-TIm größer als der Temperaturschwellenwert TTH ist, dann erfolgt eine Anpassung des Ladeprofils. Überdies kann eine Nachführung der Funktion in Phasen des thermischen Gleichgewichts erfolgen (z.B. Elektrofahrzeug 100 stand seit 20 Minuten). Ebenfalls denkbar ist eine Verallgemeinerung der Funktion auf andere Betriebsbereiche (z.B. Entladung mit hoher Rate).
  • Das Programm gemäß 3 startet in einem Schritt A) in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Daraufhin wird das Programm in einem Schritt A2) fortgesetzt, in dem die Zelle in eine Ruhephase versetzt und der Zelle kein Ladestrom über die Ladeschnittstelle 13 zugeführt wird und kein Betriebsstrom zum Betreiben des elektrischen Verbrauchers 11 entnommen wird. Beispielhaft wird ein Start des Programms in diesem Zusammenhang durch einen Abschluss eines Lade- oder Betriebsvorgangs des Elektrofahrzeugs 100 ausgelöst.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt B2) fortgesetzt, in dem ein erster und ein zweiter Impedanzkennwert I1 , I2 ermittelt werden. Beispielsweise werden hierzu durch die Messvorrichtung 5 ein erster Messwert M1 , der repräsentativ ist für die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle zu einem ersten Zeitpunkt, sowie ein zweiter Messwert M2 , der repräsentativ ist für die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle zu einem zweiten Zeitpunkt, erfasst und der Vorrichtung 3 bereitgestellt. Beispielhaft werden die Messwerte M1 , M2 gleichzeitig gemessen. Die Impedanzkennwerte I1 , I2 dienen im Folgenden als Basis des Vergleichs und Grundlage für eine Aussage, ob der Strom beim Schnellladen verringert werden muss.
  • Der erste Impedanzkennwert I1 umfasst eines der folgenden Impedanzmerkmale bezüglich einer vorgegebenen Frequenz zu dem ersten Zeitpunkt: Realteil, Imaginärteil, Amplitude oder Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle.
  • Der zweite Impedanzkennwert I2 umfasst dasselbe Impedanzmerkmal bezüglich derselben Frequenz zu dem zweiten Zeitpunkt.
  • In jedem Fall handelt es sich also um zwei identische Impedanzmerkmale (Re, Im, Abs oder Phase) bei derselben Frequenz zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
  • Bei den zwei Impedanzkennwerten handelt es sich beispielhaft um zwei Real- oder Imaginärteile der Impedanzmessung bei einer Frequenz von 781 Hz.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt C2) fortgesetzt, in dem anhand der Impedanzkennwerte I1 , I2 ein erster und zweiter normierter Impedanzkennwert ̂Î1, Î2 ermittelt wird, die jeweils repräsentativ sind für die komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle bei Normalbedingungen von 25° C und 50% SOC. Aufgrund dieser Umrechnung ist die Messwerteaufnahme bei Fahrzeugruhe (Strom = 0, Temperatur homogen) zu bevorzugen.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt D2) fortgesetzt, in dem zunächst (Schritt D2-1)) eine Änderung ΔÎ= Î1-Î2 des ersten normierten Impedanzkennwerts Î1 zu dem zweiten normierten Impedanzkennwert Î2 ermittelt wird. Daraufhin wird in einem Schritt D2-2) eine Abweichung |ΔI|=|ΔI-(IRef1-IRef2)| dieser Änderung ΔÎ von einer Änderung eines ersten Impedanzreferenzwerts IRef1 zu einem zweiten Impedanzreferenzwert IRef2 eines vorgegebenen Impedanzverlaufs IRef ermittelt, der sich etwa aus einem zu erwartenden Impedanzverlauf ergibt.
  • In dem Schritt D2) erfolgt ein Vergleich der Änderung des Impdanzwertes über die Zeit, z.B. des Realteils. Im Gegensatz zu dem Schritt D1 kann hierbei auch eine Umkehrung des Vorzeichens der Änderung ΔÎ stattfinden. Tritt ein entgegen dem normalen Verlauf anderer Trend ein, so kann auf eine Schädigung der Zelle geschlossen werden. Der normale Verlauf kann dabei für den Realteil in den ersten hundert Zyklen eine Reduktion darstellen und erst anschließend eine Zunahme.
  • Das Programm wird im Anschluss in einem Schritt E2) fortgesetzt, in dem zunächst (Schritt E2-1)) geprüft wird, ob die ermittelte Abweichung |ΔI| einen vorgegebenen Impedanzschwellenwert ITH überschreitet.
  • Falls die Prüfung ergibt, dass die Abweichung |ΔI| den vorgegebenen Impedanzschwellenwert ITH überschreitet, wird das Programm in einem Schritt E2-2 fortgesetzt, anderenfalls wird das Programm in einem Schritt F2 fortgesetzt.
  • In dem Schritt E2-2) wird das Lade- und/oder Entladeprofil derart angepasst, dass der der Zelle maximal zuzuführende bei nachfolgenden Ladevorgängen bzw. der von der Zelle maximal abzugreifende Strom bei nachfolgenden Entladevorgängen reduziert wird. In einem anschließenden Schritt F) wird das Verfahren dann beendet.
  • In dem Schritt F2) wird das Lade- und/oder Entladeprofil unverändert fortgesetzt. Das Programm kann anschließend beispielhaft nach einer vorgegebenen Zeitspanne, in der ein Ladebetrieb und/oder ein Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs erfolgt sein kann, in dem Schritt A2 fortgesetzt werden, um eine weitere Überwachung des Energiespeichers zu ermöglichen.
  • Beispielhaft erfolgt durch die beschriebenen Programmschritte eine Impedanzmessung in der Ruhephase des Elektrofahrzeugs, wobei die Messung der Impedanz unter Gleichgewichtsbedingungen (Leerlaufspannung und Temperatur) erfolgt. Überdies kann eine Bestimmung der Änderungsrate der Impedanz (Real- oder Imaginärteil) sowie ein Vergleich der Änderungsrate mit üblichen Werten erfolgen.
  • In der Übersicht des Versuchsablaufs (4) sind mehrere Schnellladzyklen (P1-P10) mit unterschiedlicher Intensität bzw. Schädlichkeit einer Ladespannung U über die Zeit t [Daten] dargestellt.
  • Aus der Temperaturschätzung gemäß dem anhand 2 geschilderten Verfahren aus Realteil und Imaginärteil (5) bei einer Frequenz f=3125Hz zeigen Profile 6, 9 und 10 starke Abweichungen ΔTsim der aus Imaginärteil und Realteil getrennt ermittelten Temperaturen. Daraus lässt sich schließen, dass das zur Schätzung verwendete Modell im Vergleich zu anderen Profilen nicht ausreicht, was vermutlich auf sogenanntes „Plating“ zurückzuführen ist. Überdies zu sehen ist, dass Profile P5 und P8 kurz vor Ladeschluss eine höhere Abweichung ΔTsim erreichen.
  • Anhand 6 (links) ist die Entwicklung des Imaginärteils gemäß dem anhand 3 geschilderten Verfahren bei einer Frequenz f=781Hz des Profils P10 dargestellt. Bei Betrachtung des Maximums ergibt sich abhängig vom Profil jeweils eine höchste Temperatur T. Eine Differenz der Maxima innerhalb jeweils eines Zyklus c ist für die Profile P1-P10 rechts oben dargestellt. Hierbei verändert sich wie zu sehen in den Profilen P6, P9, und P10 die Impedanz Z stark und gegen den Trend.
  • Profil P1 zeigt ebenfalls ein von der Norm abweichendes Verhalten in der Temperaturspitze (Artefakt).
  • Bei Betrachtung des Minimums in 6 (links) ergibt sich unabhängig vom Profil jeweils eine niedrigste, konstante Temperatur T. Eine Differenz der Minima innerhalb jeweils eines Zyklus c ist für die Profile P1-P10 rechts unten dargestellt. Hierbei steigt die Induktivität im Allgemeinen (Kapazität sinkt), der normale Verlauf entspricht einem kontinuierlichen Trend. In den Profilen P6, P9, und P10 verändert sich die Impedanz Z stark und gegen den Trend.
  • Anhand 7 (links) ist die Entwicklung des Realteils gemäß dem anhand 3 geschilderten Verfahren bei einer Frequenz f=781Hz des Profils P10 dargestellt. Bei Betrachtung des Maximums ergibt sich unabhängig vom Profil jeweils eine niedrigste, konstante Temperatur T. Eine Differenz der Maxima innerhalb jeweils eines Zyklus c ist für die Profile P1-P10 rechts oben dargestellt. Hierbei sinkt der Realteil über die Zyklen c. Im Gegensatz zum Imaginärteil bei Profil P6 ist hier keine Änderung gegen den Trend zu beobachten, erst bei Profil P10 ist die Änderung gegen den Trend feststellbar.
  • Bei Betrachtung des Minimums in 7 (links) ergibt sich abhängig vom Profil jeweils eine höchste Temperatur T. Eine Differenz der Minima innerhalb jeweils eines Zyklus c ist für die Profile P1-P10 rechts unten dargestellt. Hierbei nimmt der Realteil innerhalb eines Profils für Profile P6, P9 und P10 zu.
  • Anhand 8 sind Änderungen der Impedanz Z über mehrere Zyklen c dargestellt.
  • Die Ladeprofile P1-P10 wurden entsprechend ihrer Nummerierung mit jeweils vier Zyklen c durchlaufen, wobei zwischendurch jeweils drei Normalzyklen gefahren wurden (vgl. 4).
  • Allgemein ist bei Li-Ionen Zellen in den ersten Zyklen c eine Abnahme des Realteils bei hohen Frequenzen (hier 781Hz) zu beobachten, anschließend (abhängig von der jeweiligen Zelle, z.B. ab 100 Zyklen c) nimmt der Realteil wieder zu. Wird die Zelle in einem schädigenden Bereich betrieben, nimmt der Realteil stärker zu, bzw. weniger stark ab in den ersten Zyklen c. Dies ist hier für die Ladeprofile P8 und P10 der Fall.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Elektrofahrzeug
    1
    Energiespeicher
    3
    Vorrichtung
    5
    Messvorrichtung
    10
    System
    11
    Verbraucher
    13
    Ladeschnittstelle
    M1, M2, M2-1, M2-2
    Messwert
    I1, I2
    Impedanzkennwert
    Î1, Î2
    normierter Impedanzkennwert
    T1, T2
    Temperaturkennwert
    T
    Temperatur
    |ΔT| , ΔTsim |ΔI|
    Abweichung
    IRef1, IRef2
    Impedanzreferenzwert
    IRef
    Impedanzverlauf
    ITH
    Impedanzschwellenwert
    U
    Ladespannung
    t
    Zeit
    c
    Zyklus
    Z
    Impedanz
    P1-P10
    Ladeprofil
    A - F
    Programmschritte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0285356 A1 [0042]
    • DE 102013103921 A1 [0058]

Claims (14)

  1. Verfahren zum Laden einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers, mit den Schritten A1) Versetzen der Zelle in einen Ladebetrieb, in dem der Zelle ein Ladestrom zugeführt wird, B1) Ermitteln eines ersten Impedanzkennwerts (I1) sowie eines zweiten Impedanzkennwerts (I2) während des Ladebetriebs, wobei der erste Impedanzkennwert (I1) und der zweite Impedanzkennwert (I2) jeweils repräsentativ sind für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle, C1) Ermitteln eines ersten Temperaturkennwerts (T1) anhand des ersten Impedanzkennwerts (I1) sowie eines zweiten Temperaturkennwerts (T2) anhand des zweiten Impedanzkennwerts (I2), wobei der erste Temperaturkennwert (T1) und der zweite Temperaturkennwert (T2) jeweils repräsentativ sind für eine Temperatur der Zelle, D1) Ermitteln einer Abweichung (|ΔT|) des ersten Temperaturkennwerts (T1) von dem zweiten Temperaturkennwert (T2) , E1) Reduzieren des Ladestroms zu der Zelle im Falle, dass die Abweichung (|ΔT|) einen vorgegebenen Temperaturschwellenwert (TTH) überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - der erste Impedanzkennwert (I1) repräsentativ ist für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt, und - der zweite Impedanzkennwert (I2) repräsentativ ist für dasselbe erste Impedanzmerkmal bezüglich einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz zu demselben ersten Zeitpunkt, wobei - das erste Impedanzmerkmal und das zweite Impedanzmerkmal jeweils einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle umfassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - der erste Impedanzkennwert (I1) repräsentativ ist für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt, und - der zweite Impedanzkennwert (I2) repräsentativ ist für ein von dem ersten Impedanzmerkmal verschiedenes zweites Impedanzmerkmal bezüglich derselben ersten Frequenz zu demselben ersten Zeitpunkt, wobei - das erste Impedanzmerkmal und das zweite Impedanzmerkmal jeweils einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der komplexen Wechselstromimpedanz der Zelle umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt B1) umfasst: B1-1) Erfassen eines ersten Messwerts (M1) zu dem ersten Zeitpunkt, wobei der erste Messwert (M1) repräsentativ ist für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle, und Ermitteln des ersten Impedanzkennwerts (I1) anhand des ersten Messwerts (M1) , B1-2) Erfassen wenigstens zweier zweiter Messwerte (M2-1, M2-2) zu von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkten, wobei die wenigstens zwei zweiten Messwerte (M2-1, M2-2) jeweils repräsentativ sind für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle, und Ermitteln des zweiten Impedanzkennwerts (I2) bezüglich des ersten Zeitpunkts anhand der wenigstens zwei zweiten Messwerte (M2-1, M2-2) durch Interpolieren der wenigstens zwei zweiten Messwerte (M2-1, M2-2).
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Ladebetrieb als ein Schnell- oder Ultra-schnellladebetrieb durchgeführt wird.
  6. Verfahren zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers, mit den Schritten A2) Versetzen der Zelle in eine Ruhephase, in der kein Strom der Zelle zugeführt oder von der Zelle abgegriffen wird, B2) Ermitteln eines ersten Impedanzkennwerts (I1) sowie eines zweiten Impedanzkennwerts (I2) während der Ruhephase, wobei der erste Impedanzkennwert (I1) und der zweite Impedanzkennwert (I2) jeweils repräsentativ sind für eine komplexe Wechselstromimpedanz der Zelle, C2) Ermitteln eines ersten bezüglich einer vorgegebenen Randbedingung normierten Impedanzkennwerts (Î1) anhand des ersten Impedanzkennwerts (I1) sowie eines zweiten bezüglich der vorgegebenen Randbedingung normierten Impedanzkennwerts (I2) anhand des zweiten Impedanzkennwerts (I2), D2) Ermitteln einer Änderung (ΔÎ) des ersten normierten Impedanzkennwerts (Î1) zu dem zweiten normierten Impedanzkennwert (I2) sowie eine Abweichung (|ΔI|) dieser Änderung (ΔÎ) von einer Änderung eines ersten Impedanzreferenzwerts (IRef1) zu einem zweiten Impedanzreferenzwert (IRef2) eines vorgegebenen Impedanzverlaufs (IRef) ermittelt, E2) Anpassen eines Lade- und/oder Entladeprofils derart, dass der der Zelle zuzuführende oder von der Zelle abzugreifende Strom reduziert wird im Falle, dass die dass die Abweichung (|ΔI|) einen vorgegebenen Impedanzschwellenwert (ITH) überschreitet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei - der erste Impedanzkennwert (I1) repräsentativ ist für ein erstes Impedanzmerkmal bezüglich einer ersten Frequenz zu einem ersten Zeitpunkt, und - der zweite Impedanzkennwert (I1) repräsentativ ist für dasselbe erste Impedanzmerkmal bezüglich derselben ersten Frequenz zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt, wobei - das erste Impedanzmerkmal (I2) und das zweite Impedanzmerkmal (I2) jeweils einen Realteil, einen Imaginärteil, eine Amplitude oder eine Phase der Impedanz der Zelle umfassen.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Frequenz und die zweite Frequenz zwischen 500 Hz und 10000 Hz betragen.
  9. Vorrichtung (3) zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers (1), wobei die Vorrichtung (3) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  10. System (10), umfassend eine Vorrichtung (3) nach Anspruch 9, einen elektrischen Energiespeicher (1) mit wenigstens einer Zelle sowie eine Messvorrichtung (5), die mit der Vorrichtung (3) sowie dem elektrischen Energiespeicher (1) gekoppelt und steuerbar eingerichtet ist, eine komplexe Wechselstromimpedanz der wenigstens einen Zelle zu erfassen und der Vorrichtung (3) als Messwert bereitzustellen.
  11. System (10) nach Anspruch 10, wobei der elektrische Energiespeicher (1) als eine Lithium-Ionen Batterie für ein Elektrofahrzeug (100) ausgebildet ist.
  12. Elektrofahrzeug (100), umfassend ein System (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, einen elektrischen Verbraucher (11) sowie eine Ladeschnittstelle (13), wobei der elektrische Verbraucher (11) und die Ladeschnittstelle (13) mit dem elektrischen Energiespeicher (1) gekoppelt sind, und die Vorrichtung (3) eingerichtet ist, einen dem elektrischen Energiespeicher (1) über die Ladeschnittstelle (13) zuzuführenden Ladestrom und/oder einen von dem elektrischen Energiespeicher (1) für den elektrischen Verbraucher (11) abzugreifenden Betriebsstrom zu steuern.
  13. Computerprogramm zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers (1), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
  14. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
DE102019133921.9A 2019-12-11 2019-12-11 Verfahren, Vorrichtung, System, Elektrofahrzeug, Computerprogramm und Speichermedium zum Laden oder Entladen einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers Pending DE102019133921A1 (de)

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