DE102020211748A1 - Method of operating batteries - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben von Batterien, insbesondere Fahrzeugbatterien, als Stromspeicher für Second-Life-Anwendungen.Method for operating batteries, in particular vehicle batteries, as power storage for second-life applications.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben von Batterien als Stromspeicher für Second-Life-Anwendungen, einer Vorrichtung zum Betreiben von Batterien, einem Computerprogramm sowie einer Verwendung einer Vorrichtung zum Betreiben von Batterien gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method for operating batteries as a power storage device for second-life applications, a device for operating batteries, a computer program and a use of a device for operating batteries according to the preamble of the independent claims.
Stand der TechnikState of the art
Batterien aus Fahrzeugen, wie beispielsweise eBikes, Light electric Vehicles (LeVs) und Klasse M Fahrzeugen, werden heute nach deren Lebensdauer im Fahrzeug in Abhängigkeit deren Alterung entsorgt und recycelt.Batteries from vehicles such as eBikes, light electric vehicles (LeVs) and class M vehicles are now disposed of and recycled after their service life in the vehicle depending on their aging.
Moderne Lithium-Ionen-Zellen, die beispielsweise aus den Elektrodenmaterialien NCA/ Graphit bzw. NCM / Graphit aufgebaut sind, erzielen teils einen sehr hohen Energiedurchsatz bis zu deren Lebensdauerende.Modern lithium-ion cells, which are made up of the electrode materials NCA/graphite or NCM/graphite, for example, sometimes achieve a very high energy throughput up to the end of their service life.
In Fahrzeugen werden immer größere Batteriekapazitäten installiert, um eine große Reichweite zu realisieren. Der mit den Batterien mögliche Energiedurchsatz überschreitet häufig die typische Fahrzeuglebensdauer.Increasingly large battery capacities are being installed in vehicles in order to achieve a large range. The energy throughput possible with the batteries often exceeds the typical vehicle service life.
Sollen die Batterien nach dem Fahrzeugleben als Stromspeicher, beispielsweise im öffentlichen 230V-Wechselstromnetz eingesetzt werden, ist je Batterie ein Leistungsumrichter nötig. Unvermeidbare Spannungsunterschiede beziehungsweise Unterschiede im Ladezustand (SOC) verursachen beim Zusammenschalten unkontrollierte Ausgleichsströme. Die Folge sind beispielsweise Fehler im Batteriemanagementsystem, eine Schädigung von Abschaltpfaden oder eine sicherheitsrelevante Schädigung der Batteriezellen.If the batteries are to be used as power storage after the vehicle life, for example in the public 230V alternating current network, a power converter is required for each battery. Unavoidable voltage differences or differences in the state of charge (SOC) cause uncontrolled equalizing currents when interconnected. The consequences are, for example, errors in the battery management system, damage to switch-off paths or damage to the battery cells that is relevant to safety.
Das Dokument
Das Dokument
Eine Entsorgung und Recycling bereits unmittelbar nach Ende der Fahrzeuglebensdauer ist zumeist nicht optimal, da ein erheblicher Anteil des Energiedurchsatzes bis zum Lebensdauerende der Batterien ungenutzt bleibt. Der Einsatz von Batterien als stationärer Stromspeicher verursacht aber einen erheblichen Aufwand, zumal für jede Batterie ein Leistungsumrichter und eine angepasste Ansteuerung nötig sind. Besonders hoch ist der Aufwand, wenn Batteriesysteme sogar bis auf einzelne Zellmodule zerlegt, diese dann vermessen, klassifiziert und für den weiteren Betrieb zu einem neuen System verbaut werden müssen.Disposal and recycling immediately after the end of the vehicle's service life is usually not optimal, since a significant proportion of the energy throughput remains unused until the end of the battery's service life. However, the use of batteries as stationary power storage causes considerable effort, especially since a power converter and an adapted control are required for each battery. The effort is particularly high when battery systems are even dismantled down to individual cell modules, which then have to be measured, classified and built into a new system for further operation.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.It is the object of the present invention to further improve the state of the art. This object is solved by the features of the independent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren zum Betreiben von Batterien, insbesondere Fahrzeugbatterien, als Stromspeicher für Second-Life-Anwendungen folgende Schritte umfasst:
- a) Klassifizieren der Batterien nach Spannungsklassen;
- b) Klassifizieren der Batterien innerhalb einer Spannungsklasse nach Innenwiderstand und Restkapazität;
- c) Ableiten von zulässigen Stromgrenzen einer Batterie auf Grundlage des klassifizierten Innenwiderstands, der klassifizierten Restkapazität und/oder eines zulässigen Nennstroms;
- d) Parallelschalten von Batterien mit ähnlichem Innenwiderstand und/oder ähnlicher Restkapazität zu einer Batteriegruppe;
- e) Aufschalten einzelner Batterien einer Batteriegruppe auf einen Leistungsumrichter in Abhängigkeit von Spannungsdifferenzen, Ladezustandsdifferenzen, Restkapazitäten und/oder Innenwiderständen;
- a) classification of batteries according to voltage classes;
- b) Classification of the batteries within a voltage class according to internal resistance and remaining capacity;
- c) deriving permissible current limits of a battery based on the classified internal resistance, the classified remaining capacity and/or a permissible rated current;
- d) Parallel connection of batteries with a similar internal resistance and/or similar residual capacity to form a battery group;
- e) connecting individual batteries of a battery group to a power converter as a function of voltage differences, state of charge differences, residual capacities and/or internal resistances;
Ein Parallelbetrieb von Batterien ermöglicht vorteilhafterweise einen Betrieb mehrerer kompletter Batterien an einem größer skalierten Leistungsumrichter, indem die Batterien in geeigneten Systemzuständen und innerhalb von seitens des Batteriemanagementsystems (BMS) vorgegebener Grenzen, zugeschaltet beziehungsweise wenn nötig abgeschaltet werden.Parallel operation of batteries advantageously enables the operation of several complete batteries on a larger scaled power converter by connecting the batteries in suitable system states and within the limits specified by the battery management system (BMS) or, if necessary, switching them off.
Durch den erfindungsgemäßen selbstüberwachten Parallelbetrieb von mindestens zwei Batterien als Stromspeicher in Second-Life-Anwendungen werden diese im Auslieferungszustand belassen und zu einer Batteriegruppe elektrisch parallelgeschaltet und müssen daher nicht kostenintensiv zerlegt werden.Due to the inventive self-monitored parallel operation of at least two batteries as power storage in second-life applications, these are left in the delivery state and electrically connected in parallel to form a battery group and therefore do not have to be dismantled at great cost.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn Hochvolt-Batterien in Second-Life-Anwendungen betrieben werden sollen, da Arbeiten unter Spannung entfallen können.This is particularly beneficial when using high-voltage batteries in second-life applications are to be operated, since live work can be omitted.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Batterien folgenden Schritt:
- f) Überwachen einer Einhaltung der zulässigen Stromgrenzen bei Ausgleichströmen zwischen den Batterien und von maximal zulässigen elektrischen Spannungsdifferenzen an Schalteinheiten;
- f) monitoring compliance with the permissible current limits in the case of equalizing currents between the batteries and maximum permissible electrical voltage differences on switching units;
Vorteilhafterweise werden dadurch maximal zulässige elektrische Spannungsdifferenzen an Schalteinheiten, beispielsweise Relais, eingehalten, wodurch ein sicherer Betrieb gewährleistet wird.Advantageously, maximum allowable electrical voltage differences on switching units, for example relays, are adhered to, as a result of which safe operation is ensured.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Batterien folgenden Schritt:
- g) Ermitteln von zulässigen Ladestromgrenzen und/oder Entladestromgrenzen für den Leistungsumrichter.
- g) determining permissible charging current limits and/or discharging current limits for the power converter.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von Batterien umfasst mindestens eine kabelgebundene und/oder kabellose Kommunikationsschnittstelle, mindestens eine Schalteinheit, einen Leistungsumrichter sowie mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, welche eingerichtet sind, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.A device according to the invention for operating batteries comprises at least one wired and/or wireless communication interface, at least one switching unit, a power converter and at least one means, in particular an electronic control unit, which are set up to carry out the steps of a method according to the invention.
Die Steuereinheit ist von den Batterien räumlich getrennt. Durch eine externe Steuereinheit kann vorteilhafterweise ein virtueller Batteriemaster realisiert werden, der unabhängig von herstellerspezifischen Batteriemanagementsystemen Batterien einer Batteriegruppe auf einen Leistungsumrichter schaltet.The control unit is spatially separated from the batteries. An external control unit can advantageously be used to implement a virtual battery master, which switches batteries in a battery group to a power converter independently of manufacturer-specific battery management systems.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung zum Betreiben von Batterien die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführt.According to an advantageous embodiment of the invention, a computer program is provided, comprising commands that cause the device for operating batteries to carry out the method steps according to the invention.
Ferner ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.Furthermore, a machine-readable storage medium is provided, on which the computer program is stored.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb einer Batterie findet vorteilhafterweise Verwendung in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.A device according to the invention for operating a battery is advantageously used in stationary storage devices for storing, in particular, regeneratively obtained electrical energy.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und -
2 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a device according to the invention; and -
2 a schematic representation of a flow chart of an embodiment of a method according to the invention.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.The same reference symbols designate the same device components in all figures.
Der Leistungsumrichter 102 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 104(3) zum Kommunizieren mit einer Kommunikationsschnittstelle 103(3) der elektronischen Steuereinheit 101 über einen Kommunikationskanal 105(3) sowie Anschlussmittel 109 zum elektrischen Verbinden des Leistungsumrichters 102 mit einem Stromnetz.The
Ferner sind in der dargestellten Ausführungsform eine Vielzahl von Batterien 106(1), 106(2), 106(n) vorgesehen.Also in the illustrated embodiment, a plurality of batteries 106(1), 106(2), 106(n) are provided.
Die Batterien 106(1), 106(2), 106(n) umfassen jeweils eine Kommunikationsschnittstelle 104(1), 104(2), 104(n) zum Kommunizieren mit Kommunikationsschnittstellen 103(1), 103(2), 103(n) der elektronischen Steuereinheit 101 über Kommunikationskanäle 105(1), 105(2), 105(n) sowie schaltbare Anschlusspole 108(1), 108(2), 108(n), zum elektrischen Verbinden der Batterien 106(1), 106(2), 106(n) mit dem Leistungsumrichter 102 mittels elektrischer Verbindungen 107(1), 107(2).Batteries 106(1), 106(2), 106(n) each include a communication interface 104(1), 104(2), 104(n) for communicating with communication interfaces 103(1), 103(2), 103( n) the
In Schritt 200 wird das Verfahren gestartet und Batteriekandidaten nach Spannungsklassen sortiert.The method is started in
In Schritt 201 werden innerhalb einer Spannungsklasse die Batteriekandidaten nach Innenwiderstand und Restkapazität klassifiziert.In
Aus den Innenwiderständen, Restkapazitäten und/oder einem zulässigen Nennstroms werden in Schritt 202 zulässige Stromgrenzen der Batteriekandidaten abgeleitet.In
In Schritt 203 werden Batterien mit ähnlichem Innenwiderstand und/oder ähnlicher Restkapazität zu einer Batteriegruppe parallelgeschaltet.In
In Schritt 204 werden einzelne Batterien einer Batteriegruppe in Abhängigkeit von Spannungsdifferenzen, Ladezustandsdifferenzen, Restkapazitäten und/oder Innenwiderständen auf einen Leistungsumrichter geschaltet.In
In Schritt 205 wird eine Einhaltung der zulässigen Stromgrenzen bei Ausgleichströmen zwischen den Batterien und von maximal zulässigen elektrischen Spannungsdifferenzen an Schalteinheiten überwacht. In einem Fehlerfall wird das Verfahren in Schritt 207 beendet und die fehlerhafte Batterie abgeschaltet.In
In Schritt 206 werden zulässige Ladestromgrenzen und/oder Entladestromgrenzen für den Leistungsumrichter ermittelt und das Verfahren in Schritt 204 fortgesetzt oder in Schritt 207 beendet.In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022129838A1 (en) | 2022-11-11 | 2024-05-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Process for reusing battery modules and motor vehicles |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103337671A (en) | 2013-06-27 | 2013-10-02 | 国家电网公司 | Cascade utilization screening method of waste power batteries |
WO2018104965A1 (en) | 2016-12-07 | 2018-06-14 | Kumar Maini Chetan | Battery swapping systems and methods |
CN109742471A (en) | 2018-11-28 | 2019-05-10 | 北京海博思创科技有限公司 | The processing system of retired battery |
US10752128B1 (en) | 2019-06-27 | 2020-08-25 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Systems and method for EV battery second-life management |
-
2020
- 2020-09-21 DE DE102020211748.9A patent/DE102020211748A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103337671A (en) | 2013-06-27 | 2013-10-02 | 国家电网公司 | Cascade utilization screening method of waste power batteries |
WO2018104965A1 (en) | 2016-12-07 | 2018-06-14 | Kumar Maini Chetan | Battery swapping systems and methods |
CN109742471A (en) | 2018-11-28 | 2019-05-10 | 北京海博思创科技有限公司 | The processing system of retired battery |
US10752128B1 (en) | 2019-06-27 | 2020-08-25 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Systems and method for EV battery second-life management |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022129838A1 (en) | 2022-11-11 | 2024-05-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Process for reusing battery modules and motor vehicles |
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