DE102021108091A1

DE102021108091A1 - Charakterisieren und Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers abhängig von dessen Alterungszustand

Info

Publication number: DE102021108091A1
Application number: DE102021108091.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph Zoerr; Bernhard Kreppold; Simon Erhard
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2021-03-30
Publication date: 2022-10-06

Abstract

Gemäß einem Verfahren zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers (2) wird dieser in einem ersten Ladevorgang geladen, wobei ein Ladestrom auf einen vorgegebenen Stromwert geregelt wird, oder der erste Ladevorgang wird anhand eines vorgegebenen Simulationsmodells simuliert. Eine Anschlussspannungskurve (8) als Funktion der während des ersten Ladevorgangs eingebrachten Ladung wird bestimmt und gespeichert, und die Anschlussspannungskurve (8) wird zur Charakterisierung der Alterung des Energiespeichers (2) und/oder zum alterungsoptimierten Laden des Energiespeichers (2) in einem zweiten Ladevorgang verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers, ein entsprechendes Steuerungssystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Steuerungssystem.
Eine wesentliche Herausforderung im Zusammenhang mit dem Betrieb von lithiumbasierten Energiespeichern, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, beispielsweise beim Einsatz in elektrisch oder teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugen, besteht im Umgang mit Alterungsphänomenen. Unter dem Begriff der Alterung können dabei beispielsweise irreversible physikalische und chemische Vorgänge verstanden werden, die zu einer Verringerung der nutzbaren Energie oder der nutzbaren Leistung des Energiespeichers führen. Folglich sind sowohl die alterungsabhängige Charakterisierung des Energiespeichers als auch die Berücksichtigung des Alterungszustands beim Laden des Energiespeichers erstrebenswert.
In der einschlägigen Literatur wird beispielsweise die Problematik adressiert, wonach die Ermittlung beziehungsweise Überwachung des Alterungszustands in praktischen Anwendungen, wie beispielsweise in einem Batteriemanagementsystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, nicht trivial ist. Es sind außerdem experimentelle Verfahren bekannt, um den Alterungszustand einer Batterie zu charakterisieren, insbesondere unter Verwendung der Impedanzspektroskopie. Die Impedanzspektroskopie kann jedoch nicht in einem Normalbetrieb des Fahrzeugs, also online, angewendet werden.
Im Dokument „A quick on-line state of health estimation method for Li-ion battery with incremental capacity curves processed by Gaussian filter“, Y. Li et al., Journal of Power Sources, 373, 40-53, 2018, wird eine Auswertung charakteristischer Merkmale im ladezustandsabhängigen Widerstandsverhalten von Lithium-Batterien beschrieben. Dabei wird gezeigt, dass sich die Werte der Zellspannung, bei denen der Widerstand der Lithium-Ionen-Batterie Änderungen erfährt, verschieben, wenn die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie alterungsbedingt abnimmt. Dieses Verhalten kann zur Ermittlung der Restkapazität der Batterie verwendet werden. Das beschriebene Verfahren weist jedoch eine Ladestromabhängigkeit auf. Um das Widerstandsverhalten der Batterie adäquat darzustellen, ist außerdem eine sehr feine zeitliche Auflösung von Zellspannung und eingebrachter Ladungsmenge erforderlich.
Vor diesem Hintergrund ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept anzugeben, das es erlaubt, die Alterung eines Energiespeichers präzise und ohne wesentlichen Eingriff in den Normalbetrieb des Energiespeichers zu charakterisieren und/oder beim Laden des Energiespeichers zu berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, während eines ersten Ladevorgangs die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung aufzuzeichnen oder einen solchen ersten Ladevorgang zu simulieren und die resultierende Anschlussspannungskurve zur Charakterisierung der Alterung oder zum alterungsoptimierten Laden in einem zweiten Ladevorgang zu verwenden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers angegeben. Der Energiespeicher wird in einem ersten Ladevorgang von einem initialen Ladezustand zu einen Zielladezustand geladen, insbesondere mittels einer Ladevorrichtung, wobei ein Ladestrom während des ersten Ladevorgangs auf einen vorgegebenen konstanten Stromwert geregelt wird, insbesondere mittels einer Steuereinheit der Ladevorrichtung. Alternativ wird der erste Ladevorgang anhand eines vorgegebenen Simulationsmodells simuliert, insbesondere mittels einer Recheneinheit. Es wird eine Anschlussspannungskurve bestimmt, insbesondere mittels einer Messvorrichtung, und gespeichert, insbesondere auf einer Speichereinheit, wobei die Anschlussspannungskurve einer Anschlussspannung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers während des ersten Ladevorgangs als Funktion einer in den elektrischen Energiespeicher eingebrachten Ladung, mit anderen Worten als Funktion des Ladungseintrags, während des ersten Ladevorgangs entspricht. Mittels der Recheneinheit wird eine Alterung des Energiespeichers abhängig von der Anschlussspannungskurve charakterisiert. Alternativ oder zusätzlich wird der Energiespeicher in einem zweiten Ladevorgang mittels der Ladevorrichtung abhängig von der Anschlussspannungskurve geladen, insbesondere alterungsoptimiert geladen.
Der lithiumbasierte Energiespeicher kann insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet sein. Für die Zellchemie des lithiumbasierten Energiespeichers kommen dabei unterschiedliche Varianten in Frage. Beispielsweise kann der lithiumbasierte Energiespeicher als Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator, als Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator, als Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akkumulator oder als Lithium-Mangan-Akkumulator ausgestaltet sein. Ferner kann der Energiespeicher als Lithium-Polymer-Akkumulator ausgebildet sein oder ein lithiumhaltiger Elektrolyt des Energiespeichers kann in flüssiger Form vorliegen.
Die während des ersten Ladevorgangs eingebrachte Ladung entspricht insbesondere einer Ladungsmenge, die von dem initialen Ladezustand bis zu einem jeweils aktuellen Ladezustand eingebracht wurde. Die Anschlussspannungskurve kann also auch als Anschlussspannung als Funktion des aktuellen Ladezustands (englisch: „state of charge“, SoC) beziehungsweise der Differenz des aktuellen Ladezustands zum initialen Ladezustand betrachtet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der initiale Ladezustand und der Zielladezustand nicht notwendigerweise einem minimal möglichen beziehungsweise einem maximal möglichen Zielladezustand des Energiespeichers entsprechen. Mit anderen Worten ist mit Vorteil kein Vollladehub zur Charakterisierung des Alterungszustands notwendig.
Dem verbesserten Konzept liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Anschlussspannungskurve für einen konstanten vorgegebenen Stromwert mit der Alterung des Energiespeichers verändert. Insbesondere spiegeln sich eine Abnahme der verfügbaren Ladungskapazität des Energiespeichers sowie eine Zunahme des Innenwiderstands des Energiespeichers in der Veränderung der Anschlussspannungskurve wider. So führt beispielsweise die Abnahme der Ladungskapazität zu einer Stauchung der Anschlussspannungskurve beziehungsweise der Anstieg des Innenwiderstands führt zu einer Verschiebung der Anschlussspannungskurve. Diese Erkenntnis kann zum einen dazu herangezogen werden, die Alterung des Energiespeichers durch Analyse der Veränderung der Anschlussspannungskurve, beispielsweise bezüglich einer Referenzkurve, zu charakterisieren, beispielsweise indem ein Wert für die Abnahme der Ladungskapazität beziehungsweise den Anstieg des Innenwiderstands ermittelt wird. Das beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Alterungszustand sehr schnell bestimmt werden kann.
Zum anderen kann die Anschlussspannungskurve auch bei der Stromregelung während des zweiten Ladevorgangs berücksichtigt werden. Hierzu kann eine Referenzkurve, welche der eingebrachten Ladung einen Wert für die Anschlussspannung zuordnet, bei dem das Anodenpotential im ungealterten Zustand des Energiespeichers gleich einem vorgegebenen konstanten Potentialwert ist, in Abhängigkeit der Anschlussspannungskurve modifiziert oder verschoben werden, um die Alterung des Energiespeichers zu berücksichtigen. Zur Vermeidung von Lithium-Plating kann der Energiespeicher dann entsprechend der modifizierten oder verschobenen Referenzkurve geladen werden, wenn der vorgegebene Potentialwert größer oder gleich 0 V gegenüber Li/Li+ ist.
Der Ladestrom kann gegebenenfalls während des ersten Ladevorgangs und gegebenenfalls während des zweiten Ladevorgangs in einem Bereich geregelt werden, der sich für Schnellladevorgänge des Energiespeichers eignet. Dadurch wird also insbesondere vermieden, dass eine Beeinträchtigung des Normalbetriebs des Energiespeichers und gegebenenfalls des entsprechenden Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Beispielsweise ist der Stromwert größer oder gleich (0,2*C/h), vorzugsweise größer oder gleich (0,5*C/h), wobei C eine Nennladungskapazität des Energiespeichers bezeichnet. Mit anderen Worten kann also eine vollständige Ladung des Energiespeichers in weniger als fünf Stunden, vorzugsweise weniger als zwei Stunden, erreicht werden. Beispielsweise kann der Stromwert kleiner oder gleich (1*C/h) sein.
Alternativ zu der tatsächlichen Durchführung des ersten Ladevorgangs und der messtechnischen Erfassung der Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung kann die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung und damit die Anschlussspannungskurve mittels eines geeigneten physiochemischen oder elektrochemischen Simulationsmodells bestimmt werden. In solchen Ausführungsformen ist der erste Ladevorgang also ein simulierter erster Ladevorgang. Insbesondere kann auch bei der Simulation ein konstanter Ladestrom angenommen werden. Beispielsweise kann als Simulationsmodell ein quasizweidimensionales Modell verwendet werden, auch als pseudozweidimensionales Modell bezeichnet. Ein bekanntes Modell dieser Art stellt das Newman P2D-Modell dar.
Es ist bekannt, dass sogenanntes Lithium-Plating besonders dann auftritt, wenn das Anodenpotential unter 0 V gegenüber einer Li/Li+ Bezugselektrode abfällt, wodurch das Abscheiden von metallischem Lithium energetisch günstiger ist als das Einlagern von Lithium-Ionen in die negative Elektrode. Das Anodenpotential ist als Potentialdifferenz zwischen der Grenzfläche des Anodenaktivmaterials und dem Elektrolyten gegenüber Lithium als Referenz definiert. Das Ruhepotential von lithiiertem Graphit gegenüber Lithium liegt bei etwa 1,5 V gegenüber Li/Li⁺ bis 70 mV gegenüber Li/Li⁺. Beim Laden können durch den Ladungsträgertransport Überspannungen auftreten, die das Anodenpotential verringern. Bei hohen Ladeströmen sinkt das Anodenpotential unter 0 V gegenüber Li/Li+ und es kommt zur Abscheidung von Lithium-Ionen auf der Oberfläche der negativen Elektrode. Das Ruhepotential von Graphit gegenüber Lithium sinkt mit steigender Lithiierung. Niedrige Temperaturen und hierdurch bedingte ungünstige Randbedingungen für den Ladungstransport bewirken erhöhte Überspannungen, die das Anodenpotential verringern. Das Anodenpotential ist folglich unter anderen abhängig von einem Ladestrom, einem Ladungszustand, einer Temperatur der galvanischen Zelle oder dergleichen. Es ist wünschenswert, besonders während des Ladevorgangs möglichst gut sicherstellen zu können, dass das Anodenpotential nicht kleiner oder gleich 0 V gegenüber einer Li/Li+ Bezugselektrode wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept wird mittels der Recheneinheit wenigstens eine Kenngröße zur Charakterisierung der Alterung des Energiespeichers basierend auf einer Abweichung der Anschlussspannungskurve von einer vorgegebenen Referenzkurve für die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung bestimmt.
Die wenigstens eine Kenngröße kann dabei beispielsweise eine Innenwiderstandsdifferenz des Energiespeichers und/oder eine Ladungskapazitätsdifferenz des Energiespeichers beinhalten.
Die Referenzkurve für einen gegebenen Ladestromwert und gegebenenfalls weitere Bedingungen, wie den initialen Ladezustand und/oder die Temperatur, kann beispielsweise anhand eines elektrochemischen Modells für den Energiespeicher bestimmt werden, beispielsweise anhand eines quasizweidimensionalen Modells, auch als pseudozweidimensionales Modell bezeichnet. Ein bekanntes Modell dieser Art stellt das Newman P2D-Modell dar.
Die Innenwiderstandsdifferenz entspricht dabei einer Differenz des Innenwiderstands des Energiespeichers während des ersten Ladevorgangs zu einem Referenzwert des Innenwiderstands des Energiespeichers. Der Referenzwert des Innenwiderstands kann dem Innenwiderstand zu einem Referenzzeitpunkt entsprechen, wobei die Referenzkurve den Energiespeicher zu dem Referenzzeitpunkt charakterisiert. Der Referenzzeitpunkt kann beispielsweise einem Neuzustand, also einem Zustand ohne Alterung oder ohne wesentliche Alterung des Energiespeichers entsprechen. Die Referenzkurve entspricht insbesondere demselben Stromwert für den Ladestrom wie er für die Anschlussspannungskurve vorgegeben wird.
Entsprechend kann die Ladungskapazitätsdifferenz einer Differenz der Ladungskapazität des Energiespeichers, die im Allgemeinen auch als Kapazität des Energiespeichers bezeichnet wird, während des ersten Ladevorgangs zu einem Referenzwert der Ladungskapazität des Energiespeichers. Der Referenzwert der Ladungskapazität kann dabei der Ladungskapazität zu dem Referenzzeitpunkt entsprechen.
Das Bestimmen der Abweichung der Anschlussspannungskurve von der Referenzkurve kann es beispielsweise beinhalten zu bestimmen, durch welche Parameter sich die Anschlussspannungskurve von der Referenzkurve unterscheidet oder, mit anderen Worten, wie die Referenzkurve auf die Anschlusskurve abgebildet werden kann.
Dazu kann beispielsweise mittels der Recheneinheit eine Abbildungsvorschrift ermittelt werden, welche die Referenzkurve auf die Anschlussspannungskurve abbildet. Alternativ oder zusätzlich können die Anschlussspannungskurve sowie die Referenzkurve parametrisiert werden, und die entsprechenden Parameter können verglichen werden, um die Abweichung zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit basierend auf der Referenzkurve und der Anschlussspannungskurve eine Vorschrift ermittelt, durch welche die Referenzkurve auf die Anschlussspannungskurve abgebildet wird, wobei die Vorschrift durch wenigstens einen Abbildungsparameter definiert ist. Die wenigstens eine Kenngröße wird, insbesondere mittels der Recheneinheit, in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Abbildungsparameter bestimmt.
Das Ermitteln der Vorschrift kann dabei als Bestimmen der Abweichung verstanden werden. Das Ermitteln der Vorschrift beinhaltet insbesondere das Ermitteln der Abbildungsparameter.
Die Vorschrift kann beispielsweise ausgedrückt werden als f: U_r → U_r', wobei U_r'(Q) = U_r(a*Q) + b und wobei a und b Abbildungsparametern entsprechen, die derart gewählt sind, dass A, B so, dass [U(Q) - U_r'(Q)] minimiert wird. Ferner bezeichnen Q die eingebrachte Ladungsmenge, U_r(Q) die Referenzkurve und U(Q) die Anschlussspannungskurve.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ordnet die Referenzkurve einem Wert für die eingebrachte Ladung einen Wert für die Anschlussspannung zu, bei dem das Anodenpotential des Energiespeichers gegenüber der Li/Li+-Bezugselektrode gleich einem vorgegebenen konstanten Potentialwert ist.
Insbesondere ist das Anodenpotential für alle Paare von Anschlussspannung und eingebrachter Ladung gemäß der Referenzkurve gleich dem konstanten Potentialwert. Dabei können weitere Randbedingungen gegeben sein. Beispielsweise kann die Referenzkurve von dem initialen Ladezustand abhängen und/oder von einer Temperatur, insbesondere einer Zelltemperatur, des Energiespeichers.
Insbesondere ist der Potentialwert größer oder gleich null. Ist der Potentialwert gleich null, so stellt die Referenzkurve eine Grenzkurve dar, die einen Bereich positiven Anodenpotentials von einem Bereich negativen Anodenpotentials trennt. Andere Potentialwerte führen zu entsprechenden Grenzkurven.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Referenzkurve individuell für den elektrischen Energiespeicher ermittelt und diesem zugeordnet gespeichert, insbesondere auf der Speichereinheit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Energiespeicher in dem zweiten Ladevorgang, der insbesondere nach dem ersten Ladevorgang liegt, mittels der Ladevorrichtung geladen, wobei der Ladestrom während des zweiten Ladevorgangs abhängig von der während des zweiten Ladevorgangs eingebrachten Ladung geregelt wird, insbesondere mittels der Steuereinheit. Die Regelung erfolgt dabei abhängig von der Anschlussspannungskurve.
Dadurch wird sichergestellt, dass das Potential der Elektrode des elektrischen Energiespeichers während des zweiten Ladevorgangs stets dem vorgegebenen Potentialwert entspricht. So kann insbesondere durch entsprechende Wahl des Potentialwerts Lithium-Plating verhindert werden und gleichzeitig ein möglichst hoher Ladestrom und dementsprechend eine möglichst kurze Ladedauer erreicht werden. Zur Vermeidung von Lithium-Plating kann dabei insbesondere eine Kurve, die mit einem vordefinierten Wert des Anodenpotentials korreliert, entsprechend eines Alterungszustands des Energiespeichers skaliert werden. Der Alterungszustand kann dabei durch Vergleich der Referenzkurve mit der Anschlussspannungskurve ermittelt werden.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Steuerungssystem zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers angegeben. Das Steuerungssystem weist eine Speichereinheit auf, die eine Anschlussspannungskurve speichert, welche einer Anschlussspannung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers während eines ersten Ladevorgangs als Funktion einer eingebrachten Ladung während des ersten Ladevorgangs entspricht. Bei dem ersten Ladevorgang kann es sich dabei insbesondere um einen mittels einer Ladevorrichtung des Steuerungssystems tatsächlich durchgeführten Ladevorgang oder um einen entsprechenden, anhand eines Simulationsmodells simulierten ersten Ladevorgang des Energiespeichers handeln.
Das Steuerungssystem weist eine Recheneinheit auf, die dazu eingerichtet ist, eine Alterung des Energiespeichers abhängig von der Anschlussspannungskurve zu charakterisieren und/oder die Ladevorrichtung ist dazu eingerichtet, den Energiespeicher in einem zweiten Ladevorgang abhängig von der Anschlussspannungskurve zu laden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Steuerungssystems nach dem verbesserten Konzept ist die Ladevorrichtung dazu eingerichtet, den Energiespeicher in dem ersten Ladevorgang von einem initialen Ladezustand zu einem Zielladezustand zu laden, wobei die Ladevorrichtung eine Steuereinheit enthält, die dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom während des ersten Ladevorgangs auf einen vorgegebenen konstanten Stromwert zu regeln. Das Steuerungssystem weist eine Messvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Anschlussspannungskurve zu bestimmen und auf der Speichereinheit zu speichern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Steuerungssystems nach dem verbesserten Konzept ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, wenigstens eine Kenngröße zur Charakterisierung der Alterung des Energiespeichers basierend auf einer Abweichung der Anschlussspannungskurve von einer Referenzkurve für die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Ladevorrichtung dazu eingerichtet, den Energiespeicher in dem zweiten Ladevorgang zu laden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Ladestrom während des zweiten Ladevorgangs abhängig von der eingebrachten Ladung derart zu regeln, dass die Anschlussspannung während des zweiten Ladevorgangs einem durch die Anschlussspannungskurve gegebenen Wert entspricht.
Weitere Ausführungsformen des Steuerungssystems nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere ist ein Steuerungssystem nach dem verbesserten Konzept dazu eingerichtet, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder es führt ein solches Verfahren durch.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Kraftfahrzeug angegeben, insbesondere ein elektrisch betreibbares oder teilweise elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist einen lithiumbasierten elektrischen Energiespeicher auf sowie ein Steuerungssystem nach dem verbesserten Konzept. Die Ladevorrichtung des Steuerungssystems ist dabei zum Zuführen eines elektrischen Ladestroms an zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers angeschlossen.
Der elektrische Energiespeicher ist dabei insbesondere zur Versorgung eines elektrischen Traktionsmotors des Kraftfahrzeugs mit dem Traktionsmotor gekoppelt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
Das verbesserte Konzept wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines Steuerungssystems nach dem verbesserten Konzept;
2 eine Referenzkurve für eine Anschlussspannung als Funktion einer eingebrachten Ladung;
3 eine Anschlussspannungskurve und eine Referenzkurve für die Anschlussspannung; und
4 eine weitere Anschlussspannungskurve und eine weitere Referenzkurve für die Anschlussspannung.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 4 mit einem Elektromotor 3 und einem lithiumbasierten elektrischen Energiespeicher 2, insbesondere einer Li-Hochvoltbatterie, zur Versorgung des Elektromotors 3. Das Kraftfahrzeug 4 weist außerdem eine beispielhafte Ausführungsform eines Steuerungssystems 1 nach dem verbesserten Konzept auf, das insbesondere dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Das Steuerungssystem 1 weist eine Ladevorrichtung auf, beispielsweise ein Batteriemanagementsystem, die dazu eingerichtet, den Energiespeicher 2 bei entsprechendem Anschluss an eine Energiequelle, beispielsweise eine Ladesäule, in einem ersten Ladevorgang von einem initialen Ladezustand zu einem Zielladezustand zu laden. Die Ladevorrichtung weist außerdem eine Steuereinheit auf, die den Ladestrom während des ersten Ladevorgangs auf einen vorgegebenen konstanten Stromwert regelt. Das Steuerungssystem 1 verfügt außerdem über eine Messvorrichtung, die die Anschlussspannung und die während des Ladevorgangs eingebrachte Ladung, insbesondere anhand des Ladestroms, bestimmen kann. Die Messvorrichtung kann daher eine Anschlussspannungskurve 8 (siehe 3, 4) bestimmen und auf einer Speichereinheit des Steuerungssystems 1 speichern. Die Anschlussspannungskurve 8 entspricht dabei der Anschlussspannung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen des Energiespeichers 2 während des ersten Ladevorgangs als Funktion der eingebrachten Ladung. Alternativ kann die Anschlussspannungskurve 8 auch anhand einer Simulation bestimmt werden.
Die Funktion des Steuerungssystems und das Verfahren nach dem verbesserten Konzept werden im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
2 zeigt eine Referenzkurve 5 für die Anschlussspannung U als Funktion der eingebrachten Ladung Q. Die Referenzkurve 5 ordnet dabei einem Wert für die eingebrachte Ladung Q einen Wert für die Anschlussspannung U zu, bei dem ein Anodenpotential des Energiespeichers 2 gleich null ist. Die Referenzkurve 5 kann dabei beispielsweise parametrisch auch von der Temperatur, insbesondere der Zelltemperatur, des Energiespeichers 2, insbesondere zu Beginn des entsprechenden Ladevorgangs, und/oder von einem initialen Ladezustand des Energiespeichers 2 abhängen.
Dementsprechend trennt die Referenzkurve 5 einen ersten Bereich 6 von einem zweiten Bereich 7 im Wertefeld der Anschlussspannung U und der Ladung Q. Befindet sich für einen gegebenen der eingebrachten Ladung Q die Anschlussspannung U in dem ersten Bereich 6, also in der Darstellung der 2 oberhalb der Referenzkurve 5, so ist das Anodenpotential kleiner als null. In diesem Fall tritt potentiell Lithium-Plating auf. Befindet für einen gegebenen Wert der eingebrachten Ladung Q der Wert der Anschlussspannung U im zweiten Bereich 7, also unterhalb der Referenzkurve 5, so ist das Anodenpotential größer als null, so dass kein Lithium-Plating auftritt.
Die Referenzkurve 5 beschreibt dabei den Energiespeicher 2 im ungealterten Zustand. Um die Referenzkurve 5 zu erhalten, kann beispielsweise die Impedanzantwort des Energiespeichers bei Einprägen eines vordefinierten Ladestroms und für einen bestimmten Belastungszustand ausgewertet werden. Der Belastungszustand entspricht dabei beispielsweise einer Kombination aus Ladestrom und Temperatur. Ebenso kann das charakteristische Anodenpotentialverhalten ausgewertet werden. Dazu kann beispielsweise eine Modellierung oder Simulation des Energiespeichers 2 gemäß dem Newman P2D-Ansatz durchgeführt werden. Die Impedanzantwort des Energiespeichers kann ausgenutzt werden, um auf das entsprechende Anodenpotential zu schließen. Dazu kann die Impedanz beispielsweise als Änderung der Anschlussspannung U über dem Ladungseintrag Q dargestellt werden.
Basierend auf der Referenzkurve 5 und der Anschlussspannungskurve 8 kann daher auf den Alterungszustand des Energiespeichers geschlossen werden, beispielsweise während der Durchführung eines Ladevorgangs, insbesondere eines Schnellladevorgangs. Hierzu wird auf die Darstellung der Impedanzantwort als Änderung der Anschlussspannung U über der eingebrachten Ladung Q zurückgegriffen. Es wird insbesondere ausgenutzt, dass sich das Impedanzverhalten des lithiumbasierten Energiespeichers 2 im gealterten Zustand ändert. Die Änderung der Impedanzantwort führt bei identischer Belastung zu einer Verschiebung und/oder Stauchung des Verlaufs der Anschlussspannung U als Funktion der eingebrachten Ladung Q. Über die konkrete Ausprägung der Verschiebung und/oder Stauchung gegenüber der Referenzkurve 5 können sowohl die Ladungskapazitätsabnahme des Energiespeichers als auch dessen Innenwiderstandszunahme quantifiziert werden. Ein Vorteil der beschriebenen Methodik besteht dabei darin, dass der tatsächliche Alterungszustand des untersuchten Energiespeichers festgestellt werden kann, ohne dass auf laufleistungs- oder temperaturabhängige Flottenmittelwerte zurückgegriffen werden muss. Solche Flottenmittelwerte weisen eine hohe Abhängigkeit vom Nutzungsverhalten und der bisherigen Alterungshistorie der entsprechenden Energiespeicher auf, so dass sich eine entsprechende Ungenauigkeit bei der Quantifizierung des Alterungszustands ergeben würde.
In 3 sind die Anschlussspannungskurve U und eine entsprechende Referenzkurve 5 dargestellt. Hierbei wurde beispielhaft angenommen, dass sich die Ladungskapazität des Energiespeichers 2 im Vergleich zum ungealterten Zustand verringert hat und der Innenwiderstand gleich geblieben ist. Die Referenzkurve 5 kann daher durch eine Stauchung in Q-Richtung auf die Anschlussspannungskurve 8 abgebildet werden.
In 4 sind eine weitere Anschlussspannungskurve 8 und eine entsprechende Referenzkurve 5 gezeigt. Hier wurde im Gegensatz zur 3 beispielhaft angenommen, dass sich der Innenwiderstand erhöht hat, wohingegen die Ladungskapazität konstant geblieben ist. In diesem Fall ergibt sich die Anschlussspannungskurve 8 aus der Referenzkurve 5 durch eine Verschiebung hin zur höheren Anschlussspannung U.
Im Allgemeinen tritt im Rahmen der Alterung jedoch sowohl eine Verringerung der Ladungskapazität als auch eine Erhöhung des Innenwiderstands auf. Dementsprechend kann die Referenzkurve 5 durch Stauchung und Verschiebung näherungsweise auf die Anschlussspannungskurve 8 abgebildet werden. Indem die entsprechenden Abbildungsparameter optimiert werden, so dass die Abweichung zwischen der Abbildung der Referenzkurve 5 von der Anschlussspannungskurve 8 minimiert wird, können entsprechende Werte für die Ladungskapazitätsabnahme und die Innenwiderstandszunahme abgeleitet werden. Insbesondere kann die durch die Abbildung resultierende modifizierte Referenzkurve U_r'(Q) ausgedrückt werden als U_r'(Q) = U_r(a*Q) + b. Indem also U(Q) - U_r'(Q) durch Variation der Abbildungsparameter a und b minimiert wird, lassen sich die Kapazitätsabnahme ΔC ~ a und die Innenwiderstandszunahme ΔR ~ b bestimmen, wobei U(Q) die Anschlussspannungskurve 8 bezeichnet und U_r(Q) die Referenzkurve 5.
Alternativ oder zusätzlich kann die reduzierte Leistungsfähigkeit des Energiespeichers 2, die mit der Alterung einhergeht, also insbesondere mit der Abnahme der Ladungskapazität und der Zunahme des Innenwiderstands, im Kontext von folgenden Ladevorgängen, also insbesondere bei einem zweiten Ladevorgang, durch eine entsprechende Adaption des Ladeprofils adressiert werden. Die aus der Korrelation zwischen Impedanz und Anodenpotentialverhalten abgeleitete maximal zulässige Anschlussspannung, wie sie durch die Referenzkurve 5 wiedergegeben ist, kann durch eine entsprechende Verschiebung beziehungsweise Stauchung des Anschlussspannungsverlaufs korrigiert werden, indem die Anschlussspannungskurve 8 im zweiten Ladevorgang zur Stromregelung herangezogen wird. So kann die Unterschreitung eines vorgegebenen Ziel- beziehungsweise Auslegungswerts für das Anodenpotential, beispielsweise null, auch bei einer alterungsbedingt weniger leistungsfähigen Batterie vermieden werden. Dementsprechend wird die Erhöhung des Risikos für Lithium-Plating bei Alterung des Energiespeichers 2 vermieden. Da zu jedem Zeitpunkt eine zuverlässige Abschätzung im Hinblick auf das Anodenpotential des Energiespeichers 2 getroffen werden kann, kann die Ladezeit über die gesamte Lebensdauer des Energiespeichers 2 hinweg minimiert werden. Eine unter Umständen eher konservativ ausgelegte Adaption des Ladestroms ist nicht notwendig.
Eine wesentliche Herausforderung im Zusammenhang mit dem Betrieb von Li-Ionen Batterien besteht im Umgang mit Alterungsphänomenen. Der effiziente und sichere Betrieb von Li-Ionen Batterien erfordert eine präzise Ermittlung des vorliegenden Alterungszustands, auch als SoH (englisch: „state of health“) bezeichnet. Das Monitoring des SoH stellt insbesondere in online Anwendungen, beispielsweise in Batteriemanagementsystemen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen eine gewisse Herausforderung dar. Diese Problematik kann durch den Umstand begründet werden, dass die altersbedingte Abnahme von Energie und Leistung der Li-Ionen Batterie von verschiedenartigen äußeren Einflussfaktoren bestimmt wird. Hierunter können unter anderem das Betriebsverhalten, die vorliegenden Umgebungsbedingungen und die bisherige Alterungshistorie der Batterie verstanden werden. Die Alterung von Li-Ionen Batterie macht sich in erster Linie über eine Abnahme der Nutzbaren Kapazität bemerkbar. Neben der beschriebenen Kapazitätsabnahme kann mit zunehmender Alterung eine Erhöhung des Innenwiderstands festgestellt werden.
Die altersbedingte Verringerung der Kapazität einer Li-Ionen Batterie kann beispielsweise auf den Verbrauch des zyklisierbaren Lithiums und die teilweise Passivierung des Elektrodenmaterials zurückgeführt werden. Der Verlust von zyklisierbarem Lithiums wird zum Beispiel durch Lithium-Plating verursacht. Hierunter ist die Abscheidung von Li+-Ionen in metallischer Form an der Elektrodenoberfläche zu verstehen. Thermodynamisch kann der Vorgang des Platings mit Hilfe des Anodenpotentials begründet werden. Die Abscheidung von Li+-lonen an der Elektrodenoberfläche ist verglichen mit einer Einlagerung in der porösen Gitterstruktur der Elektrode energetisch günstiger, wenn das Anodenpotential Werte kleiner als null gegenüber metallischem Lithium annimmt.
Neben dem beschriebenen Plating-Vorgang existieren weitere Mechanismen, die zu einer Kapazitätsabnahme der Li-Ionen Batterie führen können. Beispielhaft sei an dieser Stelle die Ausbildung einer passivierenden Schicht zwischen Elektrode und Elektrolyt genannt. Diese Zwischenschicht wird als Solid-Electrolyte-Interface, SEI, bezeichnet. Die Ausbildung und das Wachstum der SEI sind im Wesentlichen auf Wechselwirkungen zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Elektrolyten zurückzuführen. Durch das Wachstum der SEI wird Lithium verbraucht, wodurch die nutzbare Kapazität der Li-Ionen Batterie verringert wird. Die Ausbildung der SEI hat weiterhin eine Erhöhung des Innenwiderstands der Li-Ionen Batterie zur Folge. Dieses Verhalten ist durch den negativen Einfluss der SEI auf den Ladungsübergang vom Elektrolyten in die Elektrode zu begründen.
Durch das verbesserte Konzept kann unter anderem der Problematik begegnet werden, dass sich das temperatur- und ladestromabhängige Verhalten einer Li-lonen-Batterie bei deren Alterung verändert. Der SoH wird zudem erheblich durch das Betriebsverhalten der Batterie, die vorliegenden Umgebungsbedingungen und die bisherige Alterungshistorie beeinflusst. Li-Ionen Batterien in Hochvoltspeichern für Elektro- und Hybridfahrzeuge unterliegen zum Teil stark unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. Des Weiteren unterscheidet sich auch das Nutzungsverhalten verschiedener Kunden teilweise erheblich. Infolge dieser Problematik kann das Alterungsverhalten der verwendeten Li-Ionen Batterie in Lebensdaueruntersuchungen, die im Zuge des Entwicklungsprozesses durchgeführt werden, nur eingeschränkt abgebildet werden. Das verbesserte Konzept erlaubt es in verschiedenen Ausführungsformen, den Alterungszustand der Li-lonen-Batterie im laufenden Betrieb zu ermitteln.
Die oben genannte Änderung des Betriebsverhaltens der Li-Ionen Batterie im gealterten Zustand kann unabhängig vom vorliegenden Betriebszustand zu einer Erhöhung der Belastung führen. Im Kontext von Ladevorgängen, insbesondere Schellladevorgängen, wird beispielsweise der Widerstand für den Ladungsübergang vom Elektrolyten in die Elektrode durch die Ausbildung und das Wachstum der SEI erhöht. Dieser Mechanismus wirkt sich auf das Anodenpotential der Li-Ionen Batterie aus. Das verbesserte Konzept erlaubt es in verschiedenen Ausführungsformen, den Ladestrom mit zunehmender Alterung zu adaptieren, damit der Zielwert für das Anodenpotential im Ladevorgang über die gesamte Lebensdauer eingehalten werden kann. So lässt sich eine überproportional starke Kapazitätsabnahme oder sogar eine Beschädigung der Li-Ionen Batterie durch Li-Plating auch im gealterten Zustand der Batterie verhindern.
Das verbesserte Konzept erlaubt es in verschiedenen Ausführungsformen, Ladeverfahren für Li-lonen-Batterien zu realisieren, die auf dem Impedanz-Widerstandsverhalten der Li-lonen-Zelle basiert. Dazu kann eine temperatur- und ladezustandsabhängige maximal zulässige Zellspannung aus dem Impedanzverhalten der Li-lonen-Batterie abgeleitet werden. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass das Einprägen eines bestimmten Ladestroms bei gegebener Temperatur und gegebenem initialen Ladezustand zu einer charakteristischen Impedanzantwort der Li-lonen-Zelle führt. In gleicher Weise bewirkt eine derartige Belastung der Zelle ein charakteristisches Anodenpotentialverhalten. Die beschriebene Korrelation zwischen Anodenpotential- und Impedanzverhalten ermöglicht letztlich die Ableitung einer Anodenpotentialinformation aus den externen Messgrößen Ladestrom, Zellspannung, und Zelltemperatur. Hierzu ist kann eine differentielle Betrachtung der Impedanz herangezogen werden. Das temperatur- und ladezustandsabhängige Impedanzverhalten kann folglich als Änderung der Zellspannung über der eingebrachten Ladungsmenge ausgedrückt werden. Das charakteristische Verhalten der Impedanz einer Li-lonen-Batterie bei gegebenem Anodenpotentialverhalten kann über den oben genannten Zusammenhang auf eine Änderung der Zellspannung über dem Ladungseintrag zurückgeführt werden. Ein Überschreiten der resultierenden Zellspannung für einen bestimmten Ladungseintrag führt zu einer Unterschreitung des vorgegebenen Anodenpotentials, beispielsweise 0 V gegenüber Li/Li+. Diese Methodik ermöglicht die Ableitung von Spannungsbereichen, in denen die Belastung der Li-lonen-Zelle beziehungsweise der eingeprägte Ladestrom erhöht werden kann. Analog können Spannungsbereiche abgeleitet werden, in denen der vorgegebene Anodenpotentialwert unterschritten wird und der eingeprägte Ladestrom verringert werden muss. Die Grenzkurve zwischen den beschriebenen Spannungsbereichen wird beispielsweise als maximal zulässige Zellspannung definiert, die abhängig vom Ladungseintrag gerade nicht zur Unterschreitung des vorgegebenen Anodenpotentialwerts führt.
Beispielsweise kann die maximal zulässige Zellspannung über eine Steuergerätefunktion in Kombination mit einer zellspannungsbasieren Ladestromregelung vorgegeben werden. Die differentielle Impedanzinformation kann hierbei als Änderung der Zellspannung über dem Ladungseintrag im beschriebenen Funktionsumfang hinterlegt werden. Hierzu wird die verwendete Li-lonen-Batterie beispielsweise zunächst in Hinblick auf ihr Impedanzverhalten analysiert. Dieser Arbeitsschritt kann bereits während der Entwicklung der Batterie durchgeführt werden. Die Li-lonen-Zelle wird hierbei mit Hilfe eines elektrochemischen Simulationsmodells untersucht, das im Vorfeld parametrisiert und validiert werden kann. Mit anderen Worten wird das Modell wird an die verwendete Li-Ionen-Batterie angepasst und gegen Messungen abgeglichen. Sobald das elektrochemische Simulationsmodell hinreichend genaue Ergebnisse liefert kann beispielsweise die Impedanzantwort der konkreten Zelle in bestimmten Belastungsfällen analysiert werden. Die beschriebenen Belastungsfälle können vom Anwender frei gestaltet werden sofern die Simulationen das erzielte Anodenpotentialverhalten abbilden.
Die Auswertung der Impedanzantwort in den vorgegebenen Belastungsfällen kann die für eine Korrelation mit dem Anodenpotentialverhalten notwendigen Informationen liefern. Es resultiert beispielsweise eine charakteristische Zellspannungsinformation, die über dem Ladungseintrag in einer Steuergeräte-Funktion hinterlegt wird. Dieser Prozess kann als Applikation oder Parametrierung bezeichnet werden. Der genannte Applikationsprozess inklusive der Parametrierung und Validierung des elektrochemischen Simulationsmodells ist nicht notwendigerweise Teil der Ladefunktion. Der Vorgang dient insbesondere zur Übertragung der hier beschriebenen Korrelation zwischen differentieller Impedanz und Anodenpotential in das Batteriemanagementsystem.
Der Applikationsprozess kann beispielsweise lediglich ein Mal im Zuge der Entwicklung der Li-lonen-Batterie durchgeführt werden. Die auf diese Weise im Batteriemanagementsystem hinterlegte Impedanzinformation kann zur Ermittlung der maximal zulässigen Zellspannung verwendet werden. Die Spannungsinformation kann mit Hilfe der Eingangsgrößen der eingebrachten Ladungsmenge und des initialen Ladezustands berechnet werden. Es folgt beispielsweise eine Korrektur der ermittelten maximal zulässigen Zellspannung über die Temperatur. Der resultierende Spannungswert kann an eine zellspannungsbasierte Ladestromregelung übergeben werden, wo er dient als Führungsgröße dient. Anhand des verbesserten Konzepts kann dieser Ansatz unter Berücksichtigung der Alterung der Zelle optimal adaptiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuerungssystem
2: Energiespeicher
3: Elektromotor
4: Kraftfahrzeug
5: Referenzkurve
6: erster Bereich
7: zweiter Bereich
8: Anschlussspannungskurve

Claims

Verfahren zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers (2), wobei - der Energiespeicher (2) in einem ersten Ladevorgang von einem initialen Ladezustand zu einem Zielladezustand geladen wird, wobei ein Ladestrom während des ersten Ladevorgangs auf einen vorgegebenen konstanten Stromwert geregelt wird, oder der erste Ladevorgang anhand eines vorgegebenen Simulationsmodells simuliert wird; - eine Anschlussspannungskurve (8) bestimmt und gespeichert wird, welche einer Anschlussspannung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers (2) während des ersten Ladevorgangs als Funktion einer eingebrachten Ladung während des ersten Ladevorgangs entspricht; und - mittels einer Recheneinheit eine Alterung des Energiespeichers (2) abhängig von der Anschlussspannungskurve (8) charakterisiert wird und/oder der Energiespeicher (2) in einem zweiten Ladevorgang mittels einer Ladevorrichtung abhängig von der Anschlussspannungskurve (8) geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Recheneinheit wenigstens eine Kenngröße zur Charakterisierung der Alterung des Energiespeichers (2) basierend auf einer Abweichung der Anschlussspannungskurve (8) von einer Referenzkurve (5) für die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels der Recheneinheit basierend auf der Referenzkurve (5) und der Anschlussspannungskurve (8) eine Vorschrift ermittelt wird, durch welche die Referenzkurve (5) auf die Anschlussspannungskurve (8) abgebildet wird, wobei die Vorschrift durch wenigstens einen Abbildungsparameter definiert ist; und - die wenigstens eine Kenngröße in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Abbildungsparameter bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kenngröße eine Innenwiderstandsdifferenz des Energiespeichers (2) und/oder eine Ladungskapazitätsdifferenz des Energiespeichers (2) beinhaltet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkurve (5) einem Wert für die eingebrachte Ladung einen Wert für die Anschlussspannung zuordnet, bei dem ein Anodenpotential des Energiespeichers (2) gegenüber einer Li/Li⁺-Bezugselektrode gleich einem vorgegebenen konstanten Potentialwert ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Potentialwert größer oder gleich null ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkurve (5) individuell für den elektrischen Energiespeicher (2) ermittelt und diesem zugeordnet gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (2) in dem zweiten Ladevorgang geladen wird, wobei der Ladestrom während des zweiten Ladevorgangs mittels der Ladevorrichtung abhängig von der eingebrachten Ladung geregelt wird, wobei die Regelung abhängig von der Anschlussspannungskurve (8) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwert größer oder gleich (0,2 * C / h) ist, vorzugsweise größer oder gleich (0,5 * C / h), wobei C eine Nennladungskapazität des Energiespeichers (2) bezeichnet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der initiale Ladezustand von einem minimal möglichen Ladezustand des Energiespeichers (2) abweicht und/oder der Zielladezustand von einem maximal möglichen Ladezustand des Energiespeichers (2) abweicht.
Steuerungssystem (1) zum Charakterisieren und/oder Laden eines lithiumbasierten elektrischen Energiespeichers (2), das Steuerungssystem (1) aufweisend - eine Speichereinheit, die eine Anschlussspannungskurve (8) speichert, welche einer Anschlussspannung zwischen zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers (2) während eines ersten Ladevorgangs als Funktion einer eingebrachten Ladung während des ersten Ladevorgangs entspricht; - eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Alterung des Energiespeichers (2) abhängig von der Anschlussspannungskurve (8) zu charakterisieren und/oder eine Ladevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Energiespeicher (2) in einem zweiten Ladevorgang abhängig von der Anschlussspannungskurve (8) zu Laden.
Steuerungssystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - die Ladevorrichtung dazu eingerichtet ist, den Energiespeicher (2) während des ersten Ladenvorgangs von einem initialen Ladezustand zu einem Zielladezustand zu laden, wobei die Ladevorrichtung eine Steuereinheit enthält, die dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom während des ersten Ladevorgangs auf einen vorgegebenen konstanten Stromwert zu regeln; und - das Steuerungssystem (1) eine Messvorrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Anschlussspannungskurve (8) zu bestimmen und auf der Speichereinheit zu speichern.
Steuerungssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass - die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, wenigstens eine Kenngröße zur Charakterisierung der Alterung des Energiespeichers (2) basierend auf einer Abweichung der Anschlussspannungskurve (8) von einer Referenzkurve (5) für die Anschlussspannung als Funktion der eingebrachten Ladung zu bestimmen; und/oder - die Ladevorrichtung dazu eingerichtet ist, den Energiespeicher (2) in dem zweiten Ladevorgang zu laden, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Ladestrom während des zweiten Ladevorgangs abhängig von der eingebrachten Ladung derart zu regeln, dass die Anschlussspannung während des zweiten Ladevorgangs einem durch die Anschlussspannungskurve (8) gegebenen Wert entspricht.
Kraftfahrzeug (4) mit einem lithiumbasierten elektrischen Energiespeicher (2) und einem Steuerungssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Ladevorrichtung des Steuerungssystems (1) zum Zuführen eines elektrischen Ladestroms an zwei elektrischen Anschlüssen des elektrischen Energiespeichers (2) angeschlossen ist.