DE102021205402A1 - Method for monitoring a temperature of a battery - Google Patents
Method for monitoring a temperature of a battery Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021205402A1 DE102021205402A1 DE102021205402.1A DE102021205402A DE102021205402A1 DE 102021205402 A1 DE102021205402 A1 DE 102021205402A1 DE 102021205402 A DE102021205402 A DE 102021205402A DE 102021205402 A1 DE102021205402 A1 DE 102021205402A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- battery
- heating
- charging
- point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/633—Control systems characterised by algorithms, flow charts, software details or the like
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
- H01M10/443—Methods for charging or discharging in response to temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/63—Control systems
- H01M10/635—Control systems based on ambient temperature
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur einer Batterie (10), umfassend die Schritte: Erfassen einer Sensortemperatur (21a) mittels eines Temperatursensors (11) in einem ersten Punkt (1) der Batterie (10), Ermitteln einer Steigung (5) eines zeitlichen Temperaturverlaufs (21) der Sensortemperatur, und Ermitteln einer Kerntemperatur (22a) in einem zweiten Punkt (2) innerhalb der Batterie (10) basierend auf der Steigung (5) und vorbekannten Erwärmungsdaten (50) der Batterie (10), wobei die Erwärmungsdaten (50) gespeicherte Informationen sind, welche auf einem Modellversuch mit einer Vergleichsbatterie basieren.The invention relates to a method for monitoring the temperature of a battery (10), comprising the steps: detecting a sensor temperature (21a) using a temperature sensor (11) at a first point (1) of the battery (10), determining a slope (5) a temperature profile (21) over time of the sensor temperature, and determining a core temperature (22a) at a second point (2) within the battery (10) based on the gradient (5) and previously known heating data (50) of the battery (10), the Heating data (50) is stored information based on a model test with a comparative battery.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur einer Batterie, ein Verfahren zum Laden einer Batterie, und ein Batteriesystem.The present invention relates to a method for monitoring a temperature of a battery, a method for charging a battery, and a battery system.
Bekannt ist die Überwachung von Temperaturen in Batterien mittels Temperatursensoren. Eine solche Überwachung ist sinnvoll, um schädliche Betriebsbedingungen für die Batterie verhindern zu können. Beispielsweise kann ein Ladevorgang zu einer Schädigung der Batterie führen, wenn dieser bei einer sehr niedrigen Temperatur der Batterie durchgeführt wird. Insbesondere während einer Temperaturänderung der Batterie ist es jedoch problematisch, zuverlässig eine Temperatur der gesamten Batterie zu bestimmen, da aufgrund von Wärmeübertragung zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedliche Temperaturen an verschiedenen Bereichen der Batterie vorliegen können.The monitoring of temperatures in batteries by means of temperature sensors is known. Such monitoring is useful in order to be able to prevent harmful operating conditions for the battery. For example, a charging process can damage the battery if it is carried out at a very low battery temperature. In particular during a temperature change in the battery, however, it is problematic to reliably determine a temperature of the entire battery, since different temperatures can be present in different areas of the battery at a specific point in time due to heat transfer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine besonders einfache und zuverlässige Möglichkeit aus, um eine Temperatur innerhalb der Batterie an einer bestimmten Stelle zu überwachen, an welcher kein Temperatursensor angeordnet ist oder angeordnet werden kann. Dies wird erreicht durch ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur einer Batterie, welches die Schritte umfasst:
- - Erfassen einer Sensortemperatur mittels eines Temperatursensors in einem ersten Punkt der Batterie,
- - Ermitteln einer Steigung eines zeitlichen Temperaturverlaufs der Sensortemperatur, und
- - Ermitteln einer Kerntemperatur in einem zweiten Punkt innerhalb der Batterie basierend auf der Steigung und basierend auf vorbekannten Erwärmungsdaten der Batterie.
- - detecting a sensor temperature by means of a temperature sensor in a first point of the battery,
- - Determining a slope of a temporal temperature profile of the sensor temperature, and
- - determining a core temperature at a second point within the battery based on the slope and based on previously known heating data of the battery.
Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren die Sensortemperatur mittels eines Temperatursensors erfasst, welcher beispielsweise ein gewöhnlicher Temperatursensor sein kann. Der Temperatursensor ist eingerichtet, eine momentane Temperatur an einem ersten Punkt der Batterie, vorzugsweise innerhalb der Batterie, beispielsweise zwischen einer Batteriezelle und einem Batteriegehäuse, zu erfassen. Basierend auf dieser erfassten Sensortemperatur und den vorbekannten Erwärmungsdaten wird die Kerntemperatur in einem zweiten Punkt innerhalb der Batterie, welcher sich vorzugsweise vom ersten Punkt unterscheidet, ermittelt. Die Erwärmungsdaten können dabei in einem Laborversuch mittels der Vergleichsbatterie ermittelte Informationen umfassen, welche einen Zusammenhang zwischen der Sensortemperatur und der Kerntemperatur definieren. Beispielsweise können die Erwärmungsdaten mittels Temperatursensoren jeweils im ersten Punkt und auch im zweiten Punkt erfasste Temperaturkennwerte der Batterie umfassen.In other words, in the method, the sensor temperature is detected by means of a temperature sensor, which can be an ordinary temperature sensor, for example. The temperature sensor is set up to detect an instantaneous temperature at a first point of the battery, preferably inside the battery, for example between a battery cell and a battery housing. Based on this detected sensor temperature and the previously known heating data, the core temperature is determined at a second point within the battery, which preferably differs from the first point. The heating data can include information determined in a laboratory test using the comparison battery, which defines a connection between the sensor temperature and the core temperature. For example, the heating data can include temperature characteristics of the battery recorded by temperature sensors in each case in the first point and also in the second point.
Das Verfahren bietet dabei den Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise basierend auf einem einzigen Temperatursensor, welcher bauraum- und/oder montagebedingt optimal platziert werden kann, auch die Kerntemperatur an einem anderen Punkt abgeschätzt werden kann. Vorteilhafterweise kann hierdurch die Kerntemperatur am jeweils kältesten Punkt der Batterie überwacht werden. Durch Verwendung der Steigung des zeitlichen Temperaturverlaufs der Sensortemperatur wird dabei ein dynamischer Erwärmungsvorgang der Batterie abgebildet. Das heißt, während einer Erwärmung der Batterie, bei welcher sich das Wärmeübergangsverhalten der Batterie besonders deutlich auf unterschiedliche Temperaturen an unterschiedlichen Punkten der Batterie auswirkt, kann mittels der Steigung diese Dynamik mitberücksichtigt werden. Besonders vorteilhaft ist dies beispielsweise während eines passiven Erwärmungsvorgangs der Batterie. Ein derartiger passiver Erwärmungsvorgang tritt beispielsweise auf, wenn die Batterie aus einer kalten Umgebung, in welcher die Batterie die entsprechende Umgebungstemperatur angenommen hat, in eine wärmere Umgebung bewegt wird.The method offers the advantage that the core temperature can also be estimated at another point in a particularly simple and cost-effective manner based on a single temperature sensor, which can be optimally placed due to the installation space and/or installation. Advantageously, this allows the core temperature to be monitored at the respective coldest point of the battery. A dynamic heating process of the battery is mapped by using the slope of the temperature profile of the sensor temperature over time. This means that while the battery is heating up, during which the heat transfer behavior of the battery has a particularly clear effect on different temperatures at different points on the battery, this dynamic can also be taken into account by means of the gradient. This is particularly advantageous, for example, during a passive heating process of the battery. Such a passive heating process occurs, for example, when the battery is moved from a cold environment, in which the battery has assumed the appropriate ambient temperature, to a warmer environment.
Vorzugsweise eignet sich das Verfahren zur Anwendung an Batterien von Elektrofahrrädern. Die Batterien von Elektrofahrrädern können beispielsweise durch Transport zwischen Innenräumen von Gebäuden und Außenbereichen oder Räumen mit Außentemperaturen, wie Garagen, häufig spontane Temperaturwechsel über hohe Temperaturdifferenzen erfahren. Durch das Verfahren können dabei Ausgleichsvorgänge der Temperaturen innerhalb des Batterie einfach und zuverlässig überwacht werden. Bevorzugt kann das Verfahren auch bei alternativen Batteriesystem verwendet werden, wie beispielweise von Elektrowerkzeugen oder Fahrzeugen.The method is preferably suitable for use in batteries for electric bicycles. The batteries of electric bicycles, for example, can often experience spontaneous temperature changes due to high temperature differences due to transport between the interior of buildings and exterior areas or rooms with outside temperatures, such as garages. The process allows temperature compensation processes within the battery to be monitored easily and reliably. The method can preferably also be used in alternative battery systems, such as in power tools or vehicles.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims relate to preferred developments of the invention.
Bevorzugt umfassen die Erwärmungsdaten für eine vordefinierte Modell-Temperaturdifferenz einer Umgebung der Batterie eine erste Erwärmungskurve im ersten Punkt und eine zweite Erwärmungskurve im zweiten Punkt. Insbesondere beschreiben die Erwärmungskurven somit Erwärmungsvorgänge der Vergleichsbatterie in einem entsprechenden ersten bzw. zweiten Punkt, wenn sich die Umgebung der Temperatur um die vordefinierte Modell-Temperaturdifferenz, vorzugsweise sprunghaft, erhöht. Basierend auf den beiden Erwärmungskurven kann somit, beispielsweise mittels Interpolation, und basierend auf der Steigung des zeitlichen Temperaturverlaufs der Sensortemperatur abgeschätzt werden, welche aktuelle Kerntemperatur vorliegt.Preferably, the heating data for a predefined model temperature difference of an environment surrounding the battery includes a first heating curve at the first point and a second heating curve at the second point. In particular, the heating curves thus describe heating processes of the comparison battery at a corresponding first or second point when the temperature environment increases by the predefined model temperature difference, preferably abruptly. Based on the two heating curves, it is thus possible, for example by means of interpolation, and based on the slope of the temporal temperature profile of the sensor temperature, to estimate which current core temperature is present.
Besonders bevorzugt umfassen die Erwärmungsdaten ferner eine maximale Modell-Temperaturhysterese zwischen der ersten Erwärmungskurve und der zweiten Erwärmungskurve. Als maximale Modell-Temperaturhysterese wird eine maximale Differenz zwischen jeweiligen Temperaturwerten der beiden Erwärmungskurve zu einem bestimmten Zeitpunkt angesehen. Der Schritt des Ermittelns der Kerntemperatur umfasst dabei zusätzlich den folgenden Schritt: Abschätzen einer aktuellen Mindest-Kerntemperatur durch Subtraktion der maximalen Modell-Temperaturhysterese von der erfassten Sensortemperatur. Dadurch kann besonders einfach abgeschätzt werden, welche Kerntemperatur mindestens basierend auf den vorbekannten Erwärmungsdaten zu erwarten ist.More preferably, the heating data further includes a maximum model temperature hysteresis between the first heating curve and the second heating curve. A maximum difference between the respective temperature values of the two heating curves at a specific point in time is regarded as the maximum model temperature hysteresis. The step of determining the core temperature also includes the following step: estimating a current minimum core temperature by subtracting the maximum model temperature hysteresis from the detected sensor temperature. This makes it particularly easy to estimate which core temperature is to be expected at least based on the previously known heating data.
Vorzugsweise umfassen die Erwärmungsdaten jeweils erste und zweite Erwärmungskurven für mindestens zwei, bevorzugt mindestens vier, insbesondere maximal zehn, unterschiedliche Modell-Temperaturdifferenzen der Umgebung. Das heißt, die vorbekannten Erwärmungsdaten der Vergleichsbatterie sind für mehrere verschiedene Erwärmungsvorgänge über unterschiedliche Temperatursprünge aufgenommen, wobei für jeden dieser Erwärmungsvorgänge jeweils eine erste Erwärmungskurve und eine zweite Erwärmungskurve gespeichert ist. Vorzugsweise unterscheiden sich die unterschiedlichen Modell-Temperaturdifferenzen jeweils um mindestens 5 °C, bevorzugt 10 °C. Dadurch kann für unterschiedliche Erwärmungsvorgänge der Batterie über verschiedene Temperatursprünge die Kerntemperatur besonders präzise ermittelt werden.The heating data preferably includes first and second heating curves for at least two, preferably at least four, in particular at most ten, different model temperature differences of the environment. This means that the previously known heating data for the comparison battery are recorded for a number of different heating processes over different temperature jumps, with a first heating curve and a second heating curve being stored for each of these heating processes. Preferably, the different model temperature differences each differ by at least 5°C, preferably 10°C. As a result, the core temperature can be determined particularly precisely for different heating processes of the battery via different temperature jumps.
Weiter bevorzugt umfassen die Erwärmungsdaten ferner eine Hysteresekurve, welche einen Verlauf der maximalen Modell-Temperaturhysterese in Abhängigkeit der Modell-Temperaturdifferenzen definiert. Das heißt, für jeden vorbekannten Erwärmungsvorgang über jede der mehreren unterschiedlichen Modell-Temperaturdifferenzen wird die jeweilige maximale Modell-Temperaturhysterese ermittelt. Aus diesen wird anschließend die Hysteresekurve bestimmt, welche ein Verhältnis der maximalen Modell-Temperaturhysterese zur jeweiligen Modell-Temperaturdifferenz bildet. Vorzugsweise wird die Hysteresekurve durch Interpolation der ermittelten Werte erhalten.More preferably, the heating data also includes a hysteresis curve, which defines a profile of the maximum model temperature hysteresis as a function of the model temperature differences. This means that the respective maximum model temperature hysteresis is determined for each previously known heating process using each of the several different model temperature differences. The hysteresis curve is then determined from these, which forms a ratio of the maximum model temperature hysteresis to the respective model temperature difference. The hysteresis curve is preferably obtained by interpolating the determined values.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte:
- - Abschätzen einer aktuellen Gesamt-Temperaturdifferenz der Batterie basierend auf der ermittelten Steigung, und
- - Ermitteln einer aktuellen Temperaturhysterese basierend auf der Hysteresekurve und der aktuellen Gesamt-Temperaturdifferenz.
- - estimating a current overall temperature difference of the battery based on the determined gradient, and
- - Determination of a current temperature hysteresis based on the hysteresis curve and the current total temperature difference.
Das Ermitteln der Kerntemperatur umfasst dabei den Schritt: Abschätzen der aktuellen Mindest-Kerntemperatur durch Subtraktion der ermittelten aktuellen Temperaturhysterese von der ermittelten Sensortemperatur. Das heißt, zunächst wird basierend auf der ermittelten Steigung abgeschätzt, welche Gesamt-Erwärmung die Batterie gerade erfährt. Insbesondere kann dies dadurch abgeschätzt werden, dass die Steigung größer ist, je höher die aktuell vorliegende Gesamt-Temperaturdifferenz der Batterie aufgrund einer schnelleren Erwärmung der Batterie. Vorzugsweise wird die Steigung hierbei für einen vordefinierten Zeitraum, beispielsweise von 5 s, überwacht. Dadurch kann eine besonders einfache Ermittlung der Kerntemperatur durchgeführt werden, welche beispielsweise eine geringe Rechenkapazität erfordert. Durch die relativ genaue Abschätzung der aktuellen Temperaturhysterese basierend auf der Steigung kann relativ genau die maximal zu erwartende Temperaturhysterese zwischen erstem Punkt und zweitem Punkt abgeschätzt werden.Determining the core temperature includes the step of estimating the current minimum core temperature by subtracting the determined current temperature hysteresis from the determined sensor temperature. In other words, based on the gradient determined, it is first estimated what overall heating the battery is currently experiencing. In particular, this can be estimated by the fact that the slope is greater, the higher the current total temperature difference of the battery due to faster heating of the battery. In this case, the gradient is preferably monitored for a predefined period of time, for example 5 s. As a result, the core temperature can be determined in a particularly simple manner, which, for example, requires little computing capacity. Due to the relatively accurate estimation of the current temperature hysteresis based on the slope, the maximum temperature hysteresis to be expected between the first point and the second point can be estimated relatively accurately.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln, ob die ermittelte Kerntemperatur größer oder gleich einer vordefinierten Mindest-Temperatur ist. Vorzugsweise beträgt die vordefinierte Mindest-Temperatur 0 °C. Damit kann das Verfahren besonders vorteilhaft bei einem Ladeverfahren der Batterie eingesetzt werden, um beispielsweise erkennen zu können, ob jeder Bereich der Batterie mindestens eine Temperatur gleich der vordefinierten Mindest-Temperatur aufweist.The method preferably also includes the step of determining whether the determined core temperature is greater than or equal to a predefined minimum temperature. The predefined minimum temperature is preferably 0°C. The method can thus be used particularly advantageously in a charging method for the battery, for example to be able to identify whether each area of the battery has at least a temperature equal to the predefined minimum temperature.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei einer, bevorzugt sprunghaften, Erhöhung einer Umgebungstemperatur durchgeführt. Besonders bevorzugt erfolgt dabei keine aktive Erwärmung der Batterie, beispielsweise durch Eigenerwärmung, welche z.B. durch einen Ladevorgang oder eine Stromentnahme auftritt. Mit anderen Worten erfolgt eine passive Erwärmung der Batterie durch den, insbesondere sprunghaften, Anstieg der Umgebungstemperatur.The method is preferably carried out when the ambient temperature increases, preferably abruptly. Particularly preferably, there is no active heating of the battery, for example through self-heating, which occurs, for example, as a result of a charging process or a current drain. In other words, the battery is passively heated by the, in particular their erratic, rise in ambient temperature.
Weiter bevorzugt entspricht der zweite Punkt einem kältesten Punkt während der Erwärmung der Batterie. Besonders bevorzugt entspricht der zweite Punkt einem Schwerpunkt der Batterie.More preferably, the second point corresponds to a coldest point during the heating of the battery. The second point particularly preferably corresponds to a center of gravity of the battery.
Vorzugsweise wird der Schritt des Ermittelns der Kerntemperatur basierend auf der Steigung und den vorbekannten Erwärmungsdaten nur durchgeführt, wenn die ermittelte Steigung größer oder gleich einer vordefinierten Mindest-Steigung ist. Für den Fall, dass die ermittelte Steigung kleiner als die vordefinierte Mindest-Steigung ist, wird die Kerntemperatur als gleich der Sensortemperatur bestimmt. Mit anderen Worten erfolgt anhand der ermittelten Steigung eine Erkennung, ob sich die Sensortemperatur statisch oder dynamisch verhält, wobei der dynamische Fall dann vorliegt, wenn die Steigung größer oder gleich der Mindest-Steigung ist. In dem statischen Fall kann dabei angenommen werden, dass die Batterie im Wesentlichen überall dieselbe Temperatur aufweist. Vorzugsweise beträgt die vordefinierte Mindeststeigung maximal 0,1 °C pro Minute, bevorzugt maximal 0,05°C pro Minute, besonders bevorzugt maximal 0,01 °C pro Minute.The step of determining the core temperature based on the slope and the previously known heating data is preferably only carried out if the slope determined is greater than or equal to a predefined minimum slope. In the event that the gradient determined is less than the predefined minimum gradient, the core temperature is determined to be equal to the sensor temperature. In other words, based on the gradient determined, it is recognized whether the sensor temperature behaves statically or dynamically, with the dynamic case being present when the gradient is greater than or equal to the minimum gradient. In the static case, it can be assumed that the battery has essentially the same temperature everywhere. The predefined minimum increase is preferably a maximum of 0.1° C. per minute, preferably a maximum of 0.05° C. per minute, particularly preferably a maximum of 0.01° C. per minute.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Verfahren zum Laden einer Batterie, umfassend die Schritte:
- - Überwachen einer Temperatur der Batterie mittels des oben beschriebenen Verfahrens, und
- - Betätigen, vorzugsweise Starten und/oder Unterbrechen, eines Ladevorgangs der Batterie in Abhängigkeit der ermittelten Kerntemperatur. Als Ladevorgang wird dabei ein Versorgen der Batterie mit elektrischer Energie angesehen, sodass sich ein Ladezustand der Batterie erhöht. Die Temperaturüberwachung wirkt sich dabei besonders vorteilhaft aus, um den Ladevorgang optimal auf die Mindest-Temperatur innerhalb der Batterie angepasst durchzuführen.
- - monitoring a temperature of the battery using the method described above, and
- - Actuating, preferably starting and/or interrupting, a charging process for the battery as a function of the determined core temperature. Supplying the battery with electrical energy is regarded as a charging process, so that the state of charge of the battery increases. The temperature monitoring has a particularly advantageous effect in order to carry out the charging process optimally adapted to the minimum temperature inside the battery.
Bevorzugt umfasst das Verfahren zum Laden der Batterie ferner den Schritt: Starten des Ladevorgangs, wenn die ermittelte Kerntemperatur größer oder gleich einer vordefinierten Mindest-Temperatur, welche vorzugsweise 0 °C beträgt, ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Ladevorgang erst gestartet wird, wenn die Kerntemperatur, welche bevorzugt die minimale Temperatur der Batterie ist, mindestens gleich der vordefinierten Mindest-Temperatur ist. Dadurch kann vermieden werden, dass durch ein Laden bei zu niedriger Temperatur eine Beschädigung der Batterie erfolgt.The method for charging the battery preferably also includes the step of starting the charging process when the determined core temperature is greater than or equal to a predefined minimum temperature, which is preferably 0°C. This can ensure that the charging process is only started when the core temperature, which is preferably the minimum temperature of the battery, is at least equal to the predefined minimum temperature. This can prevent the battery from being damaged by charging at too low a temperature.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren zum Laden der Batterie ferner den Schritt: Regeln eines Ladestroms und/oder einer Ladespannung basierend auf der ermittelten Kerntemperatur. Vorzugsweise kann hierbei ein Laden mittels eines Soll-Ladestroms erfolgen, wenn die ermittelte Kerntemperatur größer oder gleich der vordefinierten Mindest-Temperatur ist. Bevorzugt kann zusätzlich ein Laden mittels eines reduzierten Ladestroms, welcher vorzugsweise 20 % einer Stromstärke des Soll-Ladestroms aufweist, erfolgen, wenn die ermittelte Kerntemperatur kleiner als die Mindest-Temperatur ist, aber größer oder gleich einer vordefinierten kritischen Temperatur ist, welche beispielsweise - 5 °C beträgt.Particularly preferably, the method for charging the battery also includes the step: regulating a charging current and/or a charging voltage based on the determined core temperature. In this case, charging can preferably take place using a target charging current if the determined core temperature is greater than or equal to the predefined minimum temperature. In addition, charging can preferably take place using a reduced charging current, which preferably has 20% of a current intensity of the target charging current, if the determined core temperature is lower than the minimum temperature, but is greater than or equal to a predefined critical temperature, which, for example - 5 °C.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Batteriesystem, umfassend eine Batterie, einen Temperatursensor, und eine Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren zur Überwachung einer Temperatur der Batterie durchzuführen. Das Batteriesystem zeichnet sich somit durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, welcher ermöglichen kann, dass Mindest-Temperaturen innerhalb der Batterie abgeschätzt werden können.Furthermore, the invention leads to a battery system, comprising a battery, a temperature sensor, and a control device, wherein the control device is set up to carry out the method described above for monitoring a temperature of the battery. The battery system is therefore characterized by a particularly simple and cost-effective design, which can allow minimum temperatures within the battery to be estimated.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Batteriesystem um ein Batteriesystem eines Elektrofahrrads, alternativ bevorzugt um ein Batteriesystem eines Handwerkzeugs oder eines Fahrzeugs.The battery system is particularly preferably a battery system of an electric bicycle, alternatively preferably a battery system of a hand tool or a vehicle.
Bevorzugt umfasst das Batteriesystem ferner eine Ladevorrichtung. Die Ladevorrichtung kann beispielsweise in die Batterie integriert sein, oder alternativ extern von der Batterie bereitgestellt sein. Die Steuervorrichtung des Batteriesystems ist dabei ferner eingerichtet, das beschriebene Verfahren zum Laden der Batterie durchzuführen.The battery system preferably also includes a charging device. The charging device can be integrated into the battery, for example, or alternatively be provided externally to the battery. The control device of the battery system is also set up to carry out the described method for charging the battery.
Figurenlistecharacter list
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
-
1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Batteriesystems, bei welchem eine Temperatur mittels eines Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, -
2 eine vereinfachte schematische Ansicht von Erwärmungsdaten, welche bei der Durchführung des Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet werden, -
3 eine vereinfachte schematische Ansicht von weiteren Details der Erwärmungsdaten, -
4 eine vereinfachte schematische Ansicht von weiteren Details der Erwärmungsdaten, -
5 eine vereinfachte schematische Ansicht eines alternativen Batteriesystems, bei welchem das Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, -
6 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Ladeverfahrens, welches auf dem Verfahren zur Überwachung der Temperatur gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert, -
7 eine weitere vereinfachte schematische Ansicht des Ladeverfahrens, -
8 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Durchführung des Ladeverfahrens, und -
9 eine weitere vereinfachte schematische Ansicht eines Details einer alternativen Ausgestaltung des Ladeverfahrens.
-
1 a simplified schematic view of a battery system in which a temperature is carried out by means of a method according to a preferred embodiment of the invention, -
2 a simplified schematic view of heating data used in performing the method according to the preferred embodiment, -
3 a simplified schematic view of further details of the heating data, -
4 a simplified schematic view of further details of the heating data, -
5 a simplified schematic view of an alternative battery system in which the method is carried out according to the preferred embodiment, -
6 a simplified schematic view of a charging method, which is based on the method for monitoring the temperature according to the preferred embodiment, -
7 another simplified schematic view of the loading procedure, -
8th a simplified schematic view of an implementation of the charging method, and -
9 a further simplified schematic view of a detail of an alternative embodiment of the charging method.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred Embodiments of the Invention
Nachfolgend wird mit Bezug auf die
Die Batterie 10 umfasst einen Temperatursensor 11, welcher zwischen Batteriezelle 4 und Batteriegehäuse 3 angeordnet ist. Mit dem Temperatursensor 11 kann eine Temperatur an einem ersten Punkt 1 zwischen Batteriezelle 4 und Batteriegehäuse 3 erfasst werden.The
Wenn sich eine Umgebungstemperatur 27 einer Umgebung 7 der Batterie 10 schlagartig ändert, so liegen in der Batterie 10 zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedliche Temperaturen an unterschiedlichen Orten vor, während sich die Temperatur der Batterie 10 an die Umgebungstemperatur 27 anpasst. Dies ist in der
Zu einem Zeitpunkt 55 befindet sich die Batterie 10 in einem statischen Zustand, und weist überall eine konstante, der Umgebungstemperatur entsprechende, Temperatur 65 auf.At a point in
Zu einem Zeitpunkt 56 wird die Batterie 10 in eine um die Temperaturdifferenz 53 wärmere Umgebung 7 gestellt. Das heißt, aus Sicht der Batterie 10 erwärmt sich die Umgebung 7 zum Zeitpunkt 56 schlagartig um die Temperaturdifferenz 53 von einer niedrigen Temperatur 65, beispielsweise minus 20 °C, auf eine höhere Temperatur 66, beispielsweise plus 20 °C. Aufgrund von unterschiedlichen Wärmeübergängen zur Umgebung 7 folgt die Temperatur an den unterschiedlichen Punkten 1, 2, 6 in der Batterie 10 unterschiedlich schnell dem Temperatursprung und erreicht erst zu einem späteren Zeitpunkt 58 wieder einen statischen Zustand, nämlich auf der Temperatur 66.At a point in
Insbesondere wenn die Batterie 10 in Abhängigkeit dessen aktueller Temperatur geladen werden soll (wie später beschrieben) ist es vorteilhaft, die Temperatur am kältesten Punkt der Batterie 10 zu überwachen. Dies ist der zweite Punkt 2 im Zellmittelpunkt, an welchem eine im Folgenden als Kerntemperatur 22a bezeichnete Temperatur vorliegt.In particular, if the
Die Kerntemperatur 22a wird dabei mittels des Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt.The core temperature 22a is determined using the method according to the preferred exemplary embodiment of the invention.
Hierbei erfolgt ein Ermitteln einer Steigung 5 des zeitlichen Temperaturverlaufs 21 der Sensortemperatur (zur besseren Nachvollziehbarkeit ebenfalls in den Erwärmungsdaten 50 in
In einer zweiten Variante des Verfahrens wird die Kerntemperatur 22a dadurch ermittelt, dass eine maximale Modell-Temperaturhysterese 54 von der Sensortemperatur 22a subtrahiert wird. Die maximale Modell-Temperaturhysterese 54 ist ein Maximalwert einer Differenz zwischen der ersten Erwärmungskurve 21 und der zweiten Erwärmungskurve 22.In a second variant of the method, core temperature 22a is determined by subtracting a maximum
Diese Differenz 67 ist in dem Diagramm 60 in
In einer dritten Variante des Verfahrens werden Erwärmungsdaten 50 verwendet, welche zusätzlich die in
Bei der dritten Variante des Verfahrens kann basierend auf der ermittelten Steigung 5 abgeschätzt werden, welche Gesamt-Temperaturdifferenz 53a aktuell bei der Erwärmung der Batterie 10 vorliegt. Mittels der Hysteresekurve 73a kann dabei basierend auf der abgeschätzten Gesamt-Temperaturdifferenz 53a eine aktuelle Temperaturhysterese 54a abgeschätzt werden. Anschließend kann diese ermittelte aktuelle Temperaturhysterese 54a von der aktuellen Sensortemperatur 21a subtrahiert werden, um die Kerntemperatur 22a zu bestimmen.In the third variant of the method, based on the ascertained
Bei der dritten Variante des Verfahrens kann die Kerntemperatur 22a genauer bestimmt werden, da zusätzlich das Niveau des gesamten Temperatursprungs mitberücksichtigt wird.In the third variant of the method, the core temperature 22a can be determined more precisely, since the level of the entire temperature jump is also taken into account.
Das Batteriesystem 20 umfasst zudem eine Steuervorrichtung 15, welche an einer Innenseite des Batteriegehäuses 3 angeordnet ist. Der Temperatursensor 11 ist dabei in die Steuervorrichtung 15 integriert.The
Die Steuervorrichtung 15 ist dabei eingerichtet, das Verfahren zu Überwachung der Temperatur durchzuführen. Dabei wird die Sensortemperatur 21a im ersten Punkt 1, welcher in der Steuervorrichtung 15 liegt, gemessen. Basierend auf der Sensortemperatur 21a und den vorbekannten Erwärmungsdaten 50 wird die Kerntemperatur 22a im zweiten Punkt 2, welcher im Mittelpunkt der Batterie 10, das heißt, im Mittelpunkt der mittleren Batteriezelle 4 liegt, ermittelt.The
Das Batteriesystem der
Die Steuervorrichtung 15 der Batterie 10 ist dabei eingerichtet, einen Ladevorgang der Batterie 10 in Abhängigkeit der ermittelten Kerntemperatur 22a zu starten oder zu unterbrechen.The
Im einfachsten Fall erfolgt das Starten des Ladevorgangs nur, wenn die gemäß der oben beschrieben Varianten des Verfahren zu Überwachung der Temperatur ermittelte Kerntemperatur 22a größer oder gleich einer vordefinierten Mindest-Temperatur von vorzugsweise 0 °C ist.In the simplest case, the charging process only starts if the core temperature 22a determined according to the variants of the method for monitoring the temperature described above is greater than or equal to a predefined minimum temperature of preferably 0°C.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei dem Ladeverfahren ein Regeln eines Ladestroms und/oder einer Ladespannung während des Ladevorgangs erfolgt. Dies wird nachfolgend in Bezug auf die
Die
Analog zeigt
In den
Der Bereich A beginnt vorzugsweise bei einer Mindest-Temperatur von minus 5 °C und reicht bis 0 °C. Im Bereich A kann ein Laden mit einem sehr niedrigen Ladestrom 92 (vgl.
Durch das spezielle Regeln von Ladestrom und Ladespannung in Abhängigkeit der ermittelten Kerntemperatur 22a kann ein besonders effizientes und zugleich schonendes Laden der Batterie 10 erfolgen.The special regulation of charging current and charging voltage as a function of the determined core temperature 22a allows the
Weitere Details des Ladeverfahrens sind in den
Bevorzugt kann vor dem ersten Schritt 101 auch ein (nicht dargestellter) einfacher Temperaturvergleich erfolgen, basierend auf welchem das Laden gestartet werden kann, wenn die aktuelle Sensortemperatur größer als eine Summe aus der maximal zu erwartenden Modell-Temperaturhysterese und einem vordefinierten Temperaturgrenzwert, beispielsweise von 0°C. Wenn die aktuelle Sensortemperatur größer als diese Summe ist, kann beispielsweise angenommen werden, dass jeder Bereich der Batterie eine ausreichend hohe Temperatur aufweist, sodass dass Laden begonnen werden kann.A simple temperature comparison (not shown) can preferably also be carried out before the
Der statische Fall in
Der dynamische Fall wird erkannt, wenn die ermittelte Steigung größer oder gleich der Mindest-Steigung ist, gekennzeichnet durch den Pfeil 101a. Im nachfolgenden Schritt 105 wird dann die oben beschriebene Ermittlung der Kerntemperatur 22a durchgeführt. Die weiteren nachfolgenden Schritte 102' und 104 bzw. 103 sind dabei analog den Schritten 102, 104 und 103 des statischen Falles, wobei im Schritt 102' im Gegensatz zum statischen Fall die ermittelte Kerntemperatur 22a anstatt der Sensortemperatur 21a betrachtet wird.The dynamic case is recognized when the gradient determined is greater than or equal to the minimum gradient, identified by the
Der Schritt 103 des Ladens kann jeweils eine weitere Unterscheidung der Temperatur gemäß den in Zusammenhang mit
Claims (15)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021205402.1A DE102021205402A1 (en) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Method for monitoring a temperature of a battery |
PCT/EP2022/061655 WO2022248161A1 (en) | 2021-05-27 | 2022-05-02 | Method for monitoring a temperature of a battery |
EP22727268.9A EP4348755A1 (en) | 2021-05-27 | 2022-05-02 | Method for monitoring a temperature of a battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021205402.1A DE102021205402A1 (en) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Method for monitoring a temperature of a battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021205402A1 true DE102021205402A1 (en) | 2022-12-01 |
Family
ID=81927290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021205402.1A Pending DE102021205402A1 (en) | 2021-05-27 | 2021-05-27 | Method for monitoring a temperature of a battery |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4348755A1 (en) |
DE (1) | DE102021205402A1 (en) |
WO (1) | WO2022248161A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011007840A1 (en) | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method and device for determining the internal temperature of an energy storage device |
US9306249B2 (en) | 2011-09-15 | 2016-04-05 | Renault S.A.S. | Method for estimating the temperature at the core of a battery cell |
DE102017102668A1 (en) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method and device for monitoring a temperature of a battery system |
DE102019111555A1 (en) | 2019-05-03 | 2020-11-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and apparatus for detecting thermal runaway of a lithium ion battery |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3255721B1 (en) * | 2016-06-08 | 2020-04-29 | Robert Bosch GmbH | Method for controlling a temperature of a battery cell |
DE102019212784B3 (en) * | 2019-08-27 | 2021-02-25 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for charging a vehicle battery of a motor vehicle |
-
2021
- 2021-05-27 DE DE102021205402.1A patent/DE102021205402A1/en active Pending
-
2022
- 2022-05-02 EP EP22727268.9A patent/EP4348755A1/en active Pending
- 2022-05-02 WO PCT/EP2022/061655 patent/WO2022248161A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011007840A1 (en) | 2011-04-21 | 2012-10-25 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method and device for determining the internal temperature of an energy storage device |
US9306249B2 (en) | 2011-09-15 | 2016-04-05 | Renault S.A.S. | Method for estimating the temperature at the core of a battery cell |
DE102017102668A1 (en) | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method and device for monitoring a temperature of a battery system |
DE102019111555A1 (en) | 2019-05-03 | 2020-11-05 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method and apparatus for detecting thermal runaway of a lithium ion battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4348755A1 (en) | 2024-04-10 |
WO2022248161A1 (en) | 2022-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE10231700B4 (en) | Method for determining the aging state of a storage battery with regard to the removable amount of charge and monitoring device | |
EP1343017B1 (en) | Method and apparatus for determining the operability of a storage battery | |
DE19725204C1 (en) | Device and method for monitoring the state of charge of a battery | |
DE102018216356A1 (en) | Detection of abnormal self-discharge from lithium ion cells and battery system | |
DE102008041103A1 (en) | Charge state determination for an electrical storage | |
DE102018212545A1 (en) | Method for monitoring a state of a battery, monitoring device and motor vehicle | |
DE102018203824A1 (en) | Method for operating an electrical energy store, control for an electrical energy store and device and / or vehicle | |
DE102009001300A1 (en) | Method and device for determining a characteristic quantity for detecting the stability of the vehicle electrical system | |
WO2017050471A1 (en) | Method for monitoring a battery | |
EP1116958A2 (en) | Method of measuring the quality of a storage battery during electrical discharge of the storage battery | |
DE102018115284A1 (en) | METHOD FOR ESTIMATING A STATE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM, AND SYSTEM FOR DETERMINING A REMAINING CAPACITY OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM | |
DE102021205402A1 (en) | Method for monitoring a temperature of a battery | |
DE102020110155A1 (en) | Battery resistance measuring device | |
DE102018219124B4 (en) | Method for determining a state of wear of an electrical energy store in a motor vehicle and control device for performing the method and motor vehicle | |
DE10243567B4 (en) | Method for determining the startability of a drive system | |
DE102016011014A1 (en) | Method, charging device and battery management system for charging an electrical energy store | |
AT519731B1 (en) | METHOD FOR ASSESSING A REMAINING LIFE OF A RECHARGEABLE BATTERY | |
DE102018100992A1 (en) | Monitoring device for a cooling device | |
DE102018218485A1 (en) | Method for operating a battery system and electric vehicle | |
DE102018104414A1 (en) | Method for the electrical charging of an energy storage device | |
DE102018220381A1 (en) | Method for operating a battery system, battery system and electric vehicle | |
DE102018221501A1 (en) | Method for operating an electrical energy store | |
DE102013201346A1 (en) | Device for determining charge state of e.g. lead-acid battery for i.e. motor vehicle, has control unit setting voltage of source, so that specific current flows from source to storage device and determining charge state based on set voltage | |
DE102017204149A1 (en) | Charging a battery | |
DE102017221251A1 (en) | Method for operating an energy storage and battery system and motor vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |