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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Gerätebatterien, insbesondere Fahrzeugbatterien von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, und insbesondere das Anpassen einer Ladestrategie für derartige Gerätebatterien.
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Technischer Hintergrund
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Das Laden und Entladen einer Gerätebatterie führt zu einer Degradation. Das Maß der Degradation hängt von Parametern des Ladens und Entladens ab. Während die Degradation durch einen Entladevorgang wesentlich durch die Nutzung der Gerätebatterie bestimmt wird, wird der während eines automatisierten Ladevorgangs auf die Gerätebatterie ausgeübte Stress durch Parameter bestimmt, die die Art und Weise, wie der Ladevorgang ausgeführt wird, angeben. Die Parameter des Ladevorgangs bestimmen dadurch das Alterungsverhalten der Gerätebatterie.
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Das Aufladen der Gerätebatterie wird in der Regel basierend auf einem vorgegebenen Ladeprofil durchgeführt. Das Ladeprofil wird in der Regel durch eine Kennlinie angegeben, die eine Abhängigkeit eines Ladestroms bzw. eines maximalen Ladestroms von einem Ladezustand bestimmt. Das Ladeprofil ist so festgelegt, dass es dabei die Ladedauer, den maximalen Ladestrom und das akzeptierte Alterungsverhalten optimiert, so dass ein Kompromiss zwischen Belastung der Gerätebatterie und der benötigten Ladezeit erreicht werden kann.
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Üblicherweise wird ein Ladeprofil für eine Gerätebatterie vor Produktionsbeginn anhand umfangreicher Labormessungen ermittelt, wobei das Ladeprofil so erstellt wird, dass die Abhängigkeit der Degradation von dem Ladestrom, der Batterietemperatur und dem Ladezustand der Gerätebatterie berücksichtigt werden kann.
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Da jedes Nutzerverhalten die Gerätebatterie unterschiedlich belastet, ist der Alterungszustand nicht allein durch die kalendarische Alterung bestimmt, sondern auch durch die Verläufe der Lade- und Entladeströme, des Ladezustands sowie der Batterietemperatur. Da jedoch derzeit lediglich ein Ladeprofil für einen bestimmten Gerätebatterietyp für ein Normal- und ein Schnellladen zur Verfügung steht, kann der Einfluss des Ladevorgangs auf das Alterungsverhalten der Gerätebatterie nicht berücksichtigt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Anpassen eines Ladeprofils an eine individuelle Nutzung einer Gerätebatterie gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Ladeprofils zum Aufladen einer Gerätebatterie eines batteriebetriebenen Geräts vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- - Auswählen einer Gruppe von Gerätebatterien entsprechend ihrem jeweiligen Alterungszustand und Nutzungsmuster, wobei das Nutzungsmuster einen Belastungszustand der Gerätebatterie über deren Lebensdauer bestimmt;
- - Vorgeben eines stufenförmigen Ladeprofils, das jeweils einen zulässigen maximalen Ladestrom einem Ladezustand zuordnet;
- - Ermitteln eines ersten und eines zweiten Ladeprofils aus den oberen bzw. unteren Stützstellen des vorgegebenen stufenförmigen Ladeprofils;
- - Ermitteln eines Alterungszustandswerts als aggregierter Alterungszustand der Alterungszustände einer ersten Teilgruppe der Gruppe von Gerätebatterien, wobei die Alterungszustände jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Ladevorgängen ermittelt werden, und Ermitteln eines Alterungszustandswerts als aggregierter Alterungszustand der Alterungszustände einer zweiten Teilgruppe der Gruppe von Gerätebatterien, wobei die Alterungszustände jeweils nach der vorbestimmten Anzahl von Ladevorgängen ermittelt werden;
- - Anpassen des ersten und/oder zweiten Ladeprofils abhängig von dem Ergebnis eines Vergleichens der Alterungszustandswerte der ersten und der zweiten Teilgruppe;
- - Zuordnen des angepassten ersten und/oder zweiten Ladeprofils zu allen Gerätebatterien der ausgewählten Gruppe von Gerätebatterien.
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Für bisherige Gerätebatterien werden ein oder mehrere Ladeprofile fest vorgegeben, die entsprechend den Anforderungen, wie beispielsweise Normalladen oder Schnellladen, ausgewählt werden. Die Ladeprofile werden herkömmlich auf alle Gerätebatterien desselben Typs angewendet. Nutzungsabhängig kann bei häufigem Schnellladen die Gerätebatterie erheblich belastet werden, so dass diese ein beschleunigtes Alterungsverhalten aufweist. Es ist jedoch wünschenswert, die Alterungsverhalten von Gerätebatterien zu optimieren bzw. die Belastung von Gerätebatterien aufgrund des Ladens mit einem bestimmten Ladeprofil hinsichtlich einer minimalen Alterung bzw. hinsichtlich eines minimalen Einflusses auf die durch Ladevorgänge hervorgerufene Alterung zu optimieren.
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Das obige Verfahren sieht hierzu vor, in dem durch das insbesondere herstellerseitig vorgegebene Ladeprofil ein Ladeprofil zu ermitteln, dass für eine bestimmte Gruppe von Geräten, die vergleichbare Nutzungsverhalten und ähnliche Alterungszustände aufweisen, ein Ladeprofil innerhalb einer oberen und unteren Ladeprofil-Grenzkurve zu ermitteln.
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Übliche Ladeprofile sehen einen stufenförmigen Verlauf des maximalen Ladestroms abhängig von dem Ladezustand vor. Die obere und die untere Ladeprofil-Grenzkurve werden jeweils definiert durch die oberen Punkte der Stufen des stufenförmigen Verlaufs des Ladeprofils bzw. die unteren Punkte der Stufen des stufenförmigen Verlaufs des Ladeprofils. Die Ladeprofil-Grenzkurven können durch lineares Verbinden der entsprechenden Punkte oder beispielsweise durch eine Glättungsfunktion gebildet werden. Eine solche Glättungsfunktion kann beispielsweise eine Tiefpassfilterung auf den Verlauf der linearen Verbindungslinien der betreffenden Punkte der Treppenstufen des berücksichtigten Ladeprofils umfassen.
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Die Ladeprofil-Grenzkurven geben dadurch eine obere und untere Begrenzung des Bereichs von möglichen Ladeprofilen an, innerhalb der eine Anpassung des Ladeprofils für ausgewählte Gerätebatterien erfolgen dürfen. Prinzipiell können die Ladeprofil-Grenzkurven als Einhüllende des vorgegebenen Ladeprofils angegeben werden. Eine Abweichung über die obere Ladeprofil-Grenzkurve und die untere Ladeprofil-Grenzkurve hinaus würde zu einer höheren Belastung der Gerätebatterie bzw. zu längeren Ladezeiten führen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Auswählen der Gruppe von Gerätebatterien entsprechend ihrem jeweiligen Alterungszustand und Nutzungsmuster mithilfe eines an sich bekannten Clusteringverfahrens, so dass Gerätebatterien mit gleichen oder vergleichbaren Alterungszuständen und einem oder mehreren gleichen oder vergleichbaren Belastungsparametern des Nutzungsmusters für die Gruppe ausgewählt werden.
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Die Anpassung des Ladeprofils erfolgt nun jeweils für eine Gruppe von ausgewählten Geräten, die durch gleiche oder vergleichbare Nutzungsmuster und einen gleichen oder vergleichbaren Alterungszustand gekennzeichnet sind. Das Nutzungsmuster gibt eine Belastung an, die sich aus der Nutzung des Geräts, das durch die Gerätebatterie betrieben wird, ergibt. Die Nutzungsmuster entsprechen somit Arten der Belastung der Gerätebatterie und können beispielsweise durch einen akkumulierten Amperestundendurchsatz und ähnliche Größen gekennzeichnet sein. Die Gruppe von ausgewählten Geräten kann durch ein Clustering oder ein sonstiges Verfahren aus der Gesamtmenge von Geräten mit demselben Typ von Gerätebatterien ausgewählt werden.
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Die Anpassung des Ladeprofils erfolgt innerhalb der vorgegebenen Ladeprofil-Grenzkurven durch jeweiliges Vergleichen eines ersten und eines zweiten Ladeprofils. Zu Beginn des Verfahrens wird als erstes und als zweites Ladeprofil die obere und untere Ladeprofil-Grenzkurve angenommen.
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Weiterhin werden die Gerätebatterien so ausgewählt, dass sie bei Start des Ladeprogramms gleiche oder vergleichbare Ladezustände aufweisen. Vorzugsweise werden Gerätebatterien so ausgewählt, dass sie beim Start des Ladevorgangs gleiche Batterietemperaturen aufweisen.
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Die so ausgewählten Gerätebatterien werden in Folge überwacht und bei Ladevorgängen mit unterschiedlichen Ladeprofilen geladen. Eine erste Teilgruppe der so ausgewählten Gerätebatterien wird mit dem ersten Ladeprofil und eine zweite Teilgruppe der so ausgewählten Gerätebatterien mit dem zweiten Ladeprofil aufgeladen. Als zu berücksichtigende Ladevorgänge werden alle Ladevorgänge betrachtet, die einen bestimmten Ladezustandshub bewirken.
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Nachdem alle Gerätebatterien der ersten Teilgruppe für eine vorbestimmte Anzahl mit dem ersten Ladeprofil und die zweite Teilgruppe für die vorbestimmte Anzahl mit dem zweiten Ladeprofil aufgeladen wurden, wird für jede Gerätebatterie der ersten und der zweiten Teilgruppe mithilfe eines geeigneten Alterungszustandsmodells der Alterungszustand bestimmt. Die vorbestimmte Anzahl von vorgenommenen Ladevorgängen sollte dabei für jede der ausgewählten Gerätebatterien identisch sein.
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In der Regel wird sich für die beiden Teilgruppen von Gerätebatterien für die unterschiedlichen Ladeprofile eine unterschiedliche Alterung ergeben. Dazu wird den ersten und zweiten Ladeprofilen jeweils ein Durchschnittswert eines Alterungszustands aus den Alterungszuständen der mit dem jeweiligen Ladeprofil aufgeladenen Gerätebatterien bestimmt. Dasjenige Ladeprofil, das zu einem geringeren durchschnittlichen Alterungszustand (d. h. zu einer stärkeren Alterung) geführt hat, wird in Folge in Richtung des entsprechend anderen Ladeprofils angepasst. Dabei wird davon ausgegangen, dass das zu ermittelnde optimierte Ladeprofil einen Verlauf aufweist, der zwischen den anfänglich angenommenen Ladeprofil-Grenzkurven liegt, die nicht unter- bzw. überschritten werden dürfen.
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Die Anpassung des Ladeprofils kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Das Anpassen des ersten oder zweiten Ladeprofils kann durch Verschiebung insbesondere durch eine Parallelverschiebung des ersten oder zweiten Ladeprofils durchgeführt werden, wobei insbesondere das angepasste Ladeprofil durch das jeweils andere nicht anzupassende Ladeprofil bezüglich der Richtung der Anpassung begrenzt wird.
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Solange das anzupassende Ladeprofil das entsprechend andere Ladeprofil nicht schneidet, kann eine Parallelverschiebung des anzupassenden Ladeprofils erfolgen. Findet bei einer Parallelverschiebung eine Überschneidung des anzupassenden Ladeprofils mit dem entsprechend anderen Ladeprofil statt, so wird das anzupassende Ladeprofil in dem Bereich, in dem es über das entsprechend andere Ladeprofil hinausgeht, auf das andere Ladeprofil begrenzt.
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Nach einer Anpassung des entsprechenden Ladeprofils wird entsprechend das Verfahren mit ausgewählten Geräten einer anderen Gerätegruppe erneut durchgeführt, um eine Belastung der Gerätebatterie aufgrund des jeweiligen Ladeprofils festzustellen. Nach der vorgegebenen Anzahl von Ladevorgängen wird erneut ein Alterungszustand ermittelt und dasjenige des ersten oder zweiten Ladeprofils, das zu einer höheren Alterung geführt hat, entsprechend in Richtung des jeweils anderen Ladeprofils angepasst. Den Gerätebatterien, die durch ihre Alterungszustände und ihren Nutzungsmustern den ausgewählten Fahrzeugen ähneln, werden nun jeweils das angepasste Ladeprofil zugeordnet, so dass bei nachfolgenden Ladevorgängen das angepasste Ladeprofil verwendet wird.
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Das Anpassen des ersten oder zweiten Ladeprofils kann iterativ erfolgen, bis sich durch eine Anpassung keine Verbesserung des Alterungszustandswert mehr erreichen lässt, wobei das anzupassende Ladeprofil an die Gerätebatterien der ausgewählten Gruppe übertragen wird, um dort für einen künftigen Ladevorgang berücksichtigt zu werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Betriebsgrößenverläufe der Gerätebatterien an eine geräteexterne Zentraleinheit übermittelt werden, wobei das Verfahren in der Zentraleinheit ausgeführt wird und wobei während des Verfahrens das erste, das zweite Ladeprofil und das angepasste erste oder zweite Ladeprofil jeweils an die Gerätebatterien zum Durchführen von nachfolgenden Ladevorgängen übermittelt werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Bereitstellen von fahrer- und fahrzeugindividuellen Betriebsgrößen zur fahrzeugexternen individuellen Bestimmung von Ladeprofilen für eine Fahrzeugbatterie in einer Zentraleinheit;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Bestimmen eines Ladeprofils für Fahrzeuge eines bestimmten Alterungszustands und Belastungszustand;
- 3 eine Darstellung eines beispielhaften Ladeprofils;
- 4 ein Diagramm zur Darstellung des Clustering der Fahrzeugbatterien zum Auffinden gleicher oder gleichartig gealterter und belasteter Fahrzeugbatterien; und
- 5 eine Darstellung des Bestimmens eines ersten und zweiten Ladeprofils als Grenzkurven des bereitgestellten Ladeprofils;
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Fahrzeugbatterien als Gerätebatterien in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen als gleichartige Geräte beschrieben. Das Verfahren kann in einer Zentraleinheit betrieben und zur Ermittlung von Ladeprofilen für die Fahrzeugbatterien eingesetzt werden.
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Das obige Beispiel steht stellvertretend für eine Vielzahl von stationären oder mobilen Geräten mit netzunabhängiger Energieversorgung, wie beispielsweise Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge, Pedelecs usw.), Anlagen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte, IOT-Geräte und dergleichen, die über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. LAN, Internet) mit einer geräteexternen Zentraleinheit (Cloud) in Verbindung stehen.
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1 zeigt ein System 1 zum Sammeln von Flottendaten in einer Zentraleinheit 2 zur Erstellung und zum Betrieb sowie zur Auswertung eines Ladeprofilermittlungsmodells und eines Alterungszustandsmodells. Das Alterungszustandsmodell dient zur Bestimmung eines Alterungszustands eines elektrischen Energiespeichers, wie z. B. einer Fahrzeugbatterie oder einer Brennstoffzelle in einem Kraftfahrzeug. 1 zeigt eine Fahrzeugflotte 3 mit mehreren Kraftfahrzeugen 4. Das Ladeprofilermittlungsmodells umfasst einen Algorithmus entsprechend dem nachfolgend beschriebenen Verfahren.
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Eines der Kraftfahrzeuge 4 ist in 1 detaillierter dargestellt. Die Kraftfahrzeuge 4 weisen jeweils eine Fahrzeugbatterie 41 als wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, einen elektrischen Antriebsmotor 42 und eine Steuereinheit 43 auf. Die Steuereinheit 43 ist mit einem Kommunikationsmodul 44 verbunden, das geeignet ist, Daten zwischen dem jeweiligen Kraftfahrzeug 4 und einer Zentraleinheit 2 (einer sogenannten Cloud) zu übertragen.
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Die Kraftfahrzeuge 4 senden an die Zentraleinheit 2 die Betriebsgrößen F, die zumindest Größen angeben, welche den Alterungszustand der Fahrzeugbatterie 41 beeinflussen. Die Betriebsgrößen F können im Falle einer Fahrzeugbatterie Zeitreihen eines Batteriestroms, einer Batteriespannung, einer Batterietemperatur und eines Ladezustands (SOC: State of Charge), sowohl auf Pack-, Modul- und / oder Zellebene. Die Betriebsgrößen F werden in einem schnellen Zeitraster von 1 Hz bis 100 Hz erfasst und können in unkomprimierter und / oder komprimierter Form regelmäßig an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
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Weiterhin können die Zeitreihen unter Ausnutzung von Kompressions-Algorithmen zwecks Minimierung des Datenverkehrs zur Zentraleinheit 2 im Abstand von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen blockweise an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
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Die Zentraleinheit 2 weist eine Datenverarbeitungseinheit 21, in der das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, und eine Datenbank 22 zum Speichern von Datenpunkten, Modellparametern, Zuständen und dergleichen auf.
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In der Zentraleinheit 2 kann ein Alterungszustandsmodell implementiert sein, das datenbasiert sein kann. Das Alterungszustandsmodell kann regelmäßig, d. h. z. B. nach Ablauf der jeweiligen Auswertungszeitdauer, verwendet werden, um basierend auf den zeitlichen Verläufen der Betriebsgrößen (jeweils seit Inbetriebnahme der jeweiligen Fahrzeugbatterie) eine Ermittlung des momentanen Alterungszustands der betreffenden Fahrzeugbatterie 41 vorzunehmen.
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Der Alterungszustand (SOH: State of Health) ist die Schlüsselgröße zur Angabe einer verbleibenden Batteriekapazität oder verbleibenden Batterieladung. Der Alterungszustand stellt ein Maß für die Alterung der Fahrzeugbatterie oder eines Batterie-Moduls oder einer Batterie-Zelle dar und kann als Kapazitätserhaltungsrate (Capacity Retention Rate, SOH-C) oder als Anstieg des Innenwiderstands (SOH-R) angegeben werden. Die Kapazitätserhaltungsrate SOH-C ist als Verhältnis der gemessenen momentanen Kapazität zu einer Anfangskapazität der vollständig aufgeladenen Batterie angegeben. Die relative Änderung des Innenwiderstands SOH-R steigt mit zunehmender Alterung der Batterie an.
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Für die Zeitreihen können zur Übertragung Kompressions-Algorithmen zwecks Minimierung des Datenverkehrs zur Zentraleinheit 2 genutzt werden. Weiterhin kann ein eventgestütztes Übertragen stattfinden, sodass der Datentransfer ausgelöst wird und erfolgt, wenn z. B. eine stabile oder bekannte WLAN-Netzwerk-Verbindung identifiziert wurde.
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2 veranschaulicht anhand eines Flussdiagramms das Verfahren zum Bestimmen eines einer Fahrzeugbatterie 41 zuzuordnendes Ladeprofil und zum Durchführen eines Ladevorgangs basierend auf dem zugeordneten Ladeprofil.
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Ein optimiertes Ladeprofil für einen bestimmten Batterietyp einer Fahrzeugbatterie 41 wird in der Regel herstellerseitig vorgegeben und gibt einen maximal zulässigen Ladestrom Icharg über einem bestimmten Ladezustand SOC an. Ein beispielhaftes Ladeprofil ist in 3 dargestellt. Der Ladezustand SOC entspricht allgemein einer gespeicherten Ladung in der Batterie bezogen auf die gesamte Kapazität der speicherbaren Ladung in der Fahrzeugbatterie 41 und wird als Anteil [%] der gesamten Speicherkapazität angegeben. Ein Ladeprofil wird in der Regel üblicherweise für Ladezustandsbereiche vorgegeben, so dass ein stufenförmiges Profil dargestellt wird. In der Regel nimmt der zulässige maximale Ladestrom Icharg mit zunehmendem Ladezustand SOC ab. Der zulässige maximale Ladestrom Icharg bestimmt einen maximalen Ladestrom, mit dem während eines Ladevorgangs die Batterie belastet werden darf. Geringere Ladeströme sind situationsbedingt ebenfalls zulässig.
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Das Verfahren zum Ermitteln eines optimierten Ladeprofils für eine Fahrzeugbatterie 41 sieht zunächst im Schritt S1 vor, die mit der Zentraleinheit 2 verbundenen Fahrzeuge 4 mit Fahrzeugbatterien 41 gleichen Typs in Gruppen zusammenzufassen entsprechend dem Belastungszustand der einzelnen Fahrzeugbatterien 41, der sich aus dem Nutzungsmuster der betreffenden Fahrzeugbatterie 41 insbesondere durch das Nutzungsverhalten des Fahrers des jeweiligen Kraftfahrzeugs ergibt und dem aktuellen Alterungszustand sowie ggfs. einer durchschnittlichen Batterietemperatur.
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Die Gruppen von Fahrzeugbatterien 41 können mithilfe eines ClusteringVerfahrens ermittelt werden. Beispielsweise kann als ein Belastungsparameter eines Nutzungsmusters ein kumulierter Amperestunden-Durchsatz Ah betrachtet werden, der den gesamten Stromfluss in und aus der Fahrzeugbatterie kumuliert über die gesamte Lebensdauer der Fahrzeugbatterie 41 (seit Inbetriebnahme) angibt. In 4 sind beispielhaft Fahrzeugbatterien 41 nach ihren Alterungszuständen und ihren Belastungszustand in Form des Amperestunden-Durchsatzes als Punkte aufgetragen und Cluster mithilfe des ClusteringVerfahrens gebildet, die die jeweiligen Gruppen von Fahrzeugbatterien 41 identifizieren. Die Nutzungsmuster können auch durch andere und weitere Belastungsparameter angegeben sein.
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Durch das Bilden der Gruppen von Fahrzeugbatterien 41 werden nun einander vergleichbare Fahrzeuge 4 ausgewählt, die hinsichtlich ihres jeweiligen Belastungszustands bzw. ihres jeweiligen Nutzungsmusters und Alterungszustands identisch sind.
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Die ausgewählten Fahrzeugbatterien 41 werden in Schritt S2 in eine erste Teilgruppe von Fahrzeugbatterien 41 und in eine zweite Teilgruppe von Fahrzeugbatterien 41 unterteilt und diesen jeweils ein erstes Ladeprofil und ein zweites Ladeprofil zugeordnet. Initial werden für das erste und das zweite Ladeprofil L1, L2 Ladeprofile angenommen, die sich aus dem für die Fahrzeugbatterie 41 insbesondere herstellerseitig vorgegebenen Ladeprofil ergeben. Das vorgegebene Ladeprofil weist in der Regel Stützstellen für einen stufenförmigen Verlauf des Ladeprofils auf, wie es beispielsweise in 3 dargestellt ist.
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Das erste und das zweite Ladeprofil L1, L2 können durch insbesondere lineares Verbinden der oberen bzw. unteren Stützstellen des vorgegebenen stufenförmigen Ladeprofils ermittelt werden, wobei der Verlauf des ersten und des zweiten Ladeprofils L1, L2 insbesondere durch Anwenden einer Glättungsfunktion, insbesondere eines PT1-Filters, bestimmt ist. Somit können die Ladeprofile als geglättete Verläufe aus dem vorgegebenen Ladeprofil abgeleitet werden. Dabei werden die unteren Stützstellen linear miteinander für den Verlauf des ersten Ladeprofils und die oberen Stützstellen linear miteinander für den Verlauf des zweiten Ladeprofils verbunden.
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Im Folgenden werden die erste Teilgruppe von Fahrzeugbatterien 41 mit dem ersten Ladeprofil geladen und die zweite Teilgruppe der Fahrzeugbatterien 41 mit dem zweiten Ladeprofil.
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In Schritt S3 wird überprüft, ob jede Fahrzeugbatterie 41 der ersten Teilgruppe und jede Fahrzeugbatterie 41 der zweiten Teilgruppe eine vorbestimmte Anzahl von Ladevorgängen, beispielsweise zwischen 5 und 20 Ladevorgängen, durchgeführt hat. Ein Ladevorgang kann anhand einer Auswertung der Betriebsgrößenverläufe in der Zentraleinheit 2 festgestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass als Ladevorgang im Rahmen dieses Verfahrens nur Ladevorgänge betrachtet werden, die einen Hub des Ladezustands über einem vorgegebenen Schwellenwert bewirken und/oder die den Ladevorgang mit einem Ladezustand von unter einem vorgegebenen Ladezustandsschwellenwert starten.
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Wird in Schritt S3 festgestellt, dass jede Fahrzeugbatterie 41 der ersten Teilgruppe und jede Fahrzeugbatterie 41 der zweiten Teilgruppe die vorbestimmte Anzahl von Ladevorgängen durchgeführt hat (Alternative: Ja), wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S3 zurückgesprungen.
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In Schritt S4 können die Alterungszustände der Fahrzeugbatterien 41 ermittelt werden. Die Bestimmung des Alterungszustands kann mithilfe einer CCCV-Vergleichsmessung oder unter Nutzung eines sonstigen Alterungszustandsmodells durchgeführt werden.
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Ein Modell zur Bestimmung des Alterungszustands von Batterien stellt das sogenannte Basismodell dar. Hier kann ein Alterungszustandswert basierend auf der Kapazitätserhaltungsrate (Capacity Retention Rate) (SOH-C) mithilfe eines Coulomb-Counting-Verfahrens bestimmt werden. Dazu wird anhand der Zeitverläufe der Betriebsgrößen erkannt, dass ein Aufladevorgang durchgeführt wird. Der Aufladevorgang kann beispielsweise erkannt werden, wenn ausgehend von einem Zustand des vollständigen Entladens der Batterie (dies kann bei Batterien erkannt werden, wenn eine Entladeschlussspannung erreicht worden ist) eine Zufuhr eines konstanten Stroms erfolgt. Der Aufladevorgang kann somit anhand eines konstanten Stromflusses in die Fahrzeugbatterie festgestellt werden.
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Wenn der Aufladevorgang bis zu einem vollständigen Aufladen erfolgt ist, kann durch Integrieren des Stromflusses in die Batterie die insgesamt der Fahrzeugbatterie zugeführte Ladungsmenge bestimmt werden. Diese maximale Ladungsmenge kann durch Vergleich mit einer Nominalladekapazität der Batterie einem Alterungszustandswert zugeordnet werden. Auch können Teilaufladungen mit bestimmter Ladungszufuhr und entsprechende Messungen der Zellenspannungen vor und nach dem teilweisen Aufladen ausgewertet werden, um den die Alterungszustandswert basierend auf der Kapazitätserhaltungsrate zu bestimmen. Weiterhin kann das Coulomb-Counting auch bei Entladevorgängen durchgeführt werden, beispielsweise während eines Fahrzyklusses, indem eine abfließende Ladungsmenge bestimmt wird und die Zellenspannungen vor und nach dem teilweisen Aufladen ausgewertet werden.
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Die Alterungszustände der ersten Teilgruppe der Fahrzeugbatterien 41 und die Alterungszustände der zweiten Teilgruppe der der Fahrzeugbatterien 41 können in Schritt S5 separat in einen jeweiligen Alterungszustandswert aggregiert werden, insbesondere durch Mittelwertbildung oder Medianbildung.
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Die Alterungszustandswerte der ersten Teilgruppe der Fahrzeugbatterien 41 und der zweiten Teilgruppe der Fahrzeugbatterien 41 werden nun voneinander abweichen. Es kann nun in Schritt S6 dasjenige (erste oder zweite) Ladeprofil angepasst werden, das der Teilgruppe zugeordnet ist, die einen geringeren Alterungszustandswert aufweist, d. h. für die eine stärkere Alterung im Vergleich zur anderen Teilgruppe von Fahrzeugbatterien 41 bestimmt wurde.
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Das Anpassen kann erfolgen, in dem das betreffende anzupassende Ladeprofil inkrementell in Richtung des entsprechend anderen Ladeprofils parallel verschoben wird, solange keine Überschneidung der Ladeprofile in einem Abschnitt erfolgt. Sollte durch die Parallelverschiebung eine Überschneidung der Ladeprofile auftreten, wird das anzupassende Ladeprofil durch den Verlauf des entsprechend anderen Ladeprofils begrenzt.
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Die Verschiebung des anzupassenden Ladeprofils kann beispielsweise erfolgen, indem die zulässigen maximalen Ladeströme der Stützstellen des vorgegebenen Ladeprofils entweder erhöht (bei den unteren Stützstellen) oder verringert (bei den oberen Stützstellen) werden. Der angepasste Verlauf ergibt sich dann dadurch, dass die angepassten Stützstellen linear miteinander verbunden werden. Durch optionale Glättung mit der Glättungsfunktion kann der Verlauf entsprechend angepasst werden.
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In Schritt S7 wird (wie in Schritt S3) erneut überprüft, ob jede Fahrzeugbatterie 41 der ersten Teilgruppe und jede Fahrzeugbatterie 41 der zweiten Teilgruppe eine vorbestimmte Anzahl von Ladevorgängen, beispielsweise zwischen 5 und 20 Ladevorgängen, durchgeführt hat.
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Wird in Schritt S7 festgestellt, dass jede Fahrzeugbatterie 41 der ersten Teilgruppe und jede Fahrzeugbatterie 41 der zweiten Teilgruppe die vorbestimmte Anzahl von Ladevorgängen durchgeführt hat (Alternative: Ja), wird das Verfahren mit Schritt S8 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S7 zurückgesprungen.
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In Schritt S8 können die Alterungszustände der Fahrzeugbatterien 41 ermittelt werden.
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Die Alterungszustände der ersten Teilgruppe der Fahrzeugbatterien 41 und die Alterungszustände der zweiten Teilgruppe der der Fahrzeugbatterien 41 können in Schritt S9 separat in einen jeweiligen Alterungszustandswert aggregiert werden, insbesondere durch Mittelwertbildung oder Medianbildung.
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In Schritt S10 wird überprüft, wie sich nach der Anpassung eines der Ladeprofile der Betrag aus der Differenz der beiden Alterungszustandswerte verändert. Wird in Schritt S10 festgestellt, dass sich durch die Anpassung des Ladeprofils die Differenz aus beiden Alterungszustandswerten nicht verringert hat (Alternative: Nein), so wird in Schritt S11 den Fahrzeugbatterien 41 der ausgewählten Gruppe dasjenige Ladeprofil zugeordnet, das zu einem besseren, d. h. größeren Alterungszustandswert geführt hat.
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Wird in Schritt S10 festgestellt, dass sich durch die Anpassung des Ladeprofils die Differenz aus beiden Alterungszustandswerten verringert hat (Alternative: Ja), so wird in Schritt S12 (wie in Schritt S6) dasjenige (erste oder zweite) Ladeprofil angepasst werden, das der Teilgruppe zugeordnet ist, die einen geringeren Alterungszustandswert aufweist, d. h. für die eine stärkere Alterung im Vergleich zur anderen Teilgruppe von Fahrzeugbatterien 41 bestimmt wurde.
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Anschließend wird zu Schritt S7 zurückgesprungen.
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Das Verfahren ermittelt also iterativ ein optimiertes Ladeprofil. In 5 ist beispielhaft die Anpassung der Verläufe der Ladeprofile durch gestrichelte Verläufe I. II. III dargestellt. Man erkennt den Verlauf des initialen ersten Ladeprofils L1 und des initialen zweiten Ladeprofils L2. Die gestrichelten Verläufe zeigen beispielhaft die iterative Anpassung des Verlaufs des Ladeprofils. Die Punkte 0,1,2,3,4 geben den stufenförmigen Verlauf des initial vorgegebenen Ladeprofils an.
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Das obige Verfahren wird vorzugsweise in der Zentraleinheit ausgeführt und das jeweils ermittelte Ladeprofil kann nach jeder Anpassung vorzugsweise in parametrisierter Form an die jeweiligen ausgewählten Kraftfahrzeuge übertragen werden.
