EP2572430A2 - Method for controlling the maximum charge rate of an electrochemical energy store device - Google Patents

Method for controlling the maximum charge rate of an electrochemical energy store device

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Publication number
EP2572430A2
EP2572430A2 EP11721232A EP11721232A EP2572430A2 EP 2572430 A2 EP2572430 A2 EP 2572430A2 EP 11721232 A EP11721232 A EP 11721232A EP 11721232 A EP11721232 A EP 11721232A EP 2572430 A2 EP2572430 A2 EP 2572430A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
storage device
energy storage
electrochemical energy
maximum
charging rate
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.)
Withdrawn
Application number
EP11721232A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2572430A2 publication Critical patent/EP2572430A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device and to an electrochemical energy storage device with such a method.
  • Electrochemical energy storage devices are generally cost-intensive components. In order to produce as cost-effective and thus competitive products, it is necessary to exploit and operate all components and in particular the electrochemical energy storage devices to their power limit. If electrochemical energy storage devices are operated below the maximum possible performance limits, the result is an expensive and inefficient overall system.
  • Electrochemical energy storage devices are also technically highly complex facilities that can be damaged immediately by a faulty operation.
  • the operating parameters of an electrochemical energy storage device are dependent on many boundary conditions, so that they are preferably operated efficiently by means of a controller.
  • the maximum charge rate which can be taken from or supplied to an electrochemical energy storage device, in particular an energy storage device which has at least one lithium ion cell, is a characteristic for the operating strategy of an electrochemical energy storage device.
  • the charging rate of an electrochemical energy storage device is preferably characterized by a current intensity.
  • the invention will be explained below with reference to a method for an electrochemical energy storage device, wherein it is made up of a plurality of energy storage cells, in particular of lithium-ion cells. It should be noted that the method according to the invention can also be advantageously applied to other electrochemical energy storage devices and the description does not limit the applicability of the invention.
  • DE 19543 874 A1 proposes a simple method for determining the discharge characteristic. In this case, this discharge rate is approximated by means of a measured temperature, voltage, current by means of a spatially curved surface. Especially for particularly high or low temperatures uncontrolled conditions for the control of the electrochemical energy storage device may result.
  • the present invention is based on the object to increase the usability of an electrochemical energy storage device and in particular to improve the reliability of this. This task will
  • a method for controlling the maximum charging rate during a charging or discharging operation of an electrochemical Energy storage device is generally characterized by a current strength. This current depends on the operating state of the electrochemical energy storage device and on a group of boundary conditions. In particular, this group regularly has the temperature of at least one region of the electrochemical energy storage device.
  • the maximum charging rate may depend crucially on the operating mode of an electrochemical energy storage device, it is therefore to be distinguished, in particular, whether the electrochemical energy storage device is supplied with energy or is discharged from it. is taken.
  • the electrochemical energy storage device can heat up during charging or discharging, in particular the duration of the energy extraction or energy supply can therefore influence the amount of the removable or supply current.
  • the removable or supplyable current intensity depends in particular on the state of charge of the electrochemical energy storage device and is therefore preferably controlled in dependence thereon.
  • the electrochemical energy storage cell is operated in a critical temperature range, this is difficult to control.
  • the extractable or feedable current intensity is controlled to zero by the method according to the invention.
  • the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device is understood to mean a value which is preferably determined by a
  • Amperage is characterizable.
  • the maximum charge rate is preferably characterized by an amperage which under the current boundary conditions, such as in particular the temperature of the electrochemical energy storage device maximum, this can be supplied or removed, without causing damage occurs.
  • the maximum charging rate describes both the charge rate during a charging process and the discharge rate during a discharging process of an electrochemical energy storage device.
  • a charging process is to be understood in particular as the supply of electrical energy into this electrochemical energy storage device, wherein this supplied electrical energy in the electrochemical energy storage device is at least partially preferably converted into chemically bound energy and thus stored.
  • An electrochemical energy storage device is preferably understood to mean a device for storing electrical energy.
  • the energy is stored in chemically bound form in an electrochemical energy storage device.
  • This electrochemical energy storage device preferably has at least one lithium ion cell, preferably several.
  • the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device depends in particular on various boundary conditions and operating parameters.
  • the temperature of the electrochemical energy storage device is such a constraint.
  • the temperature of the electrochemical energy storage device is preferably understood to mean the temperature of at least one region of at least one electrochemical energy storage cell. In particular, this temperature can be measured directly at or in this energy storage cell or, preferably, the temperature of the energy storage cell can be measured indirectly at one or more sections of the housing of the electrochemical energy storage device. Preferably, this temperature is used to control the maximum charging rate of the electrochemical energy storage device.
  • detecting a charging or discharging process it is to be understood in particular that it is preferably detected by the evaluation of measuring signals in a control device whether energy is supplied or removed from the electrochemical energy storage device.
  • the charging or discharging process is detected on the basis of a current flow or preferably based on a voltage difference.
  • the duration of a charging or discharging process is to be understood in particular as meaning the period of time for which there is preferably an uninterrupted charging or discharging process of an electrochemical energy storage device. Preferably, the period is also measured for which neither a loading still a discharge is present.
  • the duration of the charging or discharging process is preferably used for the control of the electrochemical energy storage device.
  • the state of charge of the electrochemical energy storage device is to be understood in particular as the ratio between the maximum energy that can be stored in this energy and the energy currently stored in it.
  • the maximum energy that can be stored in the electrochemical energy storage device depends on the state of aging of the same.
  • the state of charge of the electrochemical energy storage device is
  • 1 denotes that the electrochemical energy storage device is completely charged.
  • a maximum temperature is to be understood as a predefined limit temperature.
  • the maximum charging rate is set to a predefined limit.
  • the predefined limit value of the maximum charging rate when reaching the maximum temperature is zero.
  • no energy is supplied or removed.
  • a minimum temperature is to be understood as a predefined limit temperature.
  • the maximum charge rate is set to a predefined limit.
  • the predefined limit value of the charging rate is zero when the minimum temperature is reached.
  • the charging rate is provided at an interface of the electrochemical energy storage device.
  • Interface is preferably used to send signals to or from the electrical chemical energy storage device to transmit.
  • a variable characterizing the charge rate is preferably provided at this interface.
  • this interface can be connected to a bus system.
  • the charging rate is transmitted at a predetermined frequency recurring to this interface, preferably with a frequency of 1 Hz to 50 Hz, more preferably 5 Hz to 30 Hz.
  • the frequency of the transmission depends on different boundary conditions and is variable. Due to the recurrent transmission of the charging rate, it is achieved, in particular, that current data is available for controlling the electrochemical energy storage device, thereby in particular improving operational reliability.
  • the size of the maximum charging rate depends on the duration of the energy removal or the energy supply to the electrochemical energy storage device.
  • the maximum charge rate is greater the shorter the duration of the energy extraction or energy supply.
  • a maximum charge rate is predefined for very short durations of energy extraction or energy supply.
  • a maximum charging rate is defined for very long periods of energy removal or energy supply to the electrochemical energy storage device.
  • the maximum charge rate is at least partially writable by an exponentially flattening time function.
  • This time function has its highest value for pulse-like energy withdrawals or energy supplies.
  • the exponential flattening time function has its lowest value.
  • Under a pulse-like energy extraction or energy supply is preferably an energy extraction or energy supply with a short duration, preferably with a duration of less than a second to understand.
  • Under a continuous energy extraction or energy supply is preferably an energy extraction or energy supply with a long duration, preferably with a duration of more than 60 seconds, particularly preferably more than 100 seconds to understand.
  • the maximum charging rate C depends on the duration of the discharging or charging process and is sufficient
  • the value for the function f is set to a predefined value. This value is preferably between 0 and 2, preferably between 0 and 1 and particularly preferably this value is 1.
  • the upper control value of the maximum charging rate is to be understood as a parameter which preferably serves to adapt the control of the maximum charging rate to an electrochemical energy storage device.
  • the lower control value of the maximum charge rate is to be understood as a parameter which preferably serves to adapt the control of the maximum charge rate to an electrochemical energy storage device.
  • the upper control value of the maximum charging rate is greater than the lower control value.
  • the upper control value is to be understood as an upper limit value which does not exceed the maximum charge rate.
  • the lower control value is to be regarded as a lower limit value for the maximum charging rate, wherein the maximum charging rate preferably falls below this lower limit value only if it is controlled to zero.
  • the constant H is in the range of 0.001 to 0.5, more preferably 0.03 to 0.09, and most preferably about 0.055.
  • the value of the function f depends on the SOC.
  • a different maximum charging rate is preferably assigned to each and particularly preferably to a part of different states of charge of the electrochemical energy storage device.
  • the function is a cubic or linear function or preferably one
  • the constants m, K iv and v are chosen such that a monotonically decreasing function is given, preferably the function f is monotonically decreasing at least within a value range of SOC.
  • the constant K m is in the range of 0.001 to 0.5, preferably 0.005 to 0.07, and more preferably about 0.012.
  • V is from 0.01 to 10, more preferably 1.5 to 3, and most preferably about 2.182.
  • the constant v is from a range of 50 to 100, more preferably 75 to 99.5, and most preferably about 98.19.
  • the maximum charging rate for the energy supply and for the energy extraction is determined by means of different functions f.
  • the maximum charging rate in the energy extraction does not depend on the state of charge of the electrochemical energy storage device.
  • the value of the function f for the energy supply or for the energy extraction is determined at least with different constants K ⁇ to K v , preferably individual constants K ⁇ to Ky are equal for the energy extraction or energy supply.
  • the charging rate as a function of the duration of the energy supply or energy removal from the electrochemical energy storage device is achieved in particular that this is not overloaded, thus the reliability of an electrochemical energy storage device is increased by the controller according to a method of the invention.
  • the lower the temperature of the electrochemical energy storage device during energy extraction or energy supply the smaller the charge rate.
  • the higher the temperature of the electrochemical energy storage device during energy extraction or energy supply the greater the charge rate.
  • the maximum charge rate is controlled from a minimum temperature of -40 ° C to -25 ° C to a predefined limit.
  • this predefined limit value of the charging rate is equal to zero.
  • predefined limit value is achieved in particular that from this minimum temperature of the electrochemical energy storage device no energy can be supplied or removed from this.
  • the maximum charging rate of the electrochemical energy storage device is controlled to a predefined value.
  • this predefined limit value of the charging rate is equal to zero. In particular, this predefined limit value ensures that no energy can be taken from the electrochemical energy storage device or supplied to it from the maximum temperature.
  • the predefined minimum or maximum temperature prevents it above or below these temperatures too
  • the charging rate for charging processes differs from the charging rate for discharging operations at least in certain areas.
  • an electrochemical energy storage device has a control, which in particular controls the maximum charge rate according to the inventive method. By controlling the maximum charging rate by the method according to the invention, the reliability of the electrochemical energy storage device is increased. Further advantages and embodiments of the present invention will become apparent from the accompanying drawings.
  • Figure 1 shows the relationship between current and temperature for different durations of the charging process
  • Figure 2 shows the relationship between the current and the duration of the charging process
  • FIG. 1 shows the basic relationship between the current during charging and discharging and the temperature. The current characterizes the maximum charging rate. It can be seen that with decreasing temperature, the current flowing out of the electrochemical
  • Energy storage device can be removed or stored in this, decreases.
  • Energy storage device removable current controlled to zero. By this backdriving the maximum charge rate to zero when reaching a limit temperature in particular a safe operation of the electrochemical energy storage device is achieved.
  • the removable current intensity and thus the maximum charging rate decrease with increasing duration of the discharge For very short periods the removable current is limited to the maximum value marked 3). This limitation to a value of amperage is not necessary, but leads to an improvement in operational safety. By limiting to a maximum value of the current thus the reliability of the electrochemical energy storage device is increased. For very long extraction periods, the removable current from the electrochemical energy storage device is set to the limit marked 2). This definition of an at least removable current strength improved the usability of the electrochemical energy storage device.
  • FIG. 3 shows the relationship between the current intensity characterizing the charging rate and the state of charge of the electrochemical energy storage device.
  • the state of charge of the electrochemical energy storage device is often referred to as "state of charge” (SOC). If the electrochemical energy storage device is fully charged, the SOC is 1 or 100 percent. If the SOC reaches a predefined limit, the current intensity during charging of the electrochemical energy storage device is reduced according to the current curve marked with 1). It is also possible for each different SOC to have its own maximum charging rate and therefore current intensity. Also for them

Abstract

A method for controlling the maximum charge rate during a charging process or discharging process of an electrochemical energy store device is generally characterised by current intensity. Said current intensity is dependent on the operating state of the electrochemical energy store device and on a group of boundary conditions. Said group typically comprises, for example, the temperature of at least one region of the electrochemical energy store device. The maximum charge rate may crucially depend on the mode of operation of the electrochemical energy store device, and therefore a distinction should be made in particular as to whether energy is being supplied to or withdrawn from said device. The electrochemical energy store device can heat up during charging or discharging processes, and therefore in particular the duration of the energy withdrawal and/or energy supply can influence the level of the current intensity which can be withdrawn and/or which can be supplied. The current intensity which can be withdrawn and/or supplied depends in particular upon the state of charge of the electrochemical energy store unit and is therefore controlled in particular on the basis of said state of charge. When in a critical temperature range, the electrochemical energy store cell is particularly difficult to control. Therefore, the current intensity which can be withdrawn or supplied is set to zero when a maximum temperature is reached and/or a minimum temperature is reached.

Description

Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical
Energiespeichereinrichtung Energy storage device
B es c h re i b u n g  Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung mit einem solchen Verfahren. The present invention relates to a method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device and to an electrochemical energy storage device with such a method.
Elektrochemische Energiespeichereinrichtungen sind im Allgemeinen kosten- intensive Bauteile. Um möglichst kostengünstige und damit konkurrenzfähige Produkte herzustellen, ist es notwendig, alle Bauteile und insbesondere die elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen bis an ihre Leistungsgrenze auszunützen und zu betreiben. Werden elektrochemische Energiespeichereinrichtungen unterhalb der maximal möglichen Leistungsgrenzen betrieben, so ergibt sich ein teueres und ineffizientes Gesamtsystem. Electrochemical energy storage devices are generally cost-intensive components. In order to produce as cost-effective and thus competitive products, it is necessary to exploit and operate all components and in particular the electrochemical energy storage devices to their power limit. If electrochemical energy storage devices are operated below the maximum possible performance limits, the result is an expensive and inefficient overall system.
Elektrochemische Energiespeichereinrichtungen sind aber auch technisch hochkomplexe Einrichtungen, welche durch eine Fehlbedienung sofort Schaden nehmen können. Die Betriebsparameter einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung sind von vielen Randbedingungen abhängig, so dass diese vorzugsweise mittels einer Steuerung effizient zu betreiben sind. Die maximale Laderate, welche einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Energiespeichereinrichtung, welche wenigstens eine Lithium- lonen-Zelle aufweist, entnommen bzw. dieser zugeführt werden kann, ist ein Charakteristikum für die Betriebsstrategie einer elektrochemischen Energie- speichereinrichtung. Die Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise durch eine Stromstärke charakterisierbar. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Verfahrens für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung erläutert, wobei diese aus mehreren Energiespeicherzellen, insbesondere aus Lithium-Ionen-Zellen aufgebaut ist. Es wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere elektrochemische Energiespeichereinrichtungen vorteilhaft anwendbar ist und die Beschreibung die Anwendbarkeit der Erfindung nicht beschränkt. Electrochemical energy storage devices are also technically highly complex facilities that can be damaged immediately by a faulty operation. The operating parameters of an electrochemical energy storage device are dependent on many boundary conditions, so that they are preferably operated efficiently by means of a controller. The maximum charge rate which can be taken from or supplied to an electrochemical energy storage device, in particular an energy storage device which has at least one lithium ion cell, is a characteristic for the operating strategy of an electrochemical energy storage device. The charging rate of an electrochemical energy storage device is preferably characterized by a current intensity. The invention will be explained below with reference to a method for an electrochemical energy storage device, wherein it is made up of a plurality of energy storage cells, in particular of lithium-ion cells. It should be noted that the method according to the invention can also be advantageously applied to other electrochemical energy storage devices and the description does not limit the applicability of the invention.
Verfahren zum Ermitteln und Steuern der maximalen Laderate für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 19543 874 A1 schlägt ein einfaches Verfahren zur Ermittelung der Entladecharakteristik vor. Dabei wird diese Entladerate anhand einer gemessenen Temperatur, Spannung, Strom mittels einer räumlich gekrümmten Fläche approximiert. Insbesondere für besonders hohe oder tiefe Temperaturen können sich unkontrollierte Bedingungen für die Steuerung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ergeben. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Nutzbarkeit einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zu erhöhen und insbesondere die Betriebssicherheit dieser zu verbessern. Diese Aufgabe wird Methods for determining and controlling the maximum charge rate for an electrochemical energy storage device are known in the art. DE 19543 874 A1 proposes a simple method for determining the discharge characteristic. In this case, this discharge rate is approximated by means of a measured temperature, voltage, current by means of a spatially curved surface. Especially for particularly high or low temperatures uncontrolled conditions for the control of the electrochemical energy storage device may result. The present invention is based on the object to increase the usability of an electrochemical energy storage device and in particular to improve the reliability of this. This task will
erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche. achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Preferred developments of the invention are the subject of the dependent subclaims.
Ein Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate bei einem Ladevorgang oder Entladevorgang einer elektrochemischen. Energiespeichereinrichtung ist im Allgemeinen durch eine Stromstärke charakterisierbar. Diese Stromstärke ist vom Betriebszustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und von einer Gruppe von Randbedingungen abhängig. Regelmäßig weist diese Gruppe insbesondere die Temperatur wenigstens eines Bereichs der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auf. Die maximale Laderate kann entscheidend von der Betriebsart einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abhängen, es ist daher insbesondere zu unterscheiden, ob der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung Energie zugeführt oder ent- nommen wird. Die elektrochemische Energiespeichereinrichtung kann sich bei Lade- oder Entladevorgängen erwärmen, insbesondere die Dauer der Energieentnahme oder Energiezuführung kann daher die Höhe der entnehmbaren oder zuführbaren Stromstärke beeinflussen. Die entnehmbare oder zuführbare Stromstärke hängt insbesondere vom Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichervorrichtung ab und wird daher vorzugsweise in Abhängigkeit von diesem gesteuert. Insbesondere wenn die elektrochemische Energiespeicherzelle in einem kritischen Temperaturbereich betrieben wird, ist diese schwierig zu steuern. Beim Erreichen einer maximalen Temperatur oder beim Erreichen einer minimalen Temperatur wir daher die entnehmbare oder zuführbare Stromstärke durch das erfindungsgemäße Verfahren auf Null gesteuert. A method for controlling the maximum charging rate during a charging or discharging operation of an electrochemical. Energy storage device is generally characterized by a current strength. This current depends on the operating state of the electrochemical energy storage device and on a group of boundary conditions. In particular, this group regularly has the temperature of at least one region of the electrochemical energy storage device. The maximum charging rate may depend crucially on the operating mode of an electrochemical energy storage device, it is therefore to be distinguished, in particular, whether the electrochemical energy storage device is supplied with energy or is discharged from it. is taken. The electrochemical energy storage device can heat up during charging or discharging, in particular the duration of the energy extraction or energy supply can therefore influence the amount of the removable or supply current. The removable or supplyable current intensity depends in particular on the state of charge of the electrochemical energy storage device and is therefore preferably controlled in dependence thereon. In particular, when the electrochemical energy storage cell is operated in a critical temperature range, this is difficult to control. When a maximum temperature is reached or when a minimum temperature is reached, therefore, the extractable or feedable current intensity is controlled to zero by the method according to the invention.
Unter der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist ein Wert zu verstehen, welcher vorzugsweise durch eine The maximum charging rate of an electrochemical energy storage device is understood to mean a value which is preferably determined by a
Stromstärke charakterisierbar ist. Die maximale Laderate ist dabei vorzugsweise durch eine Stromstärke charakterisiert, welche unter den augenblicklichen Randbedingungen, wie insbesondere der Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung maximal, dieser zugeführt oder entnommen werden kann, ohne dass dabei eine Beschädigung eintritt. Die maximale Laderate beschreibt dabei im Rahmen dieser Erfindung sowohl die Laderate bei einem Ladevorgang als auch die Entladerate bei einem Entladevorgang einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. Amperage is characterizable. The maximum charge rate is preferably characterized by an amperage which under the current boundary conditions, such as in particular the temperature of the electrochemical energy storage device maximum, this can be supplied or removed, without causing damage occurs. In the context of this invention, the maximum charging rate describes both the charge rate during a charging process and the discharge rate during a discharging process of an electrochemical energy storage device.
Unter einem Ladevorgang ist insbesondere das Zuführen von elektrischer Energie in diese elektrochemische Energiespeichereinrichtung zu verstehen, wobei diese zugeführte elektrische Energie in der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung wenigstens teilweise vorzugsweise in chemisch gebundene Energie umgewandelt und somit gespeichert wird. A charging process is to be understood in particular as the supply of electrical energy into this electrochemical energy storage device, wherein this supplied electrical energy in the electrochemical energy storage device is at least partially preferably converted into chemically bound energy and thus stored.
Unter einem Entladevorgang ist insbesondere das Entnehmen von elektrischer Energie aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zu verstehen. Dabei wird vorzugsweise Energie, welche in chemisch gebundener Form in der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abgespeichert ist wenigstens teilweise in elektrische Energie umgewandelt. Under a discharge process is in particular the removal of electrical energy from the electrochemical energy storage device to understand. In this case, preferably, energy which in chemically bound form in the stored electrochemical energy storage device is at least partially converted into electrical energy.
Unter einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Speichern von elektrischer Energie zu verstehen. An electrochemical energy storage device is preferably understood to mean a device for storing electrical energy.
Vorzugsweise wird in einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung die Energie in chemisch gebundener Form abgespeichert. Vorzugsweise weist diese elektrochemische Energiespeichereinrichtung wenigstens eine Lithium- lonen-Zelle auf, bevorzugt mehrere. Preferably, the energy is stored in chemically bound form in an electrochemical energy storage device. This electrochemical energy storage device preferably has at least one lithium ion cell, preferably several.
Die maximale Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung hängt insbesondere von verschiedenen Randbedingungen und Betriebsparametern ab. Vorzugsweise ist die Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung eine solche Randbedingung. Unter der Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist dabei vorzugsweise die Temperatur wenigstens eines Bereichs wenigstens einer elektrochemischen Energiespeicherzelle zu verstehen. Diese Temperatur kann insbesondere direkt an bzw. in dieser Energiespeicherzelle oder vorzugsweise kann die Temperatur der Energiespeicherzelle indirekt an einem oder mehreren Abschnitten des Gehäuses der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung gemessen werden. Vorzugsweise wird diese Temperatur zur Steuerung der maximalen Laderate der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung herangezogen. The maximum charging rate of an electrochemical energy storage device depends in particular on various boundary conditions and operating parameters. Preferably, the temperature of the electrochemical energy storage device is such a constraint. The temperature of the electrochemical energy storage device is preferably understood to mean the temperature of at least one region of at least one electrochemical energy storage cell. In particular, this temperature can be measured directly at or in this energy storage cell or, preferably, the temperature of the energy storage cell can be measured indirectly at one or more sections of the housing of the electrochemical energy storage device. Preferably, this temperature is used to control the maximum charging rate of the electrochemical energy storage device.
Unter der Erkennung eines Lade- bzw. Entladevorgangs ist insbesondere zu verstehen, dass vorzugsweise durch die Auswertung von Messsignalen in einer Steuereinrichtung erkannt wird, ob der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung Energie zugeführt oder entnommen wird. Vorzugsweise wird der Lade- bzw. Entladevorgang anhand eines Stromflusses oder bevorzugt anhand einer Spannungsdifferenz erkannt. By detecting a charging or discharging process, it is to be understood in particular that it is preferably detected by the evaluation of measuring signals in a control device whether energy is supplied or removed from the electrochemical energy storage device. Preferably, the charging or discharging process is detected on the basis of a current flow or preferably based on a voltage difference.
Unter der Dauer eines Lade- bzw. Entladevorgangs ist insbesondere der Zeitraum zu verstehen, für welchen vorzugsweise ein ununterbrochener Lade- bzw. Entladevorgang einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung vorliegt. Vorzugsweise wird auch der Zeitraum gemessen, für welchen weder ein Lade- noch eine Entladevorgang vorliegt. Die Dauer des Lade- bzw. Entladevorgangs wird vorzugsweise für die Steuerung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung herangezogen. The duration of a charging or discharging process is to be understood in particular as meaning the period of time for which there is preferably an uninterrupted charging or discharging process of an electrochemical energy storage device. Preferably, the period is also measured for which neither a loading still a discharge is present. The duration of the charging or discharging process is preferably used for the control of the electrochemical energy storage device.
Unter dem Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung ist insbesondere das Verhältnis zwischen der maximal in dieser abspeicherbaren Energie und der augenblicklich in dieser abgespeicherten Energie zu verstehen. Vorzugsweise hängt die maximal in der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung abspeicherbare Energie von dem Alterungszustand dieser ab. Der Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung wird The state of charge of the electrochemical energy storage device is to be understood in particular as the ratio between the maximum energy that can be stored in this energy and the energy currently stored in it. Preferably, the maximum energy that can be stored in the electrochemical energy storage device depends on the state of aging of the same. The state of charge of the electrochemical energy storage device is
insbesondere als„State of Charge" (SOC) bezeichnet. Vorzugsweise wird der Ladezustand als eine Verhältniszahl zwischen 0 und 1 ausgedrückt, wobei insbesondere 1 bedeutet, dass die elektrochemische Energiespeichereinrichtung vollständig geladen ist. In particular, 1 denotes that the electrochemical energy storage device is completely charged.
Unter einer maximalen Temperatur ist eine vordefinierte Grenztemperatur zu verstehen. Insbesondere beim Erreichen dieser Grenztemperatur bzw. beim Überschreiten dieser wird die maximale Laderate auf einen vordefinierten Grenzwert gesetzt. Vorzugsweise ist der vordefinierte Grenzwert der maximalen Laderate beim Erreichen der maximalen Temperatur Null. Vorzugsweise wird beim Erreichen der maximalen Temperatur der elektrochemischen Energie- speichereinrichtung keine Energie zu- bzw. abgeführt. A maximum temperature is to be understood as a predefined limit temperature. In particular, when reaching this limit temperature or when exceeding this, the maximum charging rate is set to a predefined limit. Preferably, the predefined limit value of the maximum charging rate when reaching the maximum temperature is zero. Preferably, when the maximum temperature of the electrochemical energy storage device is reached, no energy is supplied or removed.
Unter einer minimalen Temperatur ist eine vordefinierte Grenztemperatur zu verstehen. Insbesondere beim Erreichen dieser Grenztemperatur bzw. beim Unterschreiten dieser, wird die maximale Laderate auf einen vordefinierten Grenzwert gesetzt. Vorzugsweise ist der vordefinierte Grenzwert der Laderate beim Erreichen der minimalen Temperatur Null. Vorzugsweise wird beim A minimum temperature is to be understood as a predefined limit temperature. In particular, when reaching this limit temperature or falling below this, the maximum charge rate is set to a predefined limit. Preferably, the predefined limit value of the charging rate is zero when the minimum temperature is reached. Preferably, the
Erreichen der minimalen Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung keine Energie zu- bzw. abgeführt.  Reaching the minimum temperature of the electrochemical energy storage device no energy added or removed.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Laderate an einer Schnittstelle der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bereitgestellt. Diese In a preferred embodiment, the charging rate is provided at an interface of the electrochemical energy storage device. These
Schnittstelle dient vorzugsweise dazu, Signale zu oder von der elektro- chemischen Energiespeichereinrichtung zu übertragen. Vorzugsweise wird an dieser Schnittstelle insbesondere eine die Laderate kennzeichnende Größe bereitgestellt. Vorzugsweise ist diese Schnittstelle mit einem Bussystem verbindbar. Vorzugsweise wird die Laderate mit einer vorbestimmten Frequenz wiederkehrend an diese Schnittstelle übertragen, bevorzugt mit einer Frequenz von 1 Hz bis 50 Hz, besonders bevorzugt 5 Hz bis 30 Hz. Vorzugsweise hängt die Frequenz der Übertragung von verschiedenen Randbedingungen ab und ist veränderlich. Durch die wiederkehrende Übertragung der Laderate wird insbesondere erreicht, dass zur Steuerung der elektrochemischen Energie- speichereinrichtung jeweils aktuelle Daten vorliegen, dadurch wird insbesondere die Betriebssicherheit verbessert. Interface is preferably used to send signals to or from the electrical chemical energy storage device to transmit. In particular, a variable characterizing the charge rate is preferably provided at this interface. Preferably, this interface can be connected to a bus system. Preferably, the charging rate is transmitted at a predetermined frequency recurring to this interface, preferably with a frequency of 1 Hz to 50 Hz, more preferably 5 Hz to 30 Hz. Preferably, the frequency of the transmission depends on different boundary conditions and is variable. Due to the recurrent transmission of the charging rate, it is achieved, in particular, that current data is available for controlling the electrochemical energy storage device, thereby in particular improving operational reliability.
In einer bevorzugten Ausführungsform hängt die Größe der maximalen Laderate von der Dauer der Energieentnahme bzw. der Energiezuführung an die elektrochemische Energiespeichereinrichtung ab. Vorzugsweise ist die maximale Laderate größer je kürzer die Dauer der Energieentnahme bzw. Energiezuführung ist. Vorzugsweise ist für sehr kurze Dauern der Energieentnahme bzw. Energiezuführung eine maximale Laderate vordefiniert. Vorzugsweise ist für sehr lange Dauern der Energieentnahme bzw. Energiezuführung an die elektrochemische Energiespeichereinrichtung eine maximale Laderate definiert. Mit diesen für Grenzfälle vordefinierten maximalen Laderaten wird insbesondere sichergestellt, dass die elektrochemische Energiespeichereinrichtung auch für sehr kurze bzw. sehr lange Entlade- oder Ladevorgänge nicht durch zu große Laderaten überlastet wird. Durch die vordefinierten maximalen Laderaten wird somit die Betriebssicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht. In a preferred embodiment, the size of the maximum charging rate depends on the duration of the energy removal or the energy supply to the electrochemical energy storage device. Preferably, the maximum charge rate is greater the shorter the duration of the energy extraction or energy supply. Preferably, a maximum charge rate is predefined for very short durations of energy extraction or energy supply. Preferably, a maximum charging rate is defined for very long periods of energy removal or energy supply to the electrochemical energy storage device. With these maximum charging rates predefined for limiting cases, it is ensured, in particular, that the electrochemical energy storage device is not overloaded by charging rates that are too high, even for very short or very long discharging or charging operations. The predefined maximum charging rates thus increase the operational safety of the electrochemical energy storage device.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die maximale Laderate wenigstens teilweise durch eine exponentiell abflachende Zeitfunktion beschreibbar. Diese Zeitfunktion weist für pulsartige Energieentnahmen bzw. Energiezuführungen ihren höchsten Wert auf. Für eine dauernde Energieentnahme bzw. Energie- Zuführung weist die exponentiell abflachende Zeitfunktion ihren niedrigsten Wert auf. Unter einer pulsartigen Energieentnahme bzw. Energiezuführung ist dabei vorzugsweise eine Energieentnahme bzw. Energiezuführung mit einer kurzen Dauer, vorzugsweise mit einer Dauer von weniger als einer Sekunde zu verstehen. Unter einer dauernden Energieentnahme bzw. Energiezuführung ist dabei vorzugsweise eine Energieentnahme bzw. Energiezuführung mit einer langen Dauer, vorzugsweise mit einer Dauer von mehr als 60 Sekunden, besonders bevorzugt von mehr als 100 Sekunden zu verstehen. In a preferred embodiment, the maximum charge rate is at least partially writable by an exponentially flattening time function. This time function has its highest value for pulse-like energy withdrawals or energy supplies. For a permanent energy extraction or energy supply, the exponential flattening time function has its lowest value. Under a pulse-like energy extraction or energy supply is preferably an energy extraction or energy supply with a short duration, preferably with a duration of less than a second to understand. Under a continuous energy extraction or energy supply is preferably an energy extraction or energy supply with a long duration, preferably with a duration of more than 60 seconds, particularly preferably more than 100 seconds to understand.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die maximale Laderate C von der Dauer des Entlade- bzw. Ladevorgangs abhängig und genügt dem In a preferred embodiment, the maximum charging rate C depends on the duration of the discharging or charging process and is sufficient
Zusammenhang: Context:
C = {f - C0 - K, - C - expi- ^ - + / - Q Gl. 1 mit C = {f - C 0 - K, - C - expi- ^ - + / - Q Eq. 1 with
C: maximale Laderate in Abhängigkeit der Zeitdauer  C: maximum charging rate as a function of the time duration
C0: oberer Steuerwert für maximale Laderate C 0 : upper control value for maximum charging rate
C-[ unterer Steuerwert für maximale Laderate  C- [lower control value for maximum charging rate
f. Funktion für die Abhängigkeit der Laderate vom Ladezustand f. Function for the dependence of the charging rate on the state of charge
t: Dauer der pulsartigen Energieentnahme bzw. Energiezuführung t: Duration of pulse-like energy extraction or energy supply
K\, K\ . Konstanten K \ , K \ . constants
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wert für die Funktion f auf einen vordefinierten Wert gesetzt. Vorzugsweise liegt dieser Wert zwischen 0 und 2, bevorzugt zwischen 0 und 1 und besonders bevorzugt ist dieser Wert 1 . Unter dem oberen Steuerwert der maximalen Laderate ist ein Parameter zu verstehen, welcher vorzugsweise dazu dient, die Steuerung der maximalen Laderate an eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung anzupassen. In a preferred embodiment, the value for the function f is set to a predefined value. This value is preferably between 0 and 2, preferably between 0 and 1 and particularly preferably this value is 1. The upper control value of the maximum charging rate is to be understood as a parameter which preferably serves to adapt the control of the maximum charging rate to an electrochemical energy storage device.
Unter dem unteren Steuerwert der maximalen Laderate ist ein Parameter zu verstehen, welcher vorzugsweise dazu dient, die Steuerung der maximalen Laderate an eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung anzupassen. Vorzugsweise ist der obere Steuerwert der maximalen Laderate größer als der untere Steuerwert. Bevorzugt ist der obere Steuerwert als oberer Grenzwert zu verstehen, welchen die maximale Laderate nicht übersteigt. Vorzugsweise ist der untere Steuerwert als ein unterer Grenzwert für die maximale Laderate aufzufassen, wobei die maximale Laderate diesen unteren Grenzwert vorzugsweise nur dann unterschreitet, wenn sie auf Null gesteuert wird. The lower control value of the maximum charge rate is to be understood as a parameter which preferably serves to adapt the control of the maximum charge rate to an electrochemical energy storage device. Preferably, the upper control value of the maximum charging rate is greater than the lower control value. Preferably, the upper control value is to be understood as an upper limit value which does not exceed the maximum charge rate. Preferably, the lower control value is to be regarded as a lower limit value for the maximum charging rate, wherein the maximum charging rate preferably falls below this lower limit value only if it is controlled to zero.
Durch einen oberen und einen unteren Steuerwert wird insbesondere eine einfache Anpassung des Verfahrens zur Steuerung der maximalen Laderate an unterschiedliche elektrochemische Energiespeichereinrichtungen erreicht und somit vorzugsweise eine gute Nutzbarkeit dieser ermöglicht. In particular, a simple adaptation of the method for controlling the maximum charge rate to different electrochemical energy storage devices is achieved by means of an upper and a lower control value, and thus preferably makes possible a good usability of the same.
Vorzugsweise wird der Verlauf der maximalen Laderate über der Dauer der pulsartigen Energieentnahme bzw. Energiezuführung durch die beiden Preferably, the profile of the maximum charging rate over the duration of the pulse-like energy extraction or energy supply by the two
Konstanten aus einem Bereich von 0,5 bis 2, besonders bevorzugt 0,85 bis 1 ,25 und besonderes bevorzugt in etwa 1 ,05. Vorzugsweise ist die Konstante H aus einem Bereich von 0,001 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,09 und besonderes bevorzugt in etwa 0,055. constants from a range of 0.5 to 2, more preferably 0.85 to 1.25, and most preferably about 1.05. Preferably, the constant H is in the range of 0.001 to 0.5, more preferably 0.03 to 0.09, and most preferably about 0.055.
In einer bevorzugten Ausführungsform hängt der Wert der Funktion f vom SOC ab. Somit ist bevorzugt jedem und besonders bevorzugt einem Teil von unter- schiedlichen Ladezuständen der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung eine unterschiedliche maximale Laderate zugeordnet. Vorzugsweise ist die Funktion eine kubische oder lineare Funktion oder bevorzugt eine In a preferred embodiment, the value of the function f depends on the SOC. Thus, a different maximum charging rate is preferably assigned to each and particularly preferably to a part of different states of charge of the electrochemical energy storage device. Preferably, the function is a cubic or linear function or preferably one
quadratische. Vorzugsweise weist die Funktion die in Gl. 2 dargestellte Form auf: square. Preferably, the function has the same as in Eq. 2 illustrated form on:
/ = -KUJ · SOC2 + Klv ■ SOC - Kv Gl. 2 mit / = -K UJ · SOC 2 + K lv ■ SOC - K v Eq. 2 with
SOC: Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung SOC: state of charge of the electrochemical energy storage device
iu. Kv, Konstanten Vorzugsweise werden die Konstanten m, Kiv und v so gewählt, dass sich eine monoton fallende Funktion Vergibt, bevorzugt ist die Funktion f wenigstens innerhalb eines Wertebereichs von SOC monoton fallend. Vorzugsweise gilt für f kleiner als Null, f = 0 und für größer als 1 , f = 1. Vorzugsweise ist die Konstante Km aus einem Bereich von 0,001 bis 0,5, bevorzugt 0,005 bis 0,07 und besonderes bevorzugt in etwa 0,012. iu. kv, constants Preferably, the constants m, K iv and v are chosen such that a monotonically decreasing function is given, preferably the function f is monotonically decreasing at least within a value range of SOC. Preferably, f is less than zero, f = 0, and greater than 1, f = 1. Preferably, the constant K m is in the range of 0.001 to 0.5, preferably 0.005 to 0.07, and more preferably about 0.012.
Vorzugsweise ist die Konstante |V aus einem Bereich von 0,01 bis 10, besonders bevorzugt 1 ,5 bis 3 und besonderes bevorzugt in etwa 2,182. Preferably, the constant | V is from 0.01 to 10, more preferably 1.5 to 3, and most preferably about 2.182.
Vorzugsweise ist die Konstante v aus einem Bereich von 50 bis 100, besonders bevorzugt 75 bis 99,5 und besonderes bevorzugt in etwa 98,19. Preferably, the constant v is from a range of 50 to 100, more preferably 75 to 99.5, and most preferably about 98.19.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die maximale Laderate für die Energiezuführung und für die Energieentnahme mittels unterschiedlicher Funktionen f bestimmt. Vorzugsweise hängt die maximale Laderate bei der Energieentnahme nicht vom Ladezustand der elektrochemischen Energie- speichereinrichtung ab. Vorzugsweise wird der Wert der Funktion f für die Energiezuführung bzw. für die Energieentnahme wenigstens mit unterschiedlichen Konstanten K\ bis Kv bestimmt, wobei vorzugsweise einzelne Konstanten K\ bis Ky für die Energieentnahme bzw. Energiezuführung gleich sind. In a preferred embodiment, the maximum charging rate for the energy supply and for the energy extraction is determined by means of different functions f. Preferably, the maximum charging rate in the energy extraction does not depend on the state of charge of the electrochemical energy storage device. Preferably, the value of the function f for the energy supply or for the energy extraction is determined at least with different constants K \ to K v , preferably individual constants K \ to Ky are equal for the energy extraction or energy supply.
Durch die Parametrierung der maximalen Laderate mittels der Konstanten K\ bis Ky wird eine gute Anpassbarkeit des Steuerungsverfahrens an unterschiedliche elektrochemische Energiespeichereinrichtungen und damit eine gute Nutzbarkeit dieser erreicht. By parameterizing the maximum charge rate by means of the constant K \ to Ky good adaptability of the control method to different electrochemical energy storage devices and thus a good usability of these is achieved.
Durch die Beschreibung der Laderate in Abhängigkeit von der Dauer der Energiezuführung bzw. Energieentnahme aus der elektrochemischen Energie- speichereinrichtung wird insbesondere erreicht, dass diese nicht überlastet wird, somit wird die Betriebssicherheit einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung durch die Steuerung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere die Laderate umso kleiner, je niedriger die Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei der Energieentnahme bzw. Energiezuführung ist. Vorzugsweise ist die Laderate umso größer je höher die Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung bei der Energieentnahme bzw. Energiezuführung ist. Diese Zusammenhänge gelten insbesondere nur in einem durch maximale bzw. minimale Temperaturen begrenzten Betriebsbereich für die elektrochemische Energiespeichereinrichtung. Insbesondere oberhalb der maximalen Temperatur bzw. unterhalb der minimalen Temperatur ist vorzugsweise keine Energie- entnähme bzw. Energiezuführung in die elektrochemische Energiespeichereinrichtung möglich. Insbesondere durch die Begrenzung eines Betriebsbereichs durch eine minimale bzw. maximale Temperatur und durch die temperaturabhängige Laderate innerhalb des gültigen Betriebsbereichs wird insbesondere erreicht, dass die elektrochemische Energiespeichereinrichtung nicht überlastet wird, somit wird durch ein Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate die Betriebssicherheit einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht. By describing the charging rate as a function of the duration of the energy supply or energy removal from the electrochemical energy storage device is achieved in particular that this is not overloaded, thus the reliability of an electrochemical energy storage device is increased by the controller according to a method of the invention. In a preferred embodiment, in particular, the lower the temperature of the electrochemical energy storage device during energy extraction or energy supply, the smaller the charge rate. Preferably, the higher the temperature of the electrochemical energy storage device during energy extraction or energy supply, the greater the charge rate. These relationships apply in particular only in a limited by maximum or minimum temperatures operating range for the electrochemical energy storage device. In particular, above the maximum temperature or below the minimum temperature, preferably no energy extraction or energy supply into the electrochemical energy storage device is possible. In particular, by limiting an operating range through a minimum or maximum temperature and by the temperature-dependent charging rate within the valid operating range is achieved in particular that the electrochemical energy storage device is not overloaded, thus the reliability of an electrochemical energy storage device is increased by a method for controlling the maximum charge rate ,
Vorzugsweise wird die maximale Laderate ab einer minimalen Temperatur von -40°C bis -25°C auf einen vordefinierten Grenzwert geregelt. Vorzugsweise ist dieser vordefinierte Grenzwert der Laderate gleich Null. Durch diesen Preferably, the maximum charge rate is controlled from a minimum temperature of -40 ° C to -25 ° C to a predefined limit. Preferably, this predefined limit value of the charging rate is equal to zero. Through this
vordefinierten Grenzwert wird insbesondere erreicht, dass ab dieser minimalen Temperatur der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung keine Energie zugeführt bzw. aus dieser entnommen werden kann. Vorzugsweise wird ab einer maximalen Temperatur von 55°C bis 80°C die maximale Laderate der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung auf einen vordefinierten Wert geregelt. Vorzugsweise ist dieser vordefinierte Grenzwert der Laderate gleich Null. Insbesondere durch diesen vordefinierten Grenzwert wird erreicht, dass ab der maximalen Temperatur keine Energie aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung entnommen bzw. dieser zugeführt werden kann. predefined limit value is achieved in particular that from this minimum temperature of the electrochemical energy storage device no energy can be supplied or removed from this. Preferably, from a maximum temperature of 55 ° C to 80 ° C, the maximum charging rate of the electrochemical energy storage device is controlled to a predefined value. Preferably, this predefined limit value of the charging rate is equal to zero. In particular, this predefined limit value ensures that no energy can be taken from the electrochemical energy storage device or supplied to it from the maximum temperature.
Insbesondere durch die vordefinierte minimale bzw. maximale Temperatur wird verhindert, dass es oberhalb bzw. unterhalb dieser Temperaturen zu In particular, by the predefined minimum or maximum temperature prevents it above or below these temperatures too
unkontrollierten Reaktionen in der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung kommt. Somit wird durch eine Steuerung der maximalen Laderate mit einer minimalen bzw. maximalen Temperatur die Betriebssicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht. uncontrolled reactions in the electrochemical energy storage device comes. Thus, by controlling the maximum charge rate increases the reliability of the electrochemical energy storage device with a minimum or maximum temperature.
In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich die Laderate für Ladevorgänge von der Laderate für Entladevorgänge wenigstens bereichsweise. In einer bevorzugten Ausführungsform weist eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung eine Steuerung auf, welche insbesondere die maximale Laderate nach dem erfindungsgemäßen Verfahren steuert. Durch die Steuerung der maximalen Laderate nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Betriebssicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht. Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen. In a preferred embodiment, the charging rate for charging processes differs from the charging rate for discharging operations at least in certain areas. In a preferred embodiment, an electrochemical energy storage device has a control, which in particular controls the maximum charge rate according to the inventive method. By controlling the maximum charging rate by the method according to the invention, the reliability of the electrochemical energy storage device is increased. Further advantages and embodiments of the present invention will become apparent from the accompanying drawings.
Dabei zeigen: Showing:
Fig.1 den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Temperatur für unterschiedliche Dauern des Ladevorgangs, Fig.2 den Zusammenhang zwischen der Stromstärke und er Dauer des Figure 1 shows the relationship between current and temperature for different durations of the charging process, Figure 2 shows the relationship between the current and the duration of the
Ladevorgangs,  Charging,
Fig.3 den Zusammenhang zwischen dem State of Charge der 3 shows the relationship between the state of charge of
elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und der Stromstärke für den Ladevorgang. Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen der Stromstärke beim Lade- bzw. Entladevorgang und der Temperatur. Die Stromstärke charakterisiert dabei die maximale Laderate. Dabei ist erkennbar, dass mit sinkender Temperatur die Stromstärke, die aus der elektrochemischen  electrochemical energy storage device and the current for the charging process. Figure 1 shows the basic relationship between the current during charging and discharging and the temperature. The current characterizes the maximum charging rate. It can be seen that with decreasing temperature, the current flowing out of the electrochemical
Energiespeichereinrichtung entnehmbar oder in diese einspeicherbar ist, abnimmt. Energy storage device can be removed or stored in this, decreases.
In Figur 1 sind unterschiedliche Stromkurven 1) - 4) für unterschiedliche In Figure 1 are different current curves 1) - 4) for different
Entnahme- bzw. Einspeicherdauern dargestellt. Dabei zeigt die mit 1) gekennzeichnete Stromkurve die charakteristische Stromentnahme für einen sehr kurzen Entladepuls. Als kurzer Entladepuls ist dabei insbesondere eine Entladung von 1 Sekunde oder kürzerer Dauer zu verstehen. Nimmt die Dauer der Entladung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung zu, so sinken die entnehmbare Stromstärke und damit die maximale Laderate ab. Dies zeigt die mit 2) gekennzeichnete Stromkurve, da dies eine Stromkurve für eine Entnahmedauer von etwa 10 Sekunden ist. Steigt nun die Entnahmedauer weiter an, so sinkt auch die entnehmbare Stromstärke weiter ab. Dies wird durch die Stromkurven, welche mit 3) und 4) gekennzeichnet sind, dargestellt. Die Stromkurve 3) repräsentiert die Stromstärke für eine Entnahmedauer von etwa 30 Sekunden und die mit 4) gekennzeichnete Stromkurve repräsentiert die kontinuierlich aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung Removal or storage periods shown. It shows with 1) characterized current curve the characteristic current drain for a very short discharge pulse. As a short discharge pulse is to be understood in particular a discharge of 1 second or shorter duration. If the duration of the discharge of the electrochemical energy storage device increases, then the removable current intensity and thus the maximum charge rate decrease. This shows the current curve marked 2), since this is a current curve for a withdrawal period of about 10 seconds. If the extraction time continues to increase, the removable current intensity also continues to drop. This is represented by the current curves marked 3) and 4). The current curve 3) represents the current intensity for a withdrawal period of about 30 seconds, and the current curve labeled 4) represents the current from the electrochemical energy storage device
entnehmbare Stromstärke. removable current.
In Figur 1 ist erkennbar, dass die elektrochemische Energiespeichereinrichtung innerhalb des mit 5) gekennzeichneten Temperaturbereichs betrieben wird. Der mit 5) gekennzeichnete Temperaturbereich wird durch eine minimale It can be seen in FIG. 1 that the electrochemical energy storage device is operated within the temperature range marked 5). The temperature range marked with 5) is replaced by a minimum
Grenztemperatur, diese ist mit 6) gekennzeichnet, sowie durch eine maximale Grenztemperatur, diese mit 7) gekennzeichnet, begrenzt. Beim Erreichen einer dieser beiden Grenztemperaturen, wird die aus der elektrochemischen Limit temperature, this is marked with 6), and by a maximum temperature limit, this 7) marked limited. When one of these two limit temperatures is reached, the electrochemical
Energiespeichereinrichtung entnehmbare Stromstärke auf Null gesteuert. Durch dieses Zurücksteuern der maximalen Laderate auf Null beim Erreichen einer Grenztemperatur wird insbesondere ein sicherer Betrieb der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erreicht. Energy storage device removable current controlled to zero. By this backdriving the maximum charge rate to zero when reaching a limit temperature in particular a safe operation of the electrochemical energy storage device is achieved.
In Figur 2 ist der Zusammenhang zwischen der die Laderate In Figure 2, the relationship between the charge rate
charakterisierenden Stromstärke und der Zeitdauer eines Entladevorgangs dargestellt. characterizing current and the duration of a discharge process.
Dabei zeigt Figur 2, dass die entnehmbare Stromstärke und damit die maximale Laderate mit wachsender Zeitdauer der Entladung abnehmen. Für sehr kurze Zeitdauern ist die entnehmbare Stromstärke auf den mit 3) gekennzeichneten maximalen Wert begrenzt. Diese Begrenzung auf einen Wert der Stromstärke ist nicht notwendig, führt aber zu einer Verbesserung der Betriebssicherheit. Durch die Begrenzung auf einen Maximalwert der Stromstärke wird somit die Betriebssicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung erhöht. Für sehr lange Entnahmedauern wird die entnehmbare Stromstärke aus der elektro- chemischen Energiespeichereinrichtung auf den mit 2) gekennzeichneten Grenzwert gesetzt. Dieses Definieren einer mindestens entnehmbaren Stromstärke verbesserte die Nutzbarkeit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung. 2 shows that the removable current intensity and thus the maximum charging rate decrease with increasing duration of the discharge. For very short periods the removable current is limited to the maximum value marked 3). This limitation to a value of amperage is not necessary, but leads to an improvement in operational safety. By limiting to a maximum value of the current thus the reliability of the electrochemical energy storage device is increased. For very long extraction periods, the removable current from the electrochemical energy storage device is set to the limit marked 2). This definition of an at least removable current strength improved the usability of the electrochemical energy storage device.
In Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen der die Laderate kennzeichnenden Stromstärke und dem Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung dargestellt. Der Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung wird häufig als "State of Charge" (SOC) bezeichnet. Ist die elektrochemische Energiespeichereinrichtung vollständig aufgeladen, so beträgt der SOC 1 bzw. 100 Prozent. Erreicht der SOC eine vordefinierte Grenze, so wird die Stromstärke beim Laden der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach der mit 1) gekennzeichneten Stromkurve verringert. Es kann auch jedem unterschiedlichen SOC eine eigene maximale Laderate und damit Stromstärke zugeordnet sein. Auch für die FIG. 3 shows the relationship between the current intensity characterizing the charging rate and the state of charge of the electrochemical energy storage device. The state of charge of the electrochemical energy storage device is often referred to as "state of charge" (SOC). If the electrochemical energy storage device is fully charged, the SOC is 1 or 100 percent. If the SOC reaches a predefined limit, the current intensity during charging of the electrochemical energy storage device is reduced according to the current curve marked with 1). It is also possible for each different SOC to have its own maximum charging rate and therefore current intensity. Also for them
Entladevorgänge kann die entnehmbare Stromstärke vom SOC der elektro- chemischen Energiespeichereinrichtung abhängen. Beim Erreichen der vollständigen Aufladung der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung (SOC = 1) wird die Stromstärke für den Ladevorgang auf Null geregelt. Insbesondere durch die in Abhängigkeit des SOC geregelte Stromstärke für Lade- bzw. Entladevorgänge wird die Betriebssicherheit der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung und deren Nutzbarkeit erhöht. Discharge processes, the removable current strength of the SOC of the electrochemical energy storage device depend. Upon reaching full charge of the electrochemical energy storage device (SOC = 1), the charging current is set to zero. The reliability of the electrochemical energy storage device and its usability are increased, in particular, by the current intensity for charging and discharging operations which is regulated as a function of the SOC.

Claims

P ate n ta n s p r ü c h e  P ate n d p o s p h e c h e
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate bei einem Ladevorgang oder Entladevorgang einer elektrochemischen Method for controlling the maximum charge rate during a charging or discharging process of an electrochemical
Energiespeichereinrichtung, wobei diese maximale Laderate wenigstens durch eine Stromstärke charakterisierbar ist,  Energy storage device, wherein this maximum charge rate is characterized by at least a current strength,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
diese Stromstärke anhand wenigstens eines vorbestimmten this current based on at least one predetermined
Zusammenhangs mit einer weiteren Größe bestimmbar ist; Connection with another size can be determined;
diese Größen aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche wenigstens die folgenden Größen aufweist: these sizes are selected from a group having at least the following sizes:
- Temperatur wenigstens eines Bereichs der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung,  Temperature of at least a portion of the electrochemical energy storage device,
- Erkennung ob ein Lade- beziehungsweise Entladevorgang vorliegt,  - detecting whether a loading or unloading process is present,
- Dauer des Lade- beziehungsweise Entladevorgangs,  - duration of the loading or unloading process,
- Ladezustand der elektrochemischen  - State of charge of the electrochemical
Energiespeichervorrichtung; und  Energy storage device; and
die Stromstärke beim Erreichen einer maximalen Temperatur und/oder beim Erreichen einer minimalen Temperatur auf Null gesteuert wird. the current is controlled to zero when a maximum temperature is reached and / or when a minimum temperature is reached.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Laderate beziehungsweise eine diese Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to claim 1, characterized in that the maximum charging rate or one of these
kennzeichnende Größe von der Energiespeichereinrichtung an eine Schnittstelle, insbesondere an ein Bussystem, übertragbar ist. characteristic size of the energy storage device to an interface, in particular to a bus system, is transferable.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Laderate um so größer ist, je kleiner die Dauer der Energieentnahme beziehungsweise Energiezuführung ist; und/oder Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the smaller the duration of the energy extraction or the greater the maximum charging rate Energy supply is; and or
eine maximale Laderate für sehr kurze Dauern der Entnahme a maximum charging rate for very short withdrawal times
beziehungsweise Zuführung definiert ist; und/oder or feed is defined; and or
eine maximale Laderate für sehr lange Dauern der Entnahme a maximum charge rate for very long durations of removal
beziehungsweise Zuführung definiert ist. or feed is defined.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Laderate durch eine exponentiell abflachende Zeitfunktion beschrieben wird, welche für eine pulsartige Energieentnahme beziehungsweise Energiezuführung ihren höchsten Wert aufweist und für eine dauernde Energieentnahme beziehungsweise Energiezuführung ihren niedrigsten Wert aufweist. Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum charging rate is described by an exponentially flattening time function, which has a maximum value for a pulse-like energy extraction or energy supply and their lowest for a permanent energy extraction or energy supply Value.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Laderate um so kleiner ist, je kleiner die Temperatur der elektrochemischen Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the smaller the temperature of the electrochemical, the smaller the maximum charging rate
Energiespeichereinrichtung bei der Energieentnahme beziehungsweise Energiezuführung ist und umgekehrt. Energy storage device in the energy extraction or energy supply and vice versa.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Laderate ab einer Grenztemperatur von -25° bis -40° Celsius und darunter Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum charging rate from a limit temperature of -25 ° to -40 ° Celsius and below
beziehungsweise ab einer Grenztemperatur von 55° bis 80° Celsius und darüber auf Null gesteuert wird. or is controlled to zero above a threshold temperature of 55 ° to 80 ° Celsius and above.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemische Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that
die maximale Laderate in Abhängigkeit der Zeitdauer t, welche im the maximum charging rate as a function of the time duration t, which in the
Wesentlichen die Dauer der Energiezuführung beziehungsweise Substantially the duration of the energy supply respectively
Energieentnahme aus der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung beschreibt, gesteuert wird, wobei die maximale Laderate C der FunktionEnergy extraction from the electrochemical energy storage device describes is controlled, the maximum charge rate C of the function
C = (f - Cü - Kl - C] )- cxp(- Ki t)+ f - C] C = (f - C u - K l - C ] ) - cxp (-K i t) + f - C ]
genügt, wobei is enough, where
C0 der obere Steuerwert für die maximale Laderate ist, C 0 is the upper control value for the maximum charging rate,
Ci der untere Steuerwert für die maximale Laderate ist,Ci is the lower control value for the maximum charging rate,
die Abhängigkeit der maximalen Laderate vom Ladezustand der elektrochemischen Energiespeichereinrichtung beschreibt und  describes the dependence of the maximum charge rate on the state of charge of the electrochemical energy storage device and
K\, K\ Konstanten sind, um die Steuerung der maximalen Laderate zu parametrieren. K \ , K \ constants are to parameterize the control of the maximum charging rate.
Verfahren zum Steuern der maximalen Laderate einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhängigkeit der maximalen Laderate f vom aktuellen Method for controlling the maximum charging rate of an electrochemical energy storage device according to claim 7, characterized in that the dependence of the maximum charging rate f on the current
Ladezustand der Funktion Charge state of the function
/ = -Km ■ SOC1 + KIV ■ SOC - Kv / = -K m ■ SOC 1 + K IV ■ SOC - K v
genügt, wobei is enough, where
SOC den Ladezustand der elektrochemischen  SOC the state of charge of the electrochemical
Energiespeichereinrichtung ausdrückt und Energy storage device expresses and
Km. Kv, Konstanten sind, um die Steuerung der maximalen Laderate zu parametrieren. Km. Kv , Constants are to parameterize the control of the maximum charging rate.
Elektrochemische Energiespeichereinrichtung, dadurch Electrochemical energy storage device, characterized
gekennzeichnet, dass eine maximale Laderate bei einem Ladevorgang oder Entladevorgang nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gesteuert wird. in that a maximum charge rate during a charging or discharging process is controlled by a method according to one of claims 1 to 8.
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