EP3551495A1 - Verfahren zum laden eines elektrochemischen energiespeichers, ein batteriemanagementsystem, ein batteriesystem und eine verwendung des batteriesystems - Google Patents

Verfahren zum laden eines elektrochemischen energiespeichers, ein batteriemanagementsystem, ein batteriesystem und eine verwendung des batteriesystems

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Publication number
EP3551495A1
EP3551495A1 EP17791025.4A EP17791025A EP3551495A1 EP 3551495 A1 EP3551495 A1 EP 3551495A1 EP 17791025 A EP17791025 A EP 17791025A EP 3551495 A1 EP3551495 A1 EP 3551495A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrochemical energy
charging
energy store
energy storage
battery
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17791025.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Salziger
Miguel Casares
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch 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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3551495A1 publication Critical patent/EP3551495A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Battery management system a battery system and use of the battery system
  • the invention relates to a method for charging an electrochemical
  • the document DE 102008053141 AI describes a method and a
  • Vehicle driven by an electric motor which is powered by a battery.
  • a time at which the vehicle will be used and a travel distance to be traveled by the vehicle from that time point may be specified.
  • the battery is charged so that the battery is charged at the given time with a sufficient charge for the route.
  • the disadvantage here is that although the battery at the predetermined time has the desired charge, but the vehicle can not be operated because the temperature of the battery does not allow the operation of the vehicle.
  • the object of the invention is to overcome this disadvantage. Disclosure of the invention
  • Energy storage in particular a battery, comprises detecting a first input signal, detecting a second input signal, the
  • the method Determining an actual state of charge of the electrochemical energy store and detecting an initial temperature of the electrochemical energy store.
  • the method also includes determining a temperature swing as a function of a predetermined operating time and at least one further parameter, and determining a final temperature of the electrochemical energy store, wherein the end temperature is a difference between a maximum allowable temperature of the electrochemical energy store and the temperature.
  • the method further includes generating a charge signal in response to the initial temperature of the electrochemical energy store, the final temperature of the electrochemical energy store, the first input signal, the second input signal, and the current charge state of the electrochemical energy store, wherein the charge signal is a
  • Charging current includes, and driving a charging device by means of charging signal for charging the electrochemical energy storage.
  • the advantage here is that the electrochemical energy store can be used immediately after the end of the charging process.
  • the first input signal represents a
  • Time of use of the electrochemical energy storage is the point in time at which the electrochemical energy store is used or should be started.
  • the second input signal represents a nominal charging state of the electrochemical energy store for
  • the at least one further parameter is a constantly removable maximum discharge current of the electrochemical energy store or a removable discharge current, which is from a previous one
  • the advantage here is that the charging of the electrochemical charging can be adapted to the subsequent use of the user.
  • Energy storage determines and the charging signal in dependence of
  • the aging can be influenced by the adapted charging current.
  • progressive aging can be reduced by slow charging.
  • a defined remaining life of the battery e.g. until the battery is replaced at the scheduled time, to use a higher charge current and thus to reduce the charging time.
  • an information signal is generated in particular at the time of starting charging.
  • the information signal indicates that a
  • Time of use will be less than the nominal state of charge, d. H. the user-requested charge level.
  • the information signal is displayed or output on an HMI of the electrochemical energy store, an HMI of a vehicle or a mobile terminal.
  • the battery management system comprises a control unit and a memory, wherein the battery management system is set up to carry out the method according to the invention.
  • the battery system according to the invention comprises at least one
  • the electrochemical energy store comprises Li-ion cells, LiS cells, LiO cells or solid cells.
  • the battery system is used in a vehicle.
  • the vehicle is an electrically operated two-wheeler, in particular a scooter.
  • Figure 1 is a battery system
  • FIG. 2 shows a method for charging an electrochemical
  • FIG. 1 shows a battery system 100 with a battery management system 115, a charging device 114, a battery temperature sensor 106 and a battery voltage measuring unit 104.
  • the battery system 100 comprises at least one electrochemical energy store, which is not shown in FIG.
  • the electrochemical energy store comprises, for example, Li-ion cells, LiS cells, LiO cells or solid cells.
  • the battery management system 115 includes a controller 111 and a memory 112.
  • the battery management system 115 includes an ambient temperature sensor 108.
  • the battery management system 115 is configured to detect a first input signal 102 and a second input signal 103. The first input signal
  • Input signal 103 represents a state of charge desired by the user at the time of use of the electrochemical energy store.
  • Battery management system 115 detects with the help of
  • Ambient temperature sensor 108 an ambient temperature signal 109.
  • the battery management system 115 detected by means of the battery temperature sensor 106, a current battery temperature signal 107, which represents an initial temperature of the electrochemical energy storage, in particular for
  • the battery management system 115 detects the voltage 105 of the battery using the battery voltage measuring unit 104
  • Control unit 111 determines with the aid of the voltage 105 a SoC value, the so-called actual charging state of the electrochemical energy store.
  • the control unit 111 generates an information signal 110, which indicates that the actual state of charge of the electrochemical energy store for
  • Time of use will be less than that desired by the user
  • the information signal 108 may include information about the current charge state and the remaining charge duration.
  • Control unit 111 includes a microcontroller.
  • Battery management system 115 generates a charging signal 113, which has a
  • Charging current includes.
  • the Information signal 108 is output by the input / output unit 101.
  • the input / output unit 101 is, for example, an HMI or a display of the electrochemical energy store or of a mobile terminal.
  • the mobile terminal is for example a smartphone or a tablet.
  • the first input signal 102 and the second input signal 103 may be stored in the memory 112. If no first input signal 102 and no second input signal 103 are input via the input / output unit 101, the stored values of the first input signal 102 and the second input signal 103 are detected from the memory 112.
  • the input / output unit 101 is an HMI or display of a vehicle.
  • FIG. 2 shows the method 200 for charging an electrochemical
  • the method 200 starts with the step 210, in which a first input signal is detected.
  • the first input signal represents a time of use of the electrochemical energy store.
  • a second input signal is detected.
  • the second input signal represents a target state of charge of the electrochemical energy storage at the time of use, i. H. a user-requested state of charge at the time of use.
  • Steps 210 and 220 may also be performed in reverse order so that first the second input signal is detected and thereafter the first input signal.
  • the first input signal and the second input signal can also be stored as preferred values of the user in the memory, for example, if the user requires a certain state of charge of the battery every day at the same time. Become either the first input signal or the second
  • step 240 an actual charging state of the electrochemical energy store is determined.
  • the battery management system detects with the aid of
  • Battery voltage measuring unit the voltage of the battery, from which the SoC value of the battery is determined.
  • Initial temperature of the electrochemical energy storage by means of a Battery temperature sensor detected.
  • the initial temperature is the battery temperature at the time of electromechanical connection of the electrochemical energy store to the charging device.
  • a temperature deviation is determined as a function of a predetermined operating time and at least one further parameter.
  • the term predetermined operating time also includes a predetermined charging capacity or a predetermined range.
  • the term "temperature stroke" is to be understood as meaning the temperature stroke which is to be expected by a discharging process of the electrochemical energy store, the discharging process beginning at the time of use.
  • a final temperature of the electrochemical energy store is determined. The final temperature is defined as the difference between a maximum permissible temperature or operating temperature of the electrochemical energy store and the temperature lift, wherein the maximum permissible
  • the final temperature is the temperature of the electrochemical
  • Energy storage may have maximum at the time of use, so that the subsequent use of the electrochemical energy storage is guaranteed.
  • a load signal is in
  • the charging signal comprises a charging current.
  • a charging device is controlled by means of the charging signal, so that the electrochemical
  • the expected temperature increase is determined by a computing unit.
  • the current outside temperature of the vehicle is transmitted to the computing unit.
  • the arithmetic unit is informed via sensors at any time about the actual flow of power into and out of the energy storage.
  • the arithmetic unit are at least one parameter, the
  • the arithmetic unit has at least one model which, based on the input variables and the parameters, predicts which temperature deviation occurs with the current measured values and parameters.
  • the arithmetic unit has a method that derives errors of the last estimate from the measured values and parameters and the actually occurring temperatures.
  • the arithmetic unit has a method that derives correction parameters from the errors of the last measurements. These parameters are used to determine a more accurate temperature swing.
  • the at least one further parameter in step 280 is a constantly removable maximum discharge current of
  • the at least one further parameter can be derived from a previous use of the
  • the usage data include, for example, a usage profile of the electrochemical energy store, a set drive mode that could be, for example, athletic, moderate, or energy efficient.
  • the drive mode to be set can be derived directly from the prediction of the system
  • a step 260 can optionally be carried out in which an aging state of the electrochemical energy store is detected and the charging signal is additionally generated in step 300 as a function of the aging state of the electrochemical energy store.
  • a further step 270 may be carried out in which the charging current is limited by a maximum permissible charging current of the electrochemical energy store. This value is read from the memory, for example.
  • it is checked in a step 295 whether the initial temperature of the battery is lower than the end temperature of the battery. If this is the case, the method is continued and the charging signal is generated in step 300. If the initial temperature is greater than the final temperature, the process is terminated and only after a certain period of time
  • the charging current is set as a function of the expected temperature. This ensures that the energy store can be charged with a current at any time.
  • an information signal is generated when the charging current is limited by the maximum allowable charging current.
  • the information signal represents the information that the actual
  • This information signal can at the time of charging, for example, on a display of the electrochemical
  • Energy storage a display of a vehicle or the mobile device to be displayed.
  • the electrochemical energy storage is used for example in an electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the electrically powered vehicle can be any electrically powered vehicle application.
  • the method can also be used for other electrically operated systems and devices if they are to be used directly after charging.
  • the present invention thus optimizes loading to those in the immediate

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Abstract

Verfahren (200) zum Laden eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, mit den Schritten: • Erfassen (210) eines ersten Eingabesignals, • Erfassen (220) eines zweiten Eingabesignals, • Bestimmen (240) eines Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers, • Erfassen (250) einer Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, • Bestimmen (280) eines Temperaturhubs in Abhängigkeit einer vorgegebenen Betriebsdauer und mindestens eines weiteren Parameters, • Bestimmen (290) einer Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, wobei die Endtemperatur eine Differenz einer maximal zulässigen Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers und des Temperaturhubs ist, • Erzeugen (300) eines Ladessignals in Abhängigkeit der Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, der Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, des ersten Eingabesignals, des zweiten Eingabesignals und des Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers, wobei das Ladesignal einen Ladestrom umfasst, und • Ansteuern (310) einer Ladevorrichtung mittels Ladesignal zum Laden des elektrochemischen Energiespeichers.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Laden eines elektrochemischen Energiespeichers, ein
Batteriemanagementsystem, ein Batteriesystem und eine Verwendung des Batteriesystems
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines elektrochemischen
Energiespeichers, ein Batteriemanagementsystem, ein Batteriesystem und eine Verwendung des Batteriesystems.
Das Dokument DE 102008053141 AI beschreibt ein Verfahren und eine
Steuerung zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeugs. Dabei wird das
Fahrzeug durch einen Elektromotor angetrieben, welcher von einer Batterie gespeist wird. Ein Zeitpunkt, zu welchem das Fahrzeug benutzt werden wird, und eine Fahrstrecke, die von dem Fahrzeug ab diesem Zeitpunkt zu fahren ist, können vorgegeben werden. Abhängig von dem Zeitpunkt und der Fahrstrecke wird die Batterie derart aufgeladen, dass die Batterie zu dem vorgegebenen Zeitpunkt mit einer für die Fahrstrecke ausreichenden Ladung aufgeladen ist.
Nachteilig ist hierbei, dass die Batterie zwar zum vorgegebenen Zeitpunkt die gewünschte Ladung aufweist, das Fahrzeug jedoch nicht betrieben werden kann, da die Temperatur der Batterie den Betrieb des Fahrzeugs nicht zulässt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu überwinden. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Laden eines elektrochemischen
Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, umfasst das Erfassen eines ersten Eingabesignals, das Erfassen eines zweiten Eingabesignals, das
Bestimmen eines Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers und das Erfassen einer Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers. Das Verfahren umfasst außerdem das Bestimmen eines Temperaturhubs in Abhängigkeit einer vorgegebenen Betriebsdauer und mindestens eines weiteren Parameters, sowie das Bestimmen einer Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, wobei die Endtemperatur eine Differenz einer maximal zulässigen Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers und des Temperaturhubs ist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Erzeugen eines Ladesignals in Abhängigkeit der Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, der Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, des ersten Eingabesignals, des zweiten Eingabesignals und des Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers, wobei das Ladesignal einen
Ladestrom umfasst, und das Ansteuern einer Ladevorrichtung mittels Ladesignal zum Laden des elektrochemischen Energiespeichers.
Der Vorteil ist hierbei, dass der elektrochemische Energiespeicher unmittelbar nach dem Beenden des Ladevorgangs einsetzbar ist.
In einer Weiterbildung repräsentiert das erste Eingabesignal einen
Nutzungszeitpunkt des elektrochemischen Energiespeichers. Mit anderen Worten es handelt sich hierbei um den Zeitpunkt an dem der elektrochemische Energiespeicher verwendet werden bzw. gestartet werden soll.
In einer weiteren Ausgestaltung repräsentiert das zweite Eingabesignal einen Sollladezustand des elektrochemischen Energiespeichers zum
Nutzungszeitpunkt. Mit anderen Worten es handelt sich hierbei um einen vom Nutzer gewünschten Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers zum Nutzungszeitpunkt. In einer Weiterbildung ist der mindestens eine weitere Parameter ein konstant entnehmbarer maximaler Entladestrom des elektrochemischen Energiespeichers oder ein entnehmbarer Entladestrom, der aus einer bisherigen
Verwendungsweise des elektrochemischen Energiespeichers bestimmt wird.
Der Vorteil ist hierbei, dass der Ladevorgang des elektrochemischen Ladevorgangs an die anschließende Verwendungsweise des Nutzers angepasst werden kann.
In einer Weiterbildung wird ein Alterungszustand des elektrochemischen
Energiespeichers bestimmt und das Ladesignal in Abhängigkeit des
Alterungszustands des elektrochemischen Energiespeichers eingestellt.
Vorteilhaft ist hierbei, dass durch den angepassten Ladestrom die Alterung beeinflusst werden kann. Somit kann beispielsweise eine fortschreitende Alterung durch langsames Laden verringert werden. Es ist jedoch auch möglich bei definierter verbleibender Lebensdauer der Batterie, z.B. bis zum terminierten Tausch der Batterie, einen höheren Ladestrom zu verwenden und damit die Ladezeit zu reduzieren.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Ladestrom auf einen maximal
zulässigen Ladestrom des elektrochemischen Energiespeichers begrenzt.
Der Vorteil ist hierbei, dass der elektrochemische Energiespeicher durch den
Ladevorgang nicht zerstört werden kann.
In einer Weiterbildung wird ein Informationssignal insbesondere zum Zeitpunkt eines Ladebeginns erzeugt. Das Informationssignal gibt an, dass ein
tatsächlicher Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers zum
Nutzungszeitpunkt kleiner sein wird als der Sollladezustand, d. h. der vom Nutzer gewünschte Ladezustand.
Vorteilhaft ist hierbei, dass ein Nutzer über den tatsächlichen Ladezustand zum
Nutzungszeitpunkt bei Ladebeginn informiert werden kann. Dadurch erhält der Nutzer die Möglichkeit seine Eingaben bezüglich des Nutzungszeitpunkts und des gewünschten Ladezustands gegebenenfalls anzupassen. In einer weiteren Ausgestaltung wird das Informationssignal auf einem HMI des elektrochemischen Energiespeichers, einem HMI eines Fahrzeugs oder einem mobilen Endgerät angezeigt bzw. ausgegeben.
Das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem umfasst eine Steuereinheit und einen Speicher, wobei das Batteriemanagementsystem eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem umfasst mindestens einen
elektrochemischen Energiespeicher und ein erfindungsgemäßes
Batteriemanangementsystem.
In einer Weiterbildung umfasst der elektrochemische Energiespeicher Li-Ionen- Zellen, LiS-Zellen, LiO-Zellen oder Feststoffzellen.
Erfindungsgemäß wird das Batteriesystem in einem Fahrzeug verwendet.
In einer Weiterbildung ist das Fahrzeug ein elektrisch betriebenes Zweirad, insbesondere ein Roller.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Batteriesystem und
Figur 2 ein Verfahren zum Laden eines elektrochemischen
Energiespeichers. Figur 1 zeigt ein Batteriesystem 100 mit einem Batteriemanagementsystem 115, einer Ladevorrichtung 114, einem Batterietemperatursensor 106 und einer Batteriespannungsmesseinheit 104. Das Batteriesystem 100 umfasst mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher, der in Figur 1 nicht gezeigt ist. Der elektrochemische Energiespeicher umfasst dabei beispielsweise Li-Ionen-Zellen, LiS-Zellen, LiO-Zellen oder Feststoffzellen. Das Batteriemanagementsystem 115 umfasst eine Steuereinheit 111 und einen Speicher 112. Optional umfasst das Batteriemanagementsystem 115 einen Umgebungstemperatursensor 108. Das Batteriemanagementsystem 115 ist dazu eingerichtet ein erstes Eingabesignal 102 und ein zweites Eingabesignal 103 zu erfassen. Das erste Eingabesignal
102 repräsentiert einen von einem Nutzer gewünschten Zeitpunkt zu dem der elektrochemische Energiespeicher betrieben werden soll. Das zweite
Eingangssignal 103 repräsentiert einen vom Nutzer gewünschten Ladezustand zum Nutzungszeitpunkt des elektrochemischen Energiespeichers. Das
Batteriemanagementsystem 115 erfasst mit Hilfe des
Umgebungstemperatursensors 108 ein Umgebungstemperatursignal 109. Das Batteriemanagementsystem 115 erfasst mit Hilfe des Batterietemperatursensors 106 ein aktuelles Batterietemperatursignal 107, das eine Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert, insbesondere zum
Ladebeginn. Des Weiteren erfasst das Batteriemanagementsystem 115 mit Hilfe der Batteriespannungsmesseinheit 104 die Spannung 105 des
elektrochemischen Energiespeichers zum Zeitpunkt eines Verbindens des elektrochemischen Energiespeichers mit der Ladevorrichtung 114. Die
Steuereinheit 111 bestimmt mit Hilfe der Spannung 105 einen SoC-Wert, den sogenannten Istladezustand des elektrochemischen Energiespeichers. Die Steuereinheit 111 erzeugt ein Informationssignal 110, das angibt, dass der tatsächliche Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers zum
Nutzungszeitpunkt kleiner sein wird als der vom Nutzer gewünschte
Ladezustand. Zusätzlich kann das Informationssignal 108 Informationen zum aktuellen Ladezustand und zur verbleibenden Ladedauer umfassen. Die
Steuereinheit 111 umfasst einen Mikrocontroller. Das
Batteriemanagementsystem 115 erzeugt ein Ladesignal 113, das einen
Ladestrom umfasst. Das erste Eingabesignal 102 und das zweite Eingabesignal
103 können mittels einer Ein- /Ausgabeeinheit 101 eingegeben werden. Das Informationssignal 108 wird mittels der Ein-/ Ausgabeeinheit 101 ausgegeben bzw. angezeigt. Die Ein-/Ausgabeeinheit 101 ist beispielsweise ein HMI bzw. ein Display des elektrochemischen Energiespeichers oder eines mobilen Endgeräts. Das mobile Endgerät ist beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablett.
Alternativ können das erste Eingangssignal 102 und das zweite Eingangssignal 103 in dem Speicher 112 hinterlegt werden. Wird kein erstes Eingangssignal 102 und kein zweites Eingangssignal 103 über die Ein-/Ausgabeeinheit 101 eingegeben, so werden die hinterlegten Werte des ersten Eingangssignals 102 und des zweiten Eingangssignals 103 aus dem Speicher 112 erfasst. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Ein-/Ausgabeeinheit 101 ein HMI bzw. Display eines Fahrzeugs.
Figur 2 zeigt das Verfahren 200 zum Laden eines elektrochemischen
Energiespeichers. Das Verfahren 200 startet mit dem Schritt 210, in dem ein erstes Eingabesignal erfasst wird. Das erste Eingabesignal repräsentiert dabei einen Nutzungszeitpunkt des elektrochemischen Energiespeichers. In einem folgenden Schritt 220 wird ein zweites Eingabesignal erfasst. Das zweite Eingabesignal repräsentiert einen Sollladezustand des elektrochemischen Energiespeichers zum Nutzungszeitpunkt, d. h. einen vom Nutzer gewünschten Ladezustand zum Nutzungszeitpunkt. Die Schritte 210 und 220 können auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden, sodass zuerst das zweite Eingabesignal erfasst wird und danach das erste Eingabesignal. Das erste Eingabesignal und das zweite Eingabesignal können auch als bevorzugte Werte des Nutzers im Speicher hinterlegt werden, beispielsweise wenn der Nutzer jeden Tag zur gleichen Uhrzeit einen bestimmten Ladezustand der Batterie benötigt. Werden entweder das erste Eingangssignal oder das zweite
Eingangssignal oder beide nicht über das Mittel eingegeben, so werden die hinterlegten Werte des ersten Eingangssignals und/ oder des zweiten
Eingangssignals aus dem Speicher erfasst. In einem folgenden Schritt 240 wird ein Istladezustand des elektrochemischen Energiespeichers bestimmt. Dazu erfasst das Batteriemanagementsystem mit Hilfe der
Batteriespannungsmesseinheit die Spannung der Batterie, woraus der SoC-Wert der Batterie bestimmt wird. In einem folgenden Schritt 250 wird eine
Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers mit Hilfe eines Batterietemperatursensors erfasst. Bei der Anfangstemperatur handelt es sich insbesondere um die Batterietemperatur zum Zeitpunkt des elektromechanischen Verbindens des elektrochemischen Energiespeichers mit der Ladevorrichtung. In einem folgenden Schritt 280 wird ein Temperaturhub in Abhängigkeit einer vorgegebenen Betriebsdauer und mindestens eines weiteren Parameters bestimmt. Der Begriff vorgegebene Betriebsdauer umfasst dabei auch eine vorgegebene Ladekapazität oder eine vorgegebene Reichweite. Unter dem Begriff Temperaturhub ist der Temperaturhub zu verstehen, der durch einen Entladevorgang des elektrochemischen Energiespeichers zu erwarten ist, wobei der Entladevorgang mit dem Nutzungszeitpunkt beginnt. In einem folgenden Schritt 290 wird eine Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers bestimmt. Die Endtemperatur ist dabei als Differenz einer maximal zulässigen Temperatur bzw. Betriebstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers und des Temperaturhubs definiert, wobei die maximal zulässige
Betriebstemperatur im Speicher hinterlegt ist. Mit anderen Worten die
Endtemperatur ist dabei die Temperatur, die der elektrochemische
Energiespeicher maximal zum Nutzungszeitpunkt aufweisen darf, damit die anschließende Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers gewährleistet ist. In einem folgenden Schritt 300 wird ein Ladesignal in
Abhängigkeit der Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, der Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, des ersten
Eingabesignals, des zweiten Eingabesignals und des Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers erzeugt. Das Ladesignal umfasst dabei einen Ladestrom. In einem folgenden Schritt 310 wird eine Ladevorrichtung mit Hilfe des Ladesignals angesteuert, sodass der elektrochemische
Energiespeicher geladen wird.
Der zu erwartende Temperaturhub wird durch eine Recheneinheit ermittelt. Vorteilhafterweise wird die aktuelle Außentemperatur des Fahrzeuges an die Recheneinheit übermittelt. Die Recheneinheit wird über Sensoren zu jeder Zeit über den tatsächlichen Stromfluss in und aus dem Energiespeicher informiert. In der Recheneinheit liegen mindestens ein Parameter, der den
Wärmeübergangswiderstand aus dem Energiespeicher zur Umgebung festlegt. Die Recheneinheit verfügt über mindestens ein Modell, das basierend auf den Eingangsgrößen und den Parametern vorhersagt, welcher Temperaturhub sich bei den aktuellen Messwerten und Parametern einstellt.
Optional verfügt die Recheneinheit über ein Verfahren, das aus den Messwerten und Parametern und den sich tatsächlich einstellenden Temperaturen Fehler der letzen Schätzung ableitet.
Optional verfügt die Recheneinheit über ein Verfahren dass aus den Fehlern der letzten Messungen Korrekturparameter ableitet. Diese Parameter werden zur Bestimmung eines genaueren Temperaturhubes verwendet. Mit diesem
Verfahren ist es möglich, dass sich das System an einen unterschiedlichen Verbauort mit anderen thermischen Bedingungen anpassen kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine weitere Parameter in Schritt 280 ein konstant entnehmbarer maximaler Entladestrom des
elektrochemischen Energiespeichers. Alternativ kann der mindestens eine weitere Parameter aus einer bisherigen Verwendungsweise des
elektrochemischen Energiespeichers bestimmt werden, sozusagen als Integral über bisher durchgeführte Entladezyklen. Dabei kann auf Verwendungsdaten aus dem Speicher zurückgegriffen werden. Die Verwendungsdaten umfassen beispielsweise ein Nutzungsprofil des elektrochemischen Energiespeichers, einen eingestellten Fahrmodus, der zum Beispiel sportlich, gemäßigt oder energiesparend sein könnte. Darüberhinaus kann der einzustellende Fahrmodus direkt aus den Vorhersage des Systems abgeleitet werden
Zwischen den Schritten 250 und 280 kann optional ein Schritt 260 durchgeführt werden, in dem ein Alterungszustand des elektrochemischen Energiespeichers erfasst wird und das Ladesignal in Schritt 300 zusätzlich in Abhängigkeit des Alterungszustands des elektrochemischen Energiespeichers erzeugt wird. Des Weiteren kann zwischen den Schritten 250 und 280 optional ein weiterer Schritt 270 durchgeführt werden in dem der Ladestrom durch einen maximal zulässigen Ladestrom des elektrochemischen Energiespeichers begrenzt wird. Dieser Wert wird beispielsweise aus dem Speicher ausgelesen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird in einem Schritt 295 überprüft, ob die Anfangstemperatur der Batterie kleiner ist als die Endtemperatur der Batterie. Ist dies der Fall so wird das Verfahren fortgesetzt und in Schritt 300 das Ladesignal erzeugt. Ist die Anfangstemperatur größer als die Endtemperatur, so wird das Verfahren beendet und erst nach einer bestimmten Zeitdauer unter
Berücksichtigung der Umgebungstemperatur erneut gestartet. Alternativ wird der Ladestrom in Abhängigkeit von der zu erwartenden Temperatur eingestellt. Somit wird sichergestellt, dass der Energiespeicher zu jeder Zeit mit einem Strom geladen werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Informationssignal erzeugt, wenn der Ladestrom durch den maximal zulässigen Ladestrom begrenzt wird. Das Informationssignal repräsentiert die Information, dass der tatsächliche
Ladezustand der Batterie zum Nutzungszeitpunkt kleiner ist als der vom Nutzer gewünschte Ladezustand. Dieses Informationssignal kann zum Zeitpunkt des Ladestarts beispielsweise auf einem Display des elektrochemischen
Energiespeichers, einem Display eines Fahrzeugs oder dem mobilen Endgerät angezeigt werden.
Alternativ kann eine verbleibende Ladezeit bis zum Erreichen des ersten
Ladezustand und ein aktueller Ladezustand angezeigt werden.
Der elektrochemische Energiespeicher findet beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug Anwendung. Das elektrisch betriebene Fahrzeug kann ein
Zweirad sein, insbesondere ein Roller.
Das Verfahren kann auch für andere elektrisch betriebene Systeme und Geräte verwendet werden, wenn diese direkt nach dem Laden verwendet werden sollen. Die vorliegende Erfindung optimiert das Laden also auf die im unmittelbaren
Anschluss an den Ladevorgang oder in absehbarer Zeit geplante Nutzung des Systems, Gerätes oder Fahrzeug.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (200) zum Laden eines elektrochemischen Energiespeichers,
insbesondere einer Batterie, mit den Schritten:
• Erfassen (210) eines ersten Eingabesignals,
• Erfassen (220) eines zweiten Eingabesignals,
• Bestimmen (240) eines Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers,
• Erfassen (250) einer Anfangstemperatur des elektrochemischen
Energiespeichers,
• Bestimmen (280) eines Temperaturhubs in Abhängigkeit einer vorgegebenen Betriebsdauer und mindestens eines weiteren Parameters,
• Bestimmen (290) einer Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, wobei die Endtemperatur eine Differenz einer maximal zulässigen Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers und des Temperaturhubs ist,
• Erzeugen (300) eines Ladessignals in Abhängigkeit der Anfangstemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, der Endtemperatur des elektrochemischen Energiespeichers, des ersten Eingabesignals, des zweiten Eingabesignals und des Istladezustands des elektrochemischen Energiespeichers, wobei das
Ladesignal einen Ladestrom umfasst, und
• Ansteuern (310) einer Ladevorrichtung mittels Ladesignal zum Laden des
elektrochemischen Energiespeichers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste
Eingabesignal einen Nutzungszeitpunkt des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Eingabesignal einen Sollladezustand des elektrochemischen
Energiespeichers zum Nutzungszeitpunkt repräsentiert.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine weitere Parameter ein konstant entnehmbarer maximaler Entladestrom des elektrochemischen Energiespeichers ist oder ein entnehmbarer Entladestrom, der aus einer bisherigen Verwendungsweise des elektrochemischen Energiespeichers bestimmt wird.
5. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Alterungszustand des elektrochemischen Energiespeichers bestimmt wird und das Ladesignal in Abhängigkeit des Alterungszustands des elektrochemischen Energiespeichers eingestellt wird.
6. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ladestrom auf einen maximal zulässigen Ladestrom des elektrochemischen Energiespeichers begrenzt wird.
7. Verfahren (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Informationssignal, insbesondere zum Zeitpunkt eines Ladebeginns, erzeugt wird, wobei das Informationssignal angibt, dass ein tatsächlicher Ladezustand des elektrochemischen Speichers zum Nutzungszeitpunkt kleiner sein wird als der Sollladezustand.
8. Verfahren (200) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das
Informationssignal auf einem HMI des elektrochemischen Energiespeichers, einem HMI eines Fahrzeugs oder einem mobilen Endgerät ausgegeben wird.
9. Batteriemanagementsystem (115) mit einer Steuereinheit (111) und einem
Speicher (112), wobei das Batteriemanagementsystem (115) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
10. Batteriesystem mit mindestens einem elektrochemischen Energiespeicher und einem Batteriemanagementsystem (115) nach Anspruch 9.
11. Batteriesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher Li-Ionen-Zellen, LiS-Zellen, LiO-Zellen oder Feststoffzellen umfasst.
12. Verwendung eines Batteriesystems nach einem der Ansprüche 10 oder 11 in einem Fahrzeug.
13. Verwendung einer Batteriesystems nach Anspruch 12, wobei das Fahrzeug ein elektrisch betriebenes Zweirad, insbesondere ein Roller, ist.
EP17791025.4A 2016-12-06 2017-10-19 Verfahren zum laden eines elektrochemischen energiespeichers, ein batteriemanagementsystem, ein batteriesystem und eine verwendung des batteriesystems Withdrawn EP3551495A1 (de)

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