WO2016184654A1 - Verfahren zum betrieb einer aufladbaren batteriezelle und batteriesteuergerät - Google Patents

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WO2016184654A1
WO2016184654A1 PCT/EP2016/059459 EP2016059459W WO2016184654A1 WO 2016184654 A1 WO2016184654 A1 WO 2016184654A1 EP 2016059459 W EP2016059459 W EP 2016059459W WO 2016184654 A1 WO2016184654 A1 WO 2016184654A1
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Markus Kohlberger
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a rechargeable battery cell, in particular a lithium-ion battery cell.
  • the invention also relates to a battery control device.
  • Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are batteries.
  • Primary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable.
  • a battery comprises one or more battery cells. In an accumulator find in particular so-called lithium-ion
  • Lithium-ion battery cells use. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used, inter alia, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV) and plug-in hybrid vehicles (plug-in hybrids).
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid electric vehicles
  • plug-in hybrid vehicles plug-in hybrids
  • PHEV Electric Vehicle
  • Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also known as
  • Cathode is called, and a negative electrode, which is also referred to as anode on.
  • the cathode and the anode each include one
  • the active material for the cathode is, for example, a metal oxide.
  • Active material for the anode is, for example, silicon. But also graphite is used as an active material for anodes. In the active material of the anode lithium atoms are embedded.
  • the battery cell ie during a discharge process, electrons flow in an external circuit from the anode to the cathode.
  • lithium ions migrate from the anode to the cathode during a discharge process.
  • the lithium ions from the active material of the anode store reversibly, which is also referred to as delithiation.
  • the lithium ions migrate from the cathode to the anode.
  • the lithium ions reversibly store back into the active material of the anode, which is also referred to as lithiation.
  • the electrodes of the battery cell are formed like a film and under
  • Interlayer of a separator which separates the anode from the cathode, wound into an electrode coil.
  • Such an electrode winding is also referred to as a jelly roll.
  • the electrodes may also be stacked to form an electrode stack.
  • a battery cell typically includes one or more electrode coils or the electrode stack.
  • the electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte.
  • the electrolyte is conductive to the lithium ions and allows the transport of lithium ions between the electrodes.
  • each battery cell has a limiting voltage.
  • Slight exceeding of the threshold voltage during a charging process can lead to a faster aging of the battery cell.
  • Exceeding the threshold voltage during a charging process can lead to overheating of the battery cell in combination with a fire or an explosion.
  • a method for charging and for equalizing states of charge of rechargeable battery modules is known for example from DE 10 2013 204 346 AI.
  • a method of operation, in particular for charging and discharging a rechargeable battery in a vehicle is disclosed in JP 2012-200048 A.
  • WO 2014/057802 A1 discloses a method for operating battery cells, in particular for charging by means of recuperation, in a vehicle.
  • a charging process of the battery cell is performed when the first voltage is less than the first limit voltage
  • a discharge of the battery cell is performed when the second voltage is greater than the second limit voltage.
  • the first limit voltage is greater than the second limit voltage.
  • the second limit voltage corresponds to the usual operating voltage or the usual rated voltage of the battery cell.
  • the battery cell is in particular a lithium-ion battery cell.
  • the inventive method is also applicable to other types of battery cells.
  • Termination of charging of the battery cell is performed when the first voltage is greater than or equal to the first limit voltage. This prevents overheating of the battery cell.
  • a termination of a discharge of the battery cell is performed when the second voltage is less than or equal to the second limit voltage. This occurs in particular when energy is taken from a consumer immediately after the charging process, which has led to an overcharge of the battery cell, whereby the voltage of the battery cell decreases.
  • the waiting time is preferably in a range of several milliseconds to a few seconds.
  • the said waiting time specifies how long a short-term overcharge of the battery cell can last.
  • Limit voltage preferably between 4.3 volts and 4.35 volts.
  • the second threshold voltage is preferably between 4.15 volts and 4.2 volts. The first limit voltage is thus greater than the second limit voltage.
  • the method according to the invention is particularly advantageously applicable in a vehicle.
  • the charging process takes place by recuperation. This means that during a braking process of the vehicle, the braking energy is converted into electrical energy and fed back into the battery cell. But other applications for the inventive method are conceivable.
  • a battery control device is also proposed, which is designed to carry out the method according to the invention.
  • a battery control device advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV) or in a plug-in hybrid vehicle (PHEV).
  • EV electric vehicle
  • HEV hybrid vehicle
  • PHEV plug-in hybrid vehicle
  • the inventive method allows a short-term overcharge of a battery cell. This makes it possible to store even when actually fully charged battery cell provided by recuperation energy, which would otherwise be lost. As a result, the electrical energy provided by recuperation can be better utilized, and losses are minimized.
  • electrical energy generated in a vehicle in a braking process can be fed back into the battery cell, which leads to a brief overcharge of the battery cell. Immediately after the overcharge, the energy fed back can be used again to accelerate the vehicle.
  • the inventive method is at most a short-term overcharge of the battery cell instead.
  • Such a short-term overcharge is not critical for the battery cell and in particular does not accelerate the aging of the battery cell.
  • only an overcharge to a predefined voltage is possible by the inventive method, whereby a
  • Figure 1 is a schematic representation of a rechargeable battery cell
  • FIG. 2 shows steps of a method for operating the battery cell from FIG. 1.
  • a battery cell 2 is shown schematically in FIG.
  • the battery cell 2 is a lithium-ion battery cell.
  • the battery cell 2 comprises a cell housing 3, which is prismatic, in the present cuboid.
  • the cell housing 3 is designed to be electrically conductive and, for example, made of aluminum.
  • Cell housing 3 may also be made of an electrically insulating material, such as plastic.
  • the battery cell 2 comprises a negative terminal 11 and a positive terminal 12. Via the terminals 11, 12, a voltage provided by the battery cell 2 can be tapped off. Furthermore, the battery cell 2 can also be charged via the terminals 11, 12.
  • the terminals 11, 12 are spaced from one another on a top surface of the prismatic cell housing 3.
  • an electrode coil is arranged, which has two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22.
  • the anode 21 and the cathode 22 are each made like a foil and wound with the interposition of a separator 18 to the electrode coil.
  • an electrode stack can also be provided, for example.
  • the anode 21 comprises an anodic active material 41, which is designed like a foil.
  • the anodic active material 41 has as a base silicon or a silicon-containing alloy.
  • the anode 21 further comprises a current conductor 31, which is also formed like a foil. The anodic active material 41 and the current conductor 31 are laid flat against each other and connected to each other.
  • the current conductor 31 of the anode 21 is made electrically conductive and made of a metal, for example copper.
  • the current conductor 31 of the anode 21 is electrically connected to the negative terminal 11 of the battery cell 2.
  • the cathode 22 comprises a cathodic active material 42, which is designed like a foil.
  • the cathodic active material 42 has a base material
  • the cathode 22 further includes a current collector 32, which is also formed like a foil.
  • the cathodic active material 42 and the current collector 32 are laid flat against each other and connected to each other.
  • the current collector 32 of the cathode 22 is made electrically conductive and made of a metal, for example aluminum.
  • the current collector 32 of the cathode 22 is electrically connected to the positive terminal 12 of the battery cell 2.
  • the anode 21 and the cathode 22 are separated from each other by the separator 18.
  • the separator 18 is also formed like a film.
  • the separator 18 is electrically insulating, but ionically conductive, so permeable to lithium ions.
  • the cell case 3 of the battery cell 2 is filled with a liquid electrolyte 15, or with a polymer electrolyte.
  • the electrolyte 15 surrounds the anode 21, the cathode 22 and the separator 18.
  • the electrolyte 15 is also ionically conductive.
  • a battery control device 50 is connected to the battery cell 2 by means of a charging cable 52.
  • the charging cable 52 in this case has two wires, wherein a first wire is electrically connected to the negative terminal 11, and a second wire is connected to the positive terminal 12.
  • FIG. 2 shows steps of a method for operating the battery cell 2 shown in FIG. 1, designed as a lithium-ion battery cell.
  • a first measurement 101 of a first voltage U1 of the battery cell 2 is performed.
  • the first measurement 101 of the first voltage U1 is thereby transferred from a voltage measuring unit of the battery control device 50 the charging cable 52 connected to the terminals 11, 12 of the battery cell 2 is performed.
  • a first comparison 102 of the first voltage U1 is performed with a first limit voltage Umax1.
  • the first comparison 102 of the first voltage Ul with the first limit voltage Umaxl is performed by a comparison unit of the battery control device 50.
  • the first threshold voltage is between 4.3 volts and 4.35 volts.
  • a charging operation 104 of the battery cell 2 is performed.
  • the charging process 104 of the battery cell 2 takes place in particular by recuperation.
  • a second measurement 106 of a second voltage U2 of the battery cell 2 is carried out in a further step.
  • Measurement 106 of the second voltage U2 is also from the
  • Voltage U2 performed with a second threshold voltage Umax2.
  • the second comparison 107 of the second voltage U2 with the second limit voltage Umax2 is also performed by the comparison unit of the battery control device 50.
  • the second limit voltage Umax2 is between 4.15 volts and 4.2 volts.
  • a discharge process 109 of the battery cell 2 is performed.
  • the discharge process 109 is controlled by the battery control device 50 by a discharge resistor or balancing between the terminals 11, 12 of the battery cell 2 is switched. As a result, a discharge current from the battery cell 2 flows through the discharge resistor, whereby the battery cell 2 is discharged.
  • the second voltage U2 is less than or equal to the second limit voltage
  • an abort 108 of a discharge of the battery cell 2 is performed.
  • the battery cell 2 is in an ordinary state of charge and a further discharge is not required.
  • the invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle, wobei -eine erste Messung (101) einerersten Spannung der Batteriezelle durchgeführt wird, -ein erster Vergleich (102) der ersten Spannung mit einer ersten Grenzspannung durchgeführt wird, -ein Ladevorgang (104) der Batteriezelle durchgeführt wird, wenn die erste Spannung kleiner als die erste Grenzspannung ist, -eine zweite Messung (106) einer zweiten Spannung der Batteriezelle durchgeführt wird, -ein zweiter Vergleich (107) der zweiten Spannung mit einer zweiten Grenzspannung durchgeführt wird, -ein Entladevorgang (109) der Batteriezelle durchgeführt wird, wenn die zweite Spannunggrößer als die zweite Grenzspannung ist, wobei die erste Grenzspannung größer als die zweite Grenzspannung ist. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriesteuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.

Description

Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle und Batteriesteuergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriesteuergerät.
Stand der Technik
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden
Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-
Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybride Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybride
Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als
Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen
Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Bei dem Aktivmaterial für die Kathode handelt es sich beispielsweise um ein Metalloxid. Bei dem
Aktivmaterial für die Anode handelt es sich beispielsweise um Silizium. Aber auch Graphit ist als Aktivmaterial für Anoden verbreitet. In das Aktivmaterial der Anode sind Lithiumatome eingelagert. Beim Betrieb der Batteriezelle, also bei einem Entladevorgang, fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der Anode zur Kathode. Innerhalb der Batteriezelle wandern Lithiumionen bei einem Entladevorgang von der Anode zur Kathode. Dabei lagern die Lithiumionen aus dem Aktivmaterial der Anode reversibel aus, was auch als Delithiierung bezeichnet wird. Bei einem Ladevorgang der
Batteriezelle wandern die Lithiumionen von der Kathode zu der Anode. Dabei lagern die Lithiumionen wieder in das Aktivmaterial der Anode reversibel ein, was auch als Lithiierung bezeichnet wird.
Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter
Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden. Ein solcher Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sein.
Die beiden Elektroden des Elektrodenwickels oder des Elektrodenstapels werden mittels Kollektoren elektrisch mit Polen der Batteriezelle, welche auch als Terminals bezeichnet werden, verbunden. Eine Batteriezelle umfasst in der Regel eine oder mehrere Elektrodenwickel oder des Elektrodenstapel. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Der Elektrolyt ist für die Lithiumionen leitfähig und ermöglicht den Transport der Lithiumionen zwischen den Elektroden.
Bauartbedingt weist jede Batteriezelle eine Grenzspannung auf. Ein
geringfügiges Überschreiten der Grenzspannung bei einem Ladevorgang kann zu einer schnelleren Alterung der Batteriezelle führen. Ein starkes Überschreiten der Grenzspannung bei einem Ladevorgang kann zu einer Überhitzung der Batteriezelle in Kombination mit einem Brand oder einer Explosion führen.
Ein Verfahren zum Laden sowie zum Angleichen von Ladezuständen von aufladbaren Batteriemodulen ist beispielsweise aus der DE 10 2013 204 346 AI bekannt. Ein Verfahren zum Betrieb, insbesondere zum Laden und Entladen einer aufladbaren Batterie in einem Fahrzeug ist in der JP 2012-200048 A offenbart.
Aus der WO 2014/057802 AI ist ein Verfahren zum Betrieb von Batteriezellen, insbesondere zum Laden mittels Rekuperation, in einem Fahrzeug bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle
vorgeschlagen, wobei
- eine erste Messung einer ersten Spannung der Batteriezelle durchgeführt wird,
- ein erster Vergleich der ersten Spannung mit einer ersten Grenzspannung durchgeführt wird,
- ein Ladevorgang der Batteriezelle durchgeführt wird, wenn die erste Spannung kleiner als die erste Grenzspannung ist,
- eine zweite Messung einer zweiten Spannung der Batteriezelle durchgeführt wird,
- ein zweiter Vergleich der zweiten Spannung mit einer zweiten Grenzspannung durchgeführt wird,
- ein Entladevorgang der Batteriezelle durchgeführt wird, wenn die zweite Spannung größer als die zweite Grenzspannung ist.
Dabei ist die erste Grenzspannung größer als die zweite Grenzspannung. Die zweite Grenzspannung entspricht dabei der üblichen Betriebsspannung oder der üblichen Nennspannung der Batteriezelle.
Bei der Batteriezelle handelt es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen- Batteriezelle. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch auf andere Typen von Batteriezellen anwendbar.
Ein Abbruch einer Aufladung der Batteriezelle wird durchgeführt, wenn die erste Spannung größer oder gleich der ersten Grenzspannung ist. Dadurch wird eine Überhitzung der Batteriezelle verhindert. Ein Abbruch einer Entladung der Batteriezelle wird durchgeführt, wenn die zweite Spannung kleiner oder gleich der zweiten Grenzspannung ist. Dies kommt insbesondere dann vor, wenn unmittelbar nach dem Ladevorgang, welcher zu einer Überladung der Batteriezelle geführt hat, Energie von einem Verbraucher entnommen wird, wodurch die Spannung der Batteriezelle sinkt.
Zwischen dem Ladevorgang und der zweiten Messung der zweiten Spannung ist vorteilhaft eine Wartezeit vorgesehen. Die Wartezeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von mehreren Millisekunden bis hin zu wenigen Sekunden. Die besagte Wartezeit gibt vor, wie lange eine kurzzeitige Überladung der Batteriezelle andauern kann.
Bei eine handelsüblichen Lithium-Ionen-Batteriezelle beträgt die erste
Grenzspannung vorzugsweise zwischen 4,3 Volt und 4,35 Volt. Bei eine handelsüblichen Lithium-Ionen-Batteriezelle beträgt die zweite Grenzspannung vorzugsweise zwischen 4,15 Volt und 4,2 Volt. Die erste Grenzspannung ist somit größer als die zweite Grenzspannung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft in einem Fahrzeug anwendbar. Insbesondere in einem Fahrzeug findet der Ladevorgang durch Rekuperation statt. Das bedeutet, bei einem Bremsvorgang des Fahrzeugs wird die Bremsenergie in elektrische Energie gewandelt und in die Batteriezelle zurück gespeist. Aber auch andere Anwendungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind denkbar.
Es wird auch ein Batteriesteuergerät vorgeschlagen, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.
Ein erfindungsgemäßes Batteriesteuergerät findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV) oder in einem Plugin-Hybridfahrzeug (PHEV).
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine kurzzeitige Überladung einer Batteriezelle. Dadurch ist es möglich, auch noch bei eigentlich voll geladener Batteriezelle durch Rekuperation zur Verfügung gestellte Energie zu speichern, welche andernfalls verloren wäre. Dadurch kann die durch Rekuperation zur Verfügung gestellte elektrische Energie besser ausgenutzt werden, und Verluste werden minimiert.
Insbesondere kann bei einem Fahrzeug bei einem Bremsvorgang erzeugte elektrische Energie in die Batteriezelle zurück gespeist werden, was zu einer kurzzeitigen Überladung der Batteriezelle führt. Unmittelbar nach der Überladung kann die zurück gespeiste Energie wieder zur Beschleunigung des Fahrzeugs genutzt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren findet höchstens eine kurzzeitige Überladung der Batteriezelle statt. Eine solche kurzzeitige Überladung ist für die Batteriezelle unkritisch und beschleunigt insbesondere nicht die Alterung der Batteriezelle. Ferner ist durch das erfindungsgemäße Verfahren nur eine Überladung bis einer vordefinierten Spannung möglich, wodurch eine
Überhitzung, insbesondere in Kombination mit einem Brand oder einer
Explosion, ausgeschlossen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer aufladbaren Batteriezelle und
Figur 2 Schritte eines Verfahrens zum Betrieb der Batteriezelle aus Figur 1.
Ausführungsformen der Erfindung Eine Batteriezelle 2 ist in Figur 1 schematisch dargestellt. Bei der Batteriezelle 2 handelt es sich vorliegend um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.
Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Zellengehäuse 3 ist vorliegend elektrisch leitend ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Das
Zellengehäuse 3 kann aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt sein.
Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. Die Terminals 11, 12 sind beabstandet voneinander an einer Deckfläche des prismatischen Zellengehäuses 3 angeordnet.
Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist ein Elektrodenwickel angeordnet, welcher zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, aufweist. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und unter Zwischenlage eines Separators 18 zu dem Elektrodenwickel gewickelt.
Es ist auch denkbar, dass mehrere Elektrodenwickel in dem Zellengehäuse 3 vorgesehen sind. Anstelle des Elektrodenwickels kann auch beispielsweise ein Elektrodenstapel vorgesehen sein.
Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41, welches folienartig ausgeführt ist. Das anodische Aktivmaterial 41 weist als Grundstoff Silizium oder eine Silizium enthaltende Legierung auf. Die Anode 21 umfasst ferner einen Stromableiter 31, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das anodische Aktivmaterial 41 und der Stromableiter 31 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden.
Der Stromableiter 31 der Anode 21 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der Stromableiter 31 der Anode 21 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches folienartig ausgeführt ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 weist als Grundstoff ein
Metalloxid auf, beispielsweise Lithium- Kobalt-Oxid (LiCo02). Die Kathode 22 umfasst ferner einen Stromableiter 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 und der Stromableiter 32 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden.
Der Stromableiter 32 der Kathode 22 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der Stromableiter 32 der Kathode 22 ist elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.
Die Anode 21 und die Kathode 22 sind durch den Separator 18 voneinander getrennt. Der Separator 18 ist ebenfalls folienartig ausgebildet. Der Separator 18 ist elektrisch isolierend ausgebildet, aber ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig.
Das Zellengehäuse 3 der Batteriezelle 2 ist mit einem flüssigen Elektrolyt 15, oder mit einem Polymerelektrolyt, gefüllt. Der Elektrolyt 15 umgibt dabei die Anode 21, die Kathode 22 und den Separator 18. Auch der Elektrolyt 15 ist ionisch leitfähig.
Ein Batteriesteuergerät 50 ist mittels eines Ladekabels 52 mit der Batteriezelle 2 verbunden. Das Ladekabel 52 weist dabei zwei Adern auf, wobei eine erste Ader elektrisch mit dem negativen Terminal 11 verbunden ist, und eine zweite Ader mit dem positiven Terminal 12 verbunden ist.
Figur 2 zeigt Schritte eines Verfahrens zum Betrieb der in Figur 1 dargestellten, als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgeführten Batteriezelle 2.
In einem ersten Schritt wird eine erste Messung 101 einer ersten Spannung Ul der Batteriezelle 2 durchgeführt. Die erste Messung 101 der ersten Spannung Ul wird dabei von einer Spannungsmesseinheit des Batteriesteuergeräts 50 über das mit den Terminals 11, 12 der Batteriezelle 2 verbundene Ladekabel 52 durchgeführt.
In einem zweiten Schritt wird ein erster Vergleich 102 der ersten Spannung Ul mit einer ersten Grenzspannung Umaxl durchgeführt. Der erste Vergleich 102 der ersten Spannung Ul mit der ersten Grenzspannung Umaxl wird dabei von einer Vergleichseinheit des Batteriesteuergeräts 50 durchgeführt.
Wenn die erste Spannung Ul größer oder gleich der ersten Grenzspannung Umaxl ist, so wird anschließend ein Abbruch 103 einer Aufladung der
Batteriezelle 2 durchgeführt. Vorliegend beträgt die erste Grenzspannung zwischen 4,3 Volt und 4,35 Volt.
Wenn die erste Spannung Ul kleiner als die erste Grenzspannung Umaxl ist, so wird in einem folgenden Schritt ein Ladevorgang 104 der Batteriezelle 2 durchgeführt. Der Ladevorgang 104 der Batteriezelle 2 findet dabei insbesondere durch Rekuperation statt.
Nach einer Wartezeit 105 wird in einem weiteren Schritt eine zweite Messung 106 einer zweiten Spannung U2 der Batteriezelle 2 durchgeführt. Die zweite
Messung 106 der zweiten Spannung U2 wird dabei ebenfalls von der
Spannungsmesseinheit des Batteriesteuergeräts 50 über das mit den Terminals 11, 12 der Batteriezelle 2 verbundene Ladekabel 52 durchgeführt. In einem anschließenden Schritt wird ein zweiter Vergleich 107 der zweiten
Spannung U2 mit einer zweiten Grenzspannung Umax2 durchgeführt. Der zweite Vergleich 107 der zweiten Spannung U2 mit der zweiten Grenzspannung Umax2 wird dabei ebenfalls von der Vergleichseinheit des Batteriesteuergeräts 50 durchgeführt. Vorliegend beträgt die zweite Grenzspannung Umax2 zwischen 4,15 Volt und 4,2 Volt.
Wenn die zweite Spannung U2 größer als die zweite Grenzspannung Umax2 ist, so wird in einem folgenden Schritt ein Entladevorgang 109 der Batteriezelle 2 durchgeführt. Der Entladevorgang 109 wird dabei durch das Batteriesteuergerät 50 gesteuert, indem ein Entladewiderstand oder Balancing- Widerstand zwischen die Terminals 11, 12 der Batteriezelle 2 geschaltet wird. Dadurch fließt ein Entladestrom von der Batteriezelle 2 durch den Entladewiderstand, wodurch die Batteriezelle 2 entladen wird. Wenn die zweite Spannung U2 kleiner oder gleich der zweiten Grenzspannung
Umax2 ist, so wird ein Abbruch 108 einer Entladung der Batteriezelle 2 durchgeführt. Die Batteriezelle 2 ist wider in einem gewöhnlichen Ladezustand und eine weitere Entladung ist nicht erforderlich. Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle (2), wobei
- eine erste Messung (101) einer ersten Spannung (Ul) der Batteriezelle (2) durchgeführt wird,
- ein erster Vergleich (102) der ersten Spannung (Ul) mit einer ersten Grenzspannung (Umaxl) durchgeführt wird,
- ein Ladevorgang (104) der Batteriezelle (2) durchgeführt wird, wenn die erste Spannung (Ul) kleiner als die erste Grenzspannung (Umaxl) ist,
- eine zweite Messung (106) einer zweiten Spannung (U2) der
Batteriezelle (2) durchgeführt wird,
- ein zweiter Vergleich (107) der zweiten Spannung (U2) mit einer zweiten Grenzspannung (Umax2) durchgeführt wird,
- ein Entladevorgang (109) der Batteriezelle (2) durchgeführt wird, wenn die zweite Spannung (U2) größer als die zweite Grenzspannung (Umax2) ist,
wobei die erste Grenzspannung (Umaxl) größer als die zweite
Grenzspannung (Umax2) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
ein Abbruch (103) einer Aufladung der Batteriezelle (2) durchgeführt wird, wenn die erste Spannung (Ul) größer oder gleich der ersten Grenzspannung (Umaxl) ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
ein Abbruch (108) einer Entladung der Batteriezelle (2) durchgeführt wird, wenn die zweite Spannung (U2) kleiner oder gleich der zweiten Grenzspannung (Umax2) ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
zwischen dem Ladevorgang (104) und der zweiten Messung (106) der zweiten Spannung (U2)
eine Wartezeit (105) vorgesehen ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
die erste Grenzspannung (Umaxl) zwischen 4,3 Volt und 4,35 Volt beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
die zweite Grenzspannung (Umax2) zwischen 4,15 Volt und 4,2 Volt beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
der Ladevorgang (104) durch Rekuperation stattfindet.
8. Batteriesteuergerät (50), ausgestaltet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
9. Verwendung des Batteriesteuergeräts (50) nach Anspruch 8 in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV) oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PH EV).
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