WO2020120311A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

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WO2020120311A1
WO2020120311A1 PCT/EP2019/083966 EP2019083966W WO2020120311A1 WO 2020120311 A1 WO2020120311 A1 WO 2020120311A1 EP 2019083966 W EP2019083966 W EP 2019083966W WO 2020120311 A1 WO2020120311 A1 WO 2020120311A1
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electrical energy
aging
energy store
quick
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PCT/EP2019/083966
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Jens Becker
Triantafyllos Zafiridis
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Electrical energy storage such as batteries that u. a. used in electric or hybrid vehicles are subject to a certain aging. This aging can generally be broken down into two parts
  • Cyclic aging is caused by charge throughput, i.e. by using the electrical energy store.
  • the charging process is a key factor in aging. Especially here the connection also applies, the faster a charging process
  • quick charging profiles are stored, which enable quick charging in a defined time with a defined aging.
  • the quick-charging profiles are created using test series in the laboratory.
  • the batteries are designed in such a way that only a predetermined number of charging cycles planned over the entire service life occur
  • Fast charging may be.
  • a battery can be designed for 200 quick charge cycles with a total of 1000 charge cycles. If this percentage is exceeded, the battery ages faster than planned. Additional influences such as e.g. B. aggressive discharge processes or high temperatures accelerate aging. If a battery ages faster than planned, it may have to be before the planned one is reached
  • the progression of the aging has the advantage that a quick-charge profile of the electrical energy store in
  • the electrical energy store can in particular be a battery, in particular a lithium-ion battery.
  • the quick-charging profile to be used is determined by selecting the quick-charging profile to be used from a large number of stored quick-charging profiles, which differ with regard to their influence on the aging behavior of the electrical energy store.
  • the method can thus be implemented in a particularly simple manner.
  • the rapid charging profile to be used is determined in such a way that a future deviation between the detected aging state of the electrical energy storage device and the target aging state of the electrical energy storage device determined by means of the expected aging course is smaller than an associated deviation between the detected aging state of the electrical energy storage device and the target aging state of the electrical energy store determined by means of the expected aging course, which would be expected if a standard rapid charging profile were used.
  • the standard quick-charging profile can in particular be a quick-charging profile that charges the electrical system as quickly as possible
  • the associated deviation is in particular the deviation at the time of the predicted future deviation.
  • Aging state of the electrical energy store corresponds with an associated aging state determined from the expected aging course.
  • the quick charge profile to be used is selected such that after one or more using the one to be used
  • the state of aging of the electrical energy store again corresponds to the expected state of aging. If the electrical energy storage device ages faster than planned, it is thus advantageously possible to intervene correctively in the aging process of the electrical energy storage device and thus to restore a target aging behavior of the electrical energy storage device.
  • the horizon time can be understood to mean any point in time in the future that is in the future at least for the duration of a quick charging process.
  • the time of the horizon is so far in the future that there are several until the time of the horizon is reached
  • Quick charging operations can be carried out using the quick charging profile to be used.
  • a user of an electric vehicle in which a battery is installed, can select the quick-charging profile to be used from a selection of available quick-charging profiles.
  • the user thus advantageously has the possibility of determining how far the
  • the horizon should be in the future.
  • the user of the electrical energy store can determine himself how many quick-charge cycles have to be carried out using the quick-charge profile to be used until the detected state of aging of the electrical energy store again matches the state of aging determined from the expected course of aging. By selecting the number of fast charge cycles to be used, the user of the electrical
  • the available quick-charging profiles can be identical to the large number of stored quick-charging profiles.
  • the user of the electrical energy store is shown the time of the horizon or selection information of the available quick-charging profiles that correlates with the time of the horizon before the selection of the quick-charging profile to be used.
  • the horizon point in time of the quick-charging profiles available is the point in time at which it can be assumed that the detected aging state of the electrical energy store, by using the quick-charging profiles to be used, corresponds again to the target aging state of the electrical energy storage determined by means of the expected aging course.
  • Correlating selection information can be any quantity that correlates with the time of the horizon, for example the individual influence of a quick charging profile on the aging state of the electrical energy store or, since there is a physical correlation, the duration of a complete quick charging process using the respective one
  • the electrical energy store advantageously comprises a battery of an electric vehicle, since the method presented is particularly suitable for operating a lithium-ion battery of an electric vehicle.
  • a computer program that is set up to carry out each step of the method according to the invention is also advantageous if the computer program is on a computer
  • the computing unit can be, for example, a control unit of the electrical energy store, such as a battery management system (BMS) for a battery.
  • BMS battery management system
  • Energy storage can also be considered an aging gradient, that is also a change in the aging state per unit time of the electrical energy storage and used as the basis of the method presented.
  • a total number of charging processes of the electrical energy store can also be used as the reference system.
  • the aging state of the electrical energy storage device can be, for example, a state-of-health-of-capacity (SOHc), in particular if the electrical energy storage device is a battery.
  • SOHc state-of-health-of-capacity
  • the method presented is advantageously carried out using an aging controller, wherein the aging controller can be a software module, for example.
  • a degradation factor (DegFac) can be determined, which is used to reduce the aging of the electrical energy storage.
  • the degradation factor is calculated as follows:
  • SOH refers to the stat-of-health, i.e. a measure of the aging of the electrical energy store.
  • QHOR denotes a charge throughput that is constant throughout the life of the electrical energy storage device.
  • the charge throughput QHOR is the product of an aging gradient and an aging horizon.
  • the aging horizon is the difference between two state-of-health Values at different times. Measured variables are designated with the index mess.
  • the esf index denotes estimates.
  • AGs oii denotes an aging gradient to be expected for the electrical energy store, where:
  • Qmax is the charge throughput over the life of the electrical
  • Energy storage for example a battery from the beginning of the expected life (BOL) to the end of the expected life (EOL).
  • a current aging gradient AG est is determined as the quotient t from the measured charge throughput and the measured loss of capacity in accordance with:
  • Figure 1 is a schematic representation of an electric vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the respective influence of different rapid charging profiles on the aging behavior of an electrical energy store
  • Figure 3 is a schematic representation of the effect of the application of a quick charge profile to be used on the aging state of the electrical energy store
  • Figure 4 is a schematic flow of an embodiment of the
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an electric vehicle (10) which comprises an electric motor (17) and an electrical energy store (12).
  • the electrical energy store (12) comprises a storage cell (14) and a control unit (16).
  • the electrical energy store can in particular be a lithium-ion battery.
  • the method is particularly suitable for operating a battery
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the respective influence of different rapid charging profiles on the aging behavior of the electrical energy store (12).
  • the reference numeral 20 is one
  • the aging status axis or a state-of-health axis denotes, with a low value on the aging status axis corresponding to a high aging.
  • the reference number 22 denotes a time axis.
  • the axis 22 can also be a charge axis on which one accumulates
  • the axis 22 can be a charging cycle axis on which a sum of charging cycles of the electrical energy store (12) that have been carried out or are to be carried out is plotted.
  • a first quick charge profile (24) has a first influence on that
  • a second quick charge profile (25) has a second influence on the aging behavior of the electrical energy store (12).
  • a third quick charge profile (26) has a third influence on the aging behavior of the electrical energy store (12).
  • a fourth quick charge profile which corresponds to a standard quick charge profile, has a fourth influence on the aging behavior of the electrical energy store (12). As can be seen in FIG.
  • the influence of the standard quick-charging profile (27) is such that using the standard quick-charging profile for quick-charging processes of the electrical energy store (12), a low state-of-health (SOH) at a relatively early point in time is achieved, whereas using, for example, the first Schnellgadeprofils (24) of the same state of health (SOH) would be achieved at a later date.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the effect of the application of a rapid charging profile to be used on the aging state of the electrical energy store (12).
  • Reference number 30 again denotes an aging state axis or a state-of-health axis.
  • the reference numeral 32 again designates a time axis or a charge axis or a charge cycle axis.
  • Function 34 illustrates an expected aging course, i. H. a decrease in the state of health of the electrical energy store (12) as time progresses.
  • the actual aging state of the electrical energy store (12) is recorded in the example illustrated in FIG.
  • a state of health is determined which corresponds to the starting point of the arrows provided with the reference numerals 35 and 36.
  • the state-of-health of the electrical energy store (12) determined at the first point in time (38) lies below the target aging state of the electrical energy store (12) determined on the basis of the expected aging course (34), which is the value of the expected
  • a further operation of the electrical energy store using the standard quick-charging profile (27) would lead to a detected aging state of the electrical energy store (12) at the time of the horizon (39), which corresponds to an end point of the arrow designated by reference number 35. I.e. Continued operation of the electrical energy store (12) using the standard quick-charging profile (27) would result in a deviation between the detected aging state and the target aging state at the time of the horizon (39), which corresponds to the value of the expected course of aging (34) at the time of the horizon (39) corresponds, is present.
  • a quick-charge profile to be used which can be the first quick-charge profile (24), for example, it can be ensured that at the time of the horizon (39) the detected state of aging of the electrical system
  • FIG. 4 shows a schematic flow of an embodiment of the method according to the invention.
  • the exemplary embodiment starts with step 100, in which a quick charging process is initiated.
  • the initiation of a quick charging process is initiated.
  • Fast charging process of the electrical energy store (12), which can in particular be a lithium-ion battery of an electric vehicle (10), can be done, for example, by connecting the electrical one
  • Step 110 follows step 100.
  • step 110 it is checked whether the quick charging profile to be used has recently been changed.
  • a recent change can be, for example, a change that has occurred within a previous interval of a few, predeterminable rapid charging cycles. For example, it can be checked whether a current quick-charging profile has already been used ten times for a quick-charging process. If the check in step 110 reveals that the quick-charge profile was changed recently, step 150 follows step 110. If the check in step 110 reveals that the quick-charge profile has not been changed recently, for example that a stored quick-charge profile has already been changed for ten Fast charge cycles were used, step 120 follows.
  • the aging state of the electrical energy store (12) is recorded in step 120.
  • Energy storage (12) can be determined according to a method known from the prior art. In step 120, the target aging state of the electrical energy store (12) also becomes the current one
  • step 120 the expected aging course (34) of the electrical energy store (12) is evaluated at the current time.
  • step 120 follows step 130.
  • step 130 a comparison is made between the aging state of the electrical energy store (12) ascertained in step 120 and the target aging state of the electrical energy store (12) as determined in step 120. This results
  • step 140 follows step 130. If the comparison does not result in a deviation that is greater than a predefinable tolerance, step 100 follows step 130.
  • step 140 a user of the electrical energy store (12), who is, in particular, the lithium-ion battery
  • Electric vehicle (10) can act, various quick-charging profiles as well as selection information for the various quick-charging profiles correlating with the time of the horizon are displayed.
  • the selection information correlating with the time of the horizon can be, in particular, a number of quick-charging processes that have to be carried out with the respective quick-charging profile in order to match the detected aging state of the electrical energy store (12) with the target aging state of the electrical energy store (12) in To bring cover.
  • the selection information correlating with the time of horizon (39) can also be, for example, the duration of a quick charging process, which is required for charging the electrical energy store (12) using each quick charging profile.
  • Energy store (12) selects a quick charging profile displayed to it.
  • Rapid charging profile in the context of step 140 not by a user, but by a computing unit that uses the exemplary embodiment of the
  • step 150 executes the inventive method. Following step 140, step 150 follows.
  • step 150 the quick charge profile selected in step 140 is stored in a memory and then a quick charge process is carried out using the newly stored quick charge profile. If no quick-charging profile has been newly stored in step 150, the quick-charging process is carried out using an already saved quick-charging profile.
  • the exemplary embodiment of the method according to the invention can increase the service life of the electrical energy store (12), which can in particular be a lithium-ion battery. Overloading the electrical energy store (12) due to frequent rapid charging is prevented by means of the exemplary embodiment of the
  • the inventive method recognized and compensated for by using a suitable rapid charging profile. A specified life expectancy of the electrical energy store (12) is thus met. It is particularly advantageous that the presented embodiment of the method according to the invention does not require any additional hardware, but only by

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Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, dessen Alterungsverhalten mittels eines erwarteten Alterungsverlaufs abgeschätzt ist, wobei ein zu verwendendes Schnellladeprofil des elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen einem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers und einem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers ermittelt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers
Stand der Technik
Elektrische Energiespeicher wie beispielsweise Batterien, die u. a. in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zur Anwendung kommen, unterliegen einer gewissen Alterung. Diese Alterung lässt sich im Allgemeinen durch zwei Anteile
beschreiben, nämlich einen kalendarischen und einen zyklischen Anteil. Die zyklische Alterung wird hervorgerufen durch Ladungsdurchsatz, also durch Benutzung des elektrischen Energiespeichers. Im Beispiel einer Lithium-Ionen- Batterie ist der Ladevorgang ein maßgeblicher Faktor bei der Alterung. Gerade hier gilt zusätzlich der Zusammenhang, je schneller ein Ladevorgang
durchgeführt wird, desto größer ist die Alterung der Lithium-Ionen-Batterie in diesem Zeitraum.
Für den Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien, wie sie derzeit in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, werden sogenannte Schnellladeprofile hinterlegt, die eine Schnellladung in einer definierten Zeit mit einer definierten Alterung ermöglichen. Die Schnellladeprofile werden mittels Versuchsreihen im Labor erstellt. Im Allgemeinen werden die Batterien so designt, dass nur eine vorgegebene Anzahl der über die gesamte Lebensdauer geplanten Ladezyklen ein
Schnellladevorgang sein darf. So kann eine Batterie beispielsweise auf 200 Schnellladezyklen bei 1000 Ladezyklen insgesamt ausgegeigt sein. Wird dieser Anteil überschritten, so altert die Batterie schneller als vorgesehen. Ebenfalls können zusätzliche Einflüsse wie z. B. aggressive Entladevorgänge oder hohe Temperaturen die Alterung beschleunigen. Altert eine Batterie schneller als vorgesehen, muss diese gegebenenfalls vor Erreichen des geplanten
Lebensendes ersetzt werden. Relevanter Stand der Technik ist aus der US 2016/0172886 und der US
2016/0006286 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektrischen
Energiespeichers, dessen Alterungsverhalten mittels eines erwarteten
Alterungsverlaufs abgeschätzt ist, hat demgegenüber den Vorteil, dass ein zu verwendendes Schnellladeprofil des elektrischen Energiespeichers in
Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen einem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers und eines mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers ermittelt wird. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich insbesondere um eine Batterie, insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln.
Vorteilhaft ist, dass die Ermittlung des zu verwendenden Schnellladeprofils erfolgt, indem das zu verwendende Schnellladeprofil aus einer Vielzahl von hinterlegten Schnellladeprofilen, die sich bezüglich ihres Einflusses auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers unterscheiden, ausgewählt wird. Somit kann das Verfahren in besonders einfacher Weise implementiert werden.
Vorteilhaft ist, dass das zu verwendende Schnellladeprofil derart ermittelt wird, dass eine zukünftige Abweichung zwischen dem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers und dem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers geringer ist als eine zugehörige Abweichung zwischen dem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers und dem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers, die bei Verwendung eines Standard-Schnellladeprofils zu erwarten wäre. Bei dem Standard-Schnellladeprofil kann es sich insbesondere um ein Schnellladeprofil handeln, das eine schnellstmögliche Aufladung des elektrischen
Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, ermöglicht. Unter einer zugehörigen Abweichung ist dabei insbesondere die Abweichung zum Zeitpunkt der prädizierten zukünftigen Abweichung gemeint.
Vorteilhaft ist, dass das zu verwendende Schnellladeprofil derart ermittelt wird, dass der zu einem in der Zukunft liegenden Horizontzeitpunkt erfasste
Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers mit einem zugehörigen, aus dem erwarteten Alterungsverlauf ermittelten Alterungszustand übereinstimmt. Mit anderen Worten wird das zu verwendende Schnellladeprofil derart ausgewählt, dass nach einer oder mehrerer unter Verwendung des zu verwendenden
Schnellladeprofils durchgeführten Schnellladevorgängen der erfasste
Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers wieder mit dem erwarteten Alterungszustand übereinstimmt. Sollte der elektrische Energiespeicher schneller als geplant altern, ist es somit vorteilhafter Weise möglich, korrigierend in den Alterungsverlauf des elektrischen Energiespeichers einzugreifen und somit ein Soll-Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers wiederherzustellen. Unter Horizontzeitpunkt kann dabei jeder in der Zukunft liegende Zeitpunkt verstanden werden, der mindestens für die Dauer eines Schnellladevorgangs in der Zukunft liegt. Vorteilhafter Weise liegt der Horizontzeitpunkt derart weit in der Zukunft, dass bis zum Erreichen des Horizontzeitpunkts mehrere
Schnellladevorgänge unter Verwendung des zu verwendenden Schnellladeprofils durchgeführt werden können.
Vorteilhaft ist, dass ein Anwender des elektrischen Energiespeichers,
insbesondere ein Anwender eines Elektrofahrzeugs, indem eine Batterie verbaut ist, das zu verwendende Schnellladeprofil aus einer Auswahl an zur Verfügung stehenden Schnellladeprofilen auswählen kann. Somit hat der Anwender vorteilhafter Weise die Möglichkeit, selbst zu bestimmen, wie weit der
Horizontzeitpunkt in der Zukunft liegen soll. Mit anderen Worten kann der Anwender des elektrischen Energiespeichers selbst bestimmen, wie viele Schnellladezyklen unter Verwendung des zu verwendenden Schnellladeprofils durchgeführt werden müssen, bis der erfasste Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers wieder mit dem aus dem erwarteten Alterungsverlauf ermittelten Alterungszustand übereinstimmt. Durch die Auswahl der Anzahl an zu verwendeten Schnellladezyklen hat der Anwender des elektrischen
Energiespeichers somit direkt die Möglichkeit auszuwählen, wie lange Schnellladevorgange unter Verwendung des zu verwendenden Schnellladeprofils in Zukunft dauern, da ein direkter Zusammenhang zwischen einer Dauer eines Schnellladevorgangs und einem positiven Effekt auf den Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers gegeben ist. Die zur Verfügung stehenden Schnellladeprofile können dabei in vorteilhafter Ausgestaltung identisch mit der Vielzahl von hinterlegten Schnellladeprofilen sein.
Vorteilhaft ist, dass dem Anwender des elektrischen Energiespeichers vor der Auswahl des zu verwendenden Schnellladeprofils der Horizontzeitpunkt oder eine mit dem Horizontzeitpunkt korrelierende Auswahlinformation der zur Verfügung stehenden Schnellladeprofile angezeigt wird. Der Horizontzeitpunkt der zur Verfügung stehenden Schnellladeprofile ist dabei der Zeitpunkt, zu dem davon auszugehen ist, dass der erfasste Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers durch Anwendung der zu verwendenden Schnellladeprofile wieder dem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll- Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers entspricht. Eine
korrelierende Auswahlinformation kann dabei jede Größe sein, die mit dem Horizontzeitpunkt korreliert, beispielsweise der individuelle Einfluss eines Schnellladeprofils auf den Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers oder, da hier eine physikalische Korrelation gegeben ist, die Dauer eines vollständigen Schnellladevorgangs unter Verwendung des jeweiligen
Schnellladeprofils.
Vorteilhafter Weise umfasst der elektrische Energiespeicher eine Batterie eines Elektrofahrzeugs, da das vorgestellte Verfahren insbesondere zum Betrieb einer Lithium-Ionen-Batterie eines Elektrofahrzeugs geeignet ist.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des
erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer
Recheneinheit abläuft. Bei der Recheneinheit kann es sich beispielsweise um eine Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers wie beispielsweise ein Batteriemanagementsystem (BMS) einer Batterie handeln. Vorteilhafter Weise werden im Rahmen des vorgestellten Verfahrens
Schnellladeprofile verwendet, die zuvor in einem Labor ermittelt wurden.
Alternativ zur Betrachtung des Alterungszustands des elektrischen
Energiespeichers kann auch ein Alterungsgradient, also auch eine Änderung des Alterungszustands pro Zeiteinheit des elektrischen Energiespeichers betrachtet und als Grundlage des vorgestellten Verfahrens verwendet werdet werden.
Ebenso ist es denkbar, das vorgestellte Verfahren nicht unter Verwendung von definierten Zeitpunkten wie beispielsweise einem Horizontzeitpunkt
durchzuführen, sondern als Bezugssystem eine Gesamtladungsmenge zu verwenden, die durch den elektrischen Energiespeicher geflossen ist. Ebenso kann als Bezugssystem eine Gesamtanzahl von Ladevorgängen des elektrischen Energiespeichers verwendet werden.
Bei dem Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers kann es sich beispielsweise um einen State-of-Health-of-Capacity (SOHc) handeln, insbesondere dann, wenn es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine Batterie handelt. Verfahren zur Bestimmung des SOHc sind hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt.
Vorteilhafter Weise wird das vorgestellte Verfahren unter Verwendung eines Alterungscontrollers durchgeführt, wobei es sich bei dem Alterungscontroller beispielsweise um ein Softwaremodul handeln kann. Mit Hilfe des
Alterungscontrollers kann ein Degradationsfaktor (DegFac) bestimmt werden, der zur Reduktion der Alterung des elektrischen Energiespeichers verwendet wird. Der Degradationsfaktor berechnet sich dabei wie folgt:
DegFac =
Figure imgf000007_0001
SOH bezeichnet dabei den Stat-of- Health, also ein Maß für die Alterung des elektrischen Energiespeichers. QHOR bezeichnet einen Ladungsdurchsatz, der während der gesamten Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers konstant ist. Der Ladungsdurchsatz QHOR ist das Produkt aus Alterungsgradient und einem Alterungshorizont. Der Alterungshorizont ist die Differenz zweier State-of- Health Werte zu verschiedenen Zeitpunkten. Mit dem Index mess sind Messgrößen bezeichnet. Mit dem Index esf sind Schätzgrößen bezeichnet. AGsoii bezeichnet einen für den elektrischen Energiespeicher zu erwartenden Alterungsgradienten, wobei gilt:
Figure imgf000008_0001
Qmax ist der Ladungsdurchsatz über die Lebensdauer des elektrischen
Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie vom Begin der erwarteten Lebensadauer (BOL) bis zum Ende der erwarteten Lebensdauer (EOL). Ein aktueller Alterungsgradient AGest bestimmt sich als Quotine t aus gemessenem Ladungsdurchsatz und gemessenem Kapazitätsverlust gemäß:
Figure imgf000008_0002
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher vorgestellt. Dabei zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs;
Figur 2 eine schematische Darstellung des jeweiligen Einflusses von verschiedenen Schnellladeprofilen auf das Alterungsverhalten eines elektrischen Energiespeichers;
Figur 3 eine schematische Darstellung der Wirkung der Anwendung eines zu verwendenden Schnellladeprofils auf den Alterungs zustand des elektrischen Energiespeichers;
Figur 4 ein schematischer Ablauf eines Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs (10), das einen Elektromotor (17) sowie einen elektrischen Energiespeicher (12) umfasst. Der elektrische Energiespeicher (12) umfasst eine Speicherzelle (14) sowie eine Steuereinheit (16). Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln. Das vorgestellte
Verfahren eignet sich insbesondere zum Betrieb einer Batterie eines
Elektrofahreugs.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des jeweiligen Einflusses von verschiedenen Schnellladeprofilen auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12). Mit dem Bezugszeichen 20 ist dabei eine
Alterungszustandsachse bzw. eine State-of-Health-Achse bezeichnet, wobei ein niedriger Wert auf der Alterungszustandsachse einer hohen Alterung entspricht. Mit dem Bezugszeichen 22 ist eine Zeitachse bezeichnet. Alternativ kann es sich bei der Achse 22 auch um eine Ladungsachse, auf der eine kumulierte
Gesamtladung, die im Laufe der Lebensdauer durch den elektrischen
Energiespeicher (12) fließt, aufgetragen ist. Alternativ kann es sich bei der Achse 22 um eine Ladezyklenachse handeln, auf der eine Summe von durchgeführten bzw. durchzuführenden Ladezyklen des elektrischen Energiespeichers (12) aufgetragen ist.
Ein erstes Schnellladeprofil (24) hat einen ersten Einfluss auf das
Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12). Wie in Figur 2 gezeigt, verringert sich der State-of- Health im Laufe der Zeit. Ein zweites Schnellladeprofil (25) hat einen zweiten Einfluss auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12). Ein drittes Schnellladeprofil (26) hat einen dritten Einfluss auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12). Ein viertes Schnellladeprofil, das einem Standardschnellladeprofil entspricht, hat einen vierten Einfluss auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12). Wie in Figur 2 zu sehen ist, ist der Einfluss des Standard- Schnellladeprofils (27) so, dass unter Verwendung des Standard- Schnellladeprofils für Schnellladevorgänge des elektrischen Energiespeichers (12) ein niedriger State-of- Health (SOH) zu einem relativ frühen Zeitpunkt erreicht wird, wohingegen unter Verwendung beispielsweise des ersten Schnellladeprofils (24) der gleiche State-of- Health (SOH) zu einem späteren Zeitpunkt erreicht werden würde.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkung der Anwendung eines zu verwendenden Schnellladeprofils auf den Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12). Mit dem Bezugszeichen 30 ist wieder eine Alterungszustandsachse bzw. eine State-of-Health-Achse bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 32 ist wieder eine Zeitachse bzw. eine Ladungsachse bzw. eine Ladezyklenachse bezeichnet. Die Funktion 34 illustriert einen erwarteten Alterungsverlauf, d. h. eine Abnahme des State-of- Health des elektrischen Energiespeichers (12) bei fortschreitender Zeit. Zu einem ersten Zeitpunkt (38) wird im in Figur 3 illustrierten Beispiel der tatsächliche Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) erfasst. Hierbei wird ein State-of- Health ermittelt, der dem Ausgangspunkt der mit den Bezugszeichen 35 und 36 versehenen Pfeile entspricht. Der zum ersten Zeitpunkt (38) ermittelte State-of- Health des elektrischen Energiespeichers (12) liegt dabei unterhalb des anhand des erwarteten Alterungsverlaufs (34) bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12), die dem Wert des erwarteten
Alterungsverlaufs (34) zum ersten Zeitpunkt (38) entspricht.
Ein weiterer Betrieb des elektrischen Energiespeichers unter Verwendung des Standard-Schnellladeprofils (27) würde zu einem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) zum Horizontzeitpunkt (39) führen, der einem Endpunkt des mit Bezugszeichen 35 bezeichneten Pfeiles entspricht. D. h. ein Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichers (12) unter Verwendung des Standard-Schnellladeprofils (27) würde dazu führen, dass zum Horizontzeitpunkt (39) immer noch eine Abweichung zwischen erfasstem Alterungszustand und Soll-Alterungszustand, der dem Wert des erwarteten Alterungsverlaufs (34) zum Horizontzeitpunkt (39) entspricht, vorhanden ist. Unter Verwendung eines zu verwendenden Schnellladeprofils, bei dem es sich beispielsweise um das erste Schnellladeprofil (24) handeln kann, kann sichergestellt werden, dass zum Horizontzeitpunkt (39) der erfasste Alterungszustand des elektrischen
Energiespeichers (12) wieder dem erwarteten Alterungsverlauf (34) zum
Horizontzeitpunkt (39) entspricht. Dies ist möglich, da der Einfluss des zu verwendenden Schnellladeprofils, z.B. des ersten Schnellladeprofils (24) auf das Alterungsverhalten des elektrischen Energiespeichers (12) geringer ist als der Einfluss des Standard-Schnellladeprofils (27).
Figur 4 zeigt einen schematischen Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ausführungsbeispiel startet mit Schritt 100, in dem ein Schnellladevorgang initiiert wird. Die Initiierung eines
Schnellladevorgangs des elektrischen Energiespeichers (12), bei dem es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie eines Elektrofahrzeugs (10) handeln kann, kann beispielsweise durch Verbindung des elektrischen
Energiespeichers (12) mit einer Schnellladesäule oder durch Betätigung eines entsprechenden Betätigungselements erfolgen. Im Anschluss an Schritt 100 folgt Schritt 110.
In Schritt 110 wird überprüft, ob das zu verwendende Schnellladeprofil kürzlich geändert wurde. Bei einer kürzlichen Änderung kann es sich beispielsweise um eine Änderung handeln, die innerhalb eines zurückliegenden Intervalls von wenigen, vorgebbaren Schnellladezyklen erfolgt ist. Beispielsweise kann überprüft werden, ob ein aktuell hinterlegtes Schnellladeprofil bereits zehn Mal für einen Schnellladevorgang verwendet wurde. Ergibt die Prüfung im Rahmen von Schritt 110, dass das Schnellladeprofil kürzlich geändert wurde, folgt Schritt 150 auf Schritt 110. Ergibt die Prüfung im Rahmen von Schritt 110, dass das Schnellladeprofil kürzlich nicht geändert wurde, also beispielsweise, dass ein hinterlegtes Schnellladeprofil bereits für zehn Schnellladezyklen verwendet wurde, so folgt Schritt 120.
In Schritt 120 wird der Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) erfasst. Hierfür kann beispielsweise der State-of- Health des elektrischen
Energiespeichers (12) gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermittelt werden. Im Rahmen von Schritt 120 wird außerdem der Soll- Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) zum aktuellen
Zeitpunkt bestimmt. Hierfür wird der erwartete Alterungsverlauf (34) des elektrischen Energiespeichers (12) zum aktuellen Zeitpunkt ausgewertet. Im Anschluss an Schritt 120 folgt Schritt 130. In Schritt 130 erfolgt ein Vergleich des in Schritt 120 erfassten Alterungszustands des elektrischen Energiespeichers (12) und des in Schritt 120 bestimmten Soll- Alterungszustands des elektrischen Energiespeichers (12). Ergibt dieser
Vergleich eine Abweichung, die größer als eine vorgebbare Toleranz ist, folgt Schritt 140 auf Schritt 130. Ergibt der Vergleich keine Abweichung, die größer als eine vorgebbare Toleranz ist, so folgt Schritt 100 auf Schritt 130.
In Schritt 140 werden einem Anwender des elektrischen Energiespeichers (12), bei dem es sich insbesondere um die Lithium-Ionen-Batterie eines
Elektrofahrzeugs (10) handeln kann, verschiedene Schnellladeprofile sowie mit dem Horizontzeitpunkt korrelierende Auswahlinformationen für die verschiedenen Schnellladeprofile zur Anzeige gebracht. Bei den mit dem Horizontzeitpunkt korrelierenden Auswahlinformationen kann es sich insbesondere um eine Anzahl an Schnellladevorgängen handeln, die mit dem jeweiligen Schnellladeprofil durchgeführt werden müssen, um den erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) wieder mit dem Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) in Deckung zu bringen. Bei den mit dem Horizontzeitpunkt (39) korrelierenden Auswahlinformationen kann es sich beispielsweise auch um die Dauer eines Schnellladevorgangs handeln, die unter Verwendung eines jeden Schnellladeprofils für ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers (12) benötigt wird. Der Anwender des elektrischen
Energiespeichers (12) wählt anschließend ein ihm angezeigtes Schnell- Ladeprofil aus. In alternativer Ausgestaltung erfolgt die Auswahl des
Schnellladeprofils im Rahmen von Schritt 140 nicht durch einen Anwender, sondern durch eine Recheneinheit, die das Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt. Im Anschluss an Schritt 140 folgt Schritt 150.
In Schritt 150 wird das in Schritt 140 ausgewählte Schnellladeprofil in einem Speicher hinterlegt und anschließend ein Schnellladevorgang unter Verwendung des neu hinterlegten Schnellladeprofils durchgeführt. Wurde im Rahmen von Schritt 150 kein Schnellladeprofil neu hinterlegt, so wird unter Anwendung eines bereits gespeicherten Schnellladeprofils der Schnellladevorgang durchgeführt. Durch das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers (12), bei dem es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln kann, erhöht werden. Eine Überbeanspruchung des elektrischen Energiespeichers (12) durch zu häufiges Schnellladen wird mittels des vorgestellten Ausführungsbeispiels des
erfindungsgemäßen Verfahrens erkannt und durch Verwendung eines geeigneten Schnellladeprofils kompensiert. Eine spezifizierte Lebenserwartung des elektrischen Energiespeichers (12) wird somit eingehalten. Besonders vorteilhaft ist, dass das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzliche Hardware erfordert, sondern lediglich durch
Verwendung geeigneter Software implementiert werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (12), dessen Alterungsverhalten mittels eines erwarteten Alterungsverlaufs (34) abgeschätzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zu verwendendes Schnellladeprofil des elektrischen Energiespeichers (12) in Abhängigkeit eines Vergleichs zwischen einem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers und einem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen
Energiespeichers ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des zu verwendenden Schnellladeprofils erfolgt, indem das zu verwendende
Schnellladeprofil aus einer Vielzahl von hinterlegten Schnellladeprofilen, die sich bezüglich ihres Einflusses auf das Alterungsverhalten des elektrischen
Energiespeichers unterscheiden, ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verwendende Schnellladeprofil derart ermittelt wird, dass eine zukünftige Abweichung zwischen dem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) und dem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs (34) bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) geringer ist, als eine zugehörige Abweichung zwischen dem erfassten Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) und dem mittels des erwarteten Alterungsverlaufs (34) bestimmten Soll-Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12), die bei Verwendung eines Standard- Schnellladeprofils (27) zu erwarten ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verwendende Schnellladeprofil derart ermittelt wird, dass der zu einem in der Zukunft liegenden Horizontzeitpunkt (39) erfasste Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers mit einem zugehörigen, aus dem erwarteten Alterungsverlauf (34) ermittelten Alterungszustand übereinstimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anwender des elektrischen Energiespeichers (12) das zu verwendende Schnellladeprofil aus einer Auswahl an zur Verfügung stehenden Schnellladeprofilen auswählen kann.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anwender des elektrischen Energiespeichers (12) vor der Auswahl des zu verwendenden Schnellladeprofils der Horizontzeitpunkt (39) oder eine mit dem Horizontzeitpunkt (39) korrelierende Auswahlinformation der zur Verfügung stehenden Schnellladeprofile angezeigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der elektrischen Energiespeicher (12) eine Batterie eines Elektrofahrzeugs (10) umfasst.
8. Vorrichtung, eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer
Recheneinheit abläuft.
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