WO2018228806A1 - Method and apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell - Google Patents
Method and apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018228806A1 WO2018228806A1 PCT/EP2018/063880 EP2018063880W WO2018228806A1 WO 2018228806 A1 WO2018228806 A1 WO 2018228806A1 EP 2018063880 W EP2018063880 W EP 2018063880W WO 2018228806 A1 WO2018228806 A1 WO 2018228806A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- energy storage
- cell
- storage cell
- anode
- cathode
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 210000000352 storage cell Anatomy 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 86
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 23
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 12
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 26
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 8
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 8
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
- H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
- H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Definitions
- the present invention relates to a method and a device for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell.
- Energy storage cells used for the battery packs that serve as electrical energy storage for the drive train.
- Lithium-ion battery cells are known to comprise a negative electrode (anode), a positive electrode (cathode), a lithium ion permeable separator disposed between the anode and cathode, and a liquid electrolyte.
- the anode and the cathode are each further electrically connected to a current conductor.
- the anode and the cathode of a lithium-ion battery cell each consist of or contain active material.
- active material lithium ions intercalate into the active anode material; during the discharge process, the lithium ions deintercalate again.
- the active cathode material the opposite action takes place.
- Electrodes are often referred to as intercalation electrodes.
- the cathode is often a mixed oxide.
- Lithium plating leads to an increased degradation of the battery cell (if that
- metallic lithium reacts with the electrolyte or loses electrical contact, it is no longer available for further charging and discharging; only if the metallic lithium is still electrically connected, it can continue to intercalate or re-oxidize during discharge) and it is also discussed in the literature, an impact on the safety of the battery cell. For these reasons, lithium plating must be avoided when charging a lithium-ion battery cell.
- the charging current strength map is determined in advance experimentally or simulatively. As an application, a full charge was chosen.
- the maximum charge state permitted by the system with the maximum charge current determined according to this disclosure maximizes the lithium ion concentration gradients in the active material and in the electrolyte. For this reason, the full charge of a battery cell from the lowest to the highest state of charge is the most critical application.
- the battery In motor vehicles with a (partial) electric drive train, the battery is not only charged via the mains, but it is also when driving
- the battery cells are thus briefly recharged while driving, usually after a discharge phase (positive acceleration and holding the speed) (during a braking operation or a negative acceleration).
- electrochemical energy storage cell can be charged with a maximum, not to lithium plating leading performance, both in the driving and in the
- the proposed electrochemical energy storage cell (battery cell) with an anode and a cathode, wherein during the charging process, an electric charging current (/) is fed into the energy storage cell.
- the method is characterized in that the electrical charging current (/) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage (U ceU (t)) is less than or equal to the (metal ion) concentration- dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode (0j (x pos , t) vs. Me / Me n + ) to avoid an electrochemical reaction at the anode.
- the method is characterized in particular by the fact that a rechargeable electrochemical energy storage cell (battery cell) with a maximum, not leading to increased damage by deposition of metallic lithium on the surface of the particles of the anode (lithium plating) leading load in driving and mains operation can be, without this, a calculation of the anode potential is required.
- recuperative charging pulse can thus be selected to be higher than the charging current intensity map according to the published patent application DE 10 201 6 007 479 A1 would allow for the same (local) state of charge and the same (local) temperature.
- a suitable (digital) computing device is to be provided with (a) memory device (s) in order to provide the parameters necessary for the respective model used.
- the electrical charging current (I) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage ( is less than or equal to the sum (U C h (t)) that is formed from the
- concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode vs. Me / Me n + ) and at least one other addend, which represents an overvoltage, preferably the reaction overvoltage at the cathode ⁇ + (x pos , t)) and / or the
- the calculation of the voltage quantities by the cell model (in addition to the cell current) is performed as a
- Input a vector with at least one measured temperature (7) of the rechargeable electrochemical energy storage cell, optionally with an
- the temperature (7) is not homogeneous due to the cell design and / or cooling, but there are warmer and colder areas. Due to the strongly temperature-dependent electrical and ionic conductivities of the materials installed in a battery cell, it follows that the current density in a battery cell is likewise not homogeneous. This results in different states of charge within the battery cell. The method should therefore be carried out in an advantageous manner taking into account the local charge states and the current density distribution.
- the method can advantageously be carried out using at least one simplifying model approach, for example when carrying out the method in a motor vehicle.
- Simplifying model approaches are known to the person skilled in the art and are encompassed by the present invention.
- the charging current is determined in accordance with the above disclosed method according to the invention or one of its advantageous developments and additionally an empirically or simulatively determined parameter is subtracted from the cell voltage determined by the cell model in order to obtain a model error of the
- the method is carried out with a rechargeable electrochemical energy storage cell which is only partially discharged;
- the method is carried out with a lithium-ion energy storage cell
- the method is carried out with a lithium-ion energy storage cell with a graphite anode;
- the aging of the rechargeable electrochemical energy storage cell is tracked by an adaptation of the age-dependent model parameters over the service life of the rechargeable electrochemical energy storage cell;
- Series connection of one or more parallel connected rechargeable electrochemical energy storage cells is performed, in particular with a battery with lithium-ion energy storage cells, preferably with a battery with lithium-ion energy storage cells, each containing a graphite anode.
- an apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell having an anode and a cathode the apparatus being characterized in that it is designed to regulate the charging current (/) by means of a cell model in such a way that the cell voltage (t / cell (t)) less than or equal to the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode ( ⁇ ( ⁇ 5 , t) vs. Me / Me n + ) in order to avoid an electrochemical reaction at the anode.
- the device can also be set up in an advantageous manner to be able to carry out one of the advantageous developments of the method.
- FIG. 2 is a schematic representation of an exemplary device (of an exemplary control loop) for carrying out the method according to the invention or one of its advantageous developments.
- the simplified model of the battery cell 6 consists of an anode 1 of length n , a separator 2 of length L Sep and a cathode 3 of length
- the current conductors at the anode 1 and the cathode 3 are assumed to be ideally conducting and omitted in this approach.
- the two electrodes 1, 3 are made of porous active material, so that there is at each location x in the electrodes 1, 3 and at any time t in the solid state the potential ⁇ 5 ( ⁇ , t) and im
- Electrolytes the potential ⁇ ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) is given. In the area of the separator 2, only the potential in the electrolyte ⁇ ⁇ ( ⁇ , ⁇ ) exists. All sizes in the anode 1 are identified for clarity with a superscript minus (eg. 0 s ⁇ (x, t)) and all sizes in the cathode 3 with a superscript Plus (eg, 0 s + (x, t)) , Furthermore, overvoltages will occur
- Cover layers such as e.g. neglected the solid electrolyte interphase (SEI) of the anode 1 and the influence of electrochemical double layers. These simplifications have no influence on the validity and feasibility of the solution according to the invention.
- SEI solid electrolyte interphase
- the cathode potential at the cathode particle and electrolyte interface at position x pos is calculated as:
- ⁇ £ is the potential of the cathode material versus Li / Li + as a function of the concentration of lithium ions on the particle surface and ⁇ + the Reaction overvoltage for charge transfer. This is positive at the cathode 3 in the case of a charge of the battery cell 6.
- the cell voltage of the battery cell 6 must therefore be controlled by a corresponding setting of the charging current such that it is less than or equal to the
- concentration-dependent electrochemical potential of the cathode material based on the electrochemical potential of the metal reference electrode advantageously less than or equal to the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode material based on the electrochemical potential of
- Metal reference electrode plus at least one overvoltage in the illustrated example of the reaction overvoltage at the cathode 3 and / or
- Control unit of a motor vehicle are calculated.
- Graphite electrode is that the modeling of the diffusion in the graphite particles is significantly more complex than in the case of the present mixed on the cathode side mixed oxides.
- ⁇ (x pos , t) can match the existing model approaches with a better
- Accuracy can be calculated as the concentration-dependent electrochemical potential of the anode (ö (x, t), which is needed to calculate the anode potential ⁇ (. ⁇ > .
- Fig. 2 shows schematically an exemplary device 4 (a control circuit 4) for
- Carrying out the method according to the invention as can be used, for example, in a motor vehicle for the charging of a battery cell 6.
- a maximum cell voltage L / ma x is specified by the manufacturer, which may not be exceeded during a charge of the battery cell 6. For this reason, the minimum (min) between this upper limit voltage U ma x and the quantity U ch (t) calculated by the cell model 7 must be formed in the vehicle. The result is a maximum nominal voltage.
- the difference to the actual cell voltage is the input variable for a controller 5, which has a maximum charging current / ma x as manipulated variable as the output signal. This value can be reduced by a further minimum education (min) as the maximum charging current l ma x must be limited, for example, to prevent other damage mechanisms in addition to lithium plating.
- the desired torque of the drive for speed reduction for example from the energy management system of the Motor vehicle is converted into a charging current, or limit the maximum charging current of the charger or the charging station.
- the result is a maximum charging current with which the battery cell 6 can be charged without damaging lithium plating.
- the method and the device 4 according to the present invention are also applicable to a direct parallel connection of a plurality of battery cells 6.
- the cell model 7 in this case only the changed thermal and electrical
- a maximum voltage U ch (t) must be calculated for each battery cell unit separately by a cell model 7, as described above.
- the controller 5 must then ensure that no battery cell unit exceeds the maximum voltage due to an excessively high charging current.
- Intercalation electrode are stored in the ions during charging, applicable.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
The invention relates to a method for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell (6) having an anode (1) and a cathode (3), wherein an electrical charging current (I) is fed into the energy storage cell (6) during the charging operation, wherein the electrical charging current (I) is controlled in such a manner that the cell voltage (U cell(t)) is less than or equal to the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode (ϕ+ (ϰpos t) vs.Me/Men+) in order to avoid an electrochemical reaction at the anode (1). The present invention also relates to an apparatus (4) for carrying out the method.
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Method and device for charging a rechargeable electrochemical
Energiespeicherzelle Energy storage cell
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle. The present invention relates to a method and a device for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell.
Bei Kraftfahrzeugen mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang (etwa Hybrid-, Plug-in- Hybrid und rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge) werden derzeit fast ausschließlich Lithium-Ionen-Batteriezellen als wiederaufladbare elektrochemische In motor vehicles with a (partial) electric drive train (such as hybrid, plug-in hybrid and purely electrically powered vehicles) are currently almost exclusively lithium-ion battery cells as rechargeable electrochemical
Energiespeicherzellen (im nachfolgenden oftmals als Batteriezellen bezeichnet) für die Batteriepacks verwendet, die als elektrischer Energiespeicher für den Antriebsstrang dienen. Energy storage cells (hereinafter often referred to as battery cells) used for the battery packs that serve as electrical energy storage for the drive train.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen bekanntermaßen eine negative Elektrode (Anode), eine positive Elektrode (Kathode), einen zwischen Anode und Kathode angeordneten, für Lithium-Ionen durchlässigen Separator sowie einen flüssigen Elektrolyten auf. Die Anode und die Kathode sind weiter jeweils elektrisch leitend mit einem Stromableiter verbunden. Lithium-ion battery cells are known to comprise a negative electrode (anode), a positive electrode (cathode), a lithium ion permeable separator disposed between the anode and cathode, and a liquid electrolyte. The anode and the cathode are each further electrically connected to a current conductor.
Die Anode und die Kathode einer Lithium-Ionen-Batteriezelle bestehen jeweils aus oder enthalten Aktivmaterial. Bei einem Ladevorgang interkalieren Lithium-Ionen in das aktive Anodenmaterial, beim Entladevorgang deinterkalieren die Lithium-Ionen wieder. Bei dem aktiven Kathodenmaterial findet der jeweils gegenläufige Vorgang statt. Derartige The anode and the cathode of a lithium-ion battery cell each consist of or contain active material. During a charging process, lithium ions intercalate into the active anode material; during the discharge process, the lithium ions deintercalate again. In the case of the active cathode material, the opposite action takes place. such
Elektroden werden oftmals auch als Interkalations-Elektroden bezeichnet. Electrodes are often referred to as intercalation electrodes.
Für die Anode wird zum derzeitigen Stand der Technik als Aktivmaterial hauptsächlich Graphit verwendet, bei der Kathode handelt es sich oftmals um ein Mischoxid. For the anode, graphite is mainly used as the active material in the current state of the art, the cathode is often a mixed oxide.
Ein Grund für den Einsatz von Graphit als Anodenmaterial ist, dass das elektrochemische Potential von geladenem Graphit gegenüber metallischem Lithium sehr gering ist. Somit ist die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und negativen Elektrode nahe dem energetischen Optimum einer metallischen Lithium Anode. Die geringe Potentialdifferenz
von lithiiertem Graphit zu metallischem Lithium ist aber mit dem Nachteil verbunden, dass es bei der Zuführung von positiver Ladeleistung zu einer Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Graphitpartikel kommen kann, dem sog. Lithium-Plating. One reason for using graphite as the anode material is that the electrochemical potential of charged graphite is very low compared to metallic lithium. Thus, the voltage difference between the positive and negative electrodes is close to the energetic optimum of a metallic lithium anode. The small potential difference from lithiated graphite to metallic lithium, however, has the disadvantage that when positive charging power is supplied, deposition of metallic lithium on the surface of the graphite particles can occur, the so-called lithium plating.
Lithium-Plating führt zu einer erhöhten Degradation der Batteriezelle (falls das Lithium plating leads to an increased degradation of the battery cell (if that
abgeschiedene, metallische Lithium mit dem Elektrolyten reagiert oder den elektrischen Kontakt verliert, steht es nicht mehr für die weiteren Lade- und Entladevorgänge zur Verfügung; nur falls das metallische Lithium noch elektrisch angebunden ist, kann es weiter interkalieren oder beim Entladen wieder oxidieren) und es wird in der Literatur auch ein Einfluss auf die Sicherheit der Batteriezelle diskutiert. Aus diesen Gründen muss Lithium-Plating beim Laden einer Lithium-Ionen-Batteriezelle vermieden werden. deposited, metallic lithium reacts with the electrolyte or loses electrical contact, it is no longer available for further charging and discharging; only if the metallic lithium is still electrically connected, it can continue to intercalate or re-oxidize during discharge) and it is also discussed in the literature, an impact on the safety of the battery cell. For these reasons, lithium plating must be avoided when charging a lithium-ion battery cell.
Aus der DE 10 2016 007 479 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, um eine Batteriezelle mit einem hohen Ladestrom in möglichst kurzer Zeit zu laden, ohne dass es dabei zu Lithium-Plating kommt. Bei dem Verfahren gemäß der genannten From DE 10 2016 007 479 A1, a method and a device are known in order to charge a battery cell with a high charging current in the shortest possible time, without resulting in lithium plating. In the method according to said
Offenlegungsschrift wird der Ladestrom aus einem Ladestromstärkenkennfeld in Offenlegungsschrift is the charging current from a charging current intensity map in
Abhängigkeit des (lokalen) Ladezustands und der (lokalen) Temperatur der Batteriezelle berechnet. Das Ladestromstärkenkennfeld wird im Vorhinein experimentell oder simulativ bestimmt. Als Anwendungsfall wurde eine vollständige Aufladung gewählt. Depending on the (local) state of charge and the (local) temperature of the battery cell calculated. The charging current strength map is determined in advance experimentally or simulatively. As an application, a full charge was chosen.
Während eines Ladevorgangs vom tiefsten vom System (Fahrzeug / Batterie) During a charging process from the deepest of the system (vehicle / battery)
zugelassenen Ladezustand zum höchsten vom System zugelassenen Ladezustand mit dem gemäß dieser Offenlegungsschrift bestimmten maximalen Ladestrom werden die Lithium-Ionen-Konzentrationsgradienten im Aktivmaterial und im Elektrolyten am größten. Aus diesem Grund stellt die vollständige Ladung einer Batteriezelle vom tiefsten zum höchsten Ladezustand den kritischsten Anwendungsfall dar. The maximum charge state permitted by the system with the maximum charge current determined according to this disclosure maximizes the lithium ion concentration gradients in the active material and in the electrolyte. For this reason, the full charge of a battery cell from the lowest to the highest state of charge is the most critical application.
Bei Kraftfahrzeugen mit einem (teil-)elektrischen Antriebsstrang wird die Batterie aber nicht nur über das Stromnetz geladen, sondern es wird auch im Fahrbetrieb In motor vehicles with a (partial) electric drive train, the battery is not only charged via the mains, but it is also when driving
Bremsenergie in Form von positiver Leistung in die Batterie zurückgespeist (sog. Braking energy in the form of positive power fed back into the battery (so-called.
Rekuperation). Die Batteriezellen werden im Fahrbetrieb also kurzzeitig, meistens nach einer Entladephase (positive Beschleunigung und Halten der Geschwindigkeit), teilweise wieder geladen (bei einem Bremsvorgang bzw. einer negativen Beschleunigung). Recuperation). The battery cells are thus briefly recharged while driving, usually after a discharge phase (positive acceleration and holding the speed) (during a braking operation or a negative acceleration).
Für derartige Ladevorgänge ist das aus der DE 10 2016 007 479 A1 bekannte Verfahren nicht optimal.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine wiederaufladbare, For such charging processes, the method known from DE 10 2016 007 479 A1 is not optimal. Against this background, it is an object of the present invention to provide a method and a device with which a rechargeable,
elektrochemische Energiespeicherzelle mit einer maximalen, nicht zu Lithium-Plating führenden Leistung geladen werden kann, und dies sowohl im Fahr- als auch im electrochemical energy storage cell can be charged with a maximum, not to lithium plating leading performance, both in the driving and in the
Netzbetrieb. Network operation.
Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die These objects are achieved by the method according to claim 1 and the
Vorrichtung gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche. Apparatus according to claim 9. Advantageous developments of the method and the device are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren According to the invention, a method for charging a rechargeable
elektrochemischen Energiespeicherzelle (Batteriezelle) mit einer Anode und einer Kathode vorgeschlagen, wobei während des Ladevorgangs ein elektrischer Ladestrom (/) in die Energiespeicherzelle eingespeist wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Ladestrom (/) mittels eines Zellmodells derart geregelt wird, dass die Zellspannung (UceU (t)) kleiner oder gleich dem (Metallionen-)konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (0j(xpos, t) vs. Me/Men+) ist, um eine elektrochemische Reaktion an der Anode zu vermeiden. proposed electrochemical energy storage cell (battery cell) with an anode and a cathode, wherein during the charging process, an electric charging current (/) is fed into the energy storage cell. The method is characterized in that the electrical charging current (/) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage (U ceU (t)) is less than or equal to the (metal ion) concentration- dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode (0j (x pos , t) vs. Me / Me n + ) to avoid an electrochemical reaction at the anode.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicherzelle (Batteriezelle) mit einer maximalen, nicht zu einer erhöhten Schädigung durch Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Partikel der Anode (Lithium-Plating) führenden Leistung im Fahr- und Netzbetrieb geladen werden kann, ohne dass hierzu eine Berechnung des Anodenpotentials erforderlich ist. The method is characterized in particular by the fact that a rechargeable electrochemical energy storage cell (battery cell) with a maximum, not leading to increased damage by deposition of metallic lithium on the surface of the particles of the anode (lithium plating) leading load in driving and mains operation can be, without this, a calculation of the anode potential is required.
Bei dem eingangs erwähnten Verfahren gemäß der Offenlegungsschrift DE 1 0 201 6 007 479 A1 ist es zur Ermittlung der maximalen Ladeleistung, bei der noch keine Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anode eintritt, erforderlich, das Anodenpotential (etwa mittels eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug) zu berechnen. Eine in einem In the method mentioned in the opening paragraph DE 1 0 201 6 007 479 A1, it is necessary to determine the maximum charging power at which no deposition of metallic lithium still occurs on the anode, the anode potential (for instance by means of a control unit in a motor vehicle). to calculate. One in one
Kraftfahrzeug erfolgende, genaue, über die Alterung der Batteriezellen korrekte Motor vehicle, accurate, correct on the aging of the battery cells
Berechnung des Anodenpotentials durch ein physikalisch-elektrochemisches Zellmodell ist nach Wissensstand der Erfinder jedoch derzeit in einem Serienprodukt sowohl
technisch als auch wirtschaftlich nicht oder nur mit erheblichem Aufwand umsetzbar. Dieser Nachteil wird durch die vorliegende Erfindung überwunden. However, to the knowledge of the inventors, computation of the anode potential by a physico-electrochemical cell model is currently both in a series product technically and economically not feasible or only with considerable effort. This disadvantage is overcome by the present invention.
Wie oben bereits erwähnt, findet vor einem Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation in aller Regel ein (kurzzeitiger) Entladevorgang statt. Diese vorangehende Entladung führt dazu, dass die Konzentration an Lithium-Ionen an der Oberfläche der Graphitpartikel geringer ist als die mittlere Lithium-Ionen-Konzentration der Partikel. Der Ladestrom eines rekuperativen Ladepulses kann somit höher gewählt werden, als das Ladestromstärkenkennfeld gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 201 6 007 479 A1 für den gleichen (lokalen) Ladezustand und der gleichen (lokalen) Temperatur zulassen würde. As already mentioned above, before charging a battery of a motor vehicle by means of recuperation usually a (short-term) discharge takes place. This previous discharge causes the concentration of lithium ions on the surface of the graphite particles to be less than the average lithium ion concentration of the particles. The charging current of a recuperative charging pulse can thus be selected to be higher than the charging current intensity map according to the published patent application DE 10 201 6 007 479 A1 would allow for the same (local) state of charge and the same (local) temperature.
Dies gilt auch für Ladevorgänge, die bei einem höheren als dem tiefsten Ladezustand, also in einem teilentladenen Zustand der Batteriezelle gestartet werden. Auch hier ist der maximale nicht zu Lithium-Plating führende Ladestrom aufgrund der geringeren Lithium- Ionen-Konzentration an der Oberfläche der Graphitpartikel und dem geringeren This also applies to charging operations that are started at a higher than the lowest state of charge, ie in a partially discharged state of the battery cell. Again, the maximum charge current not leading to lithium plating is due to the lower lithium ion concentration at the surface of the graphite particles and the lower
Konzentrationsgradienten im Elektrolyten bei dem entsprechenden Ladezustand höher als das Ladestromstärkenkennfeld aus der Offenlegungsschrift DE 1 0 2016 007 479 A1 für den gleichen (lokalen) Ladezustand und der gleichen (lokalen) Temperatur zulassen würde. Concentration gradient in the electrolyte at the corresponding state of charge higher than the charge current intensity map from the published patent DE 1 0 2016 007 479 A1 for the same (local) state of charge and the same (local) temperature would allow.
Bezüglich des verwendeten bzw. verwendbaren Zellmodells bestehen keine besonderen Einschränkungen und es können bspw. bekannte elektrische, physikalischelektrochemische Modelle, in der Komplexität vereinfachte Modelle bspw. durch eine mathematische Modellordnungsreduktion (engl. Model Order Reduction, kurz MOR), durch eine Reduktion der simulierten Partikelanzahl, durch eine Abbildung des There are no particular restrictions with regard to the cell model used or usable and, for example, known electrical, physical-electrochemical models, models simplified in complexity, for example by a mathematical model order reduction (MOR), can be reduced by reducing the number of simulated particles , by a picture of the
physikalisch-elektrochemischen Zellmodells auf elektrische Bauteile, durch den Einsatz von wissensbasierten Methoden, wie beispielsweise künstliche neuronale Netze, Support- Vector-Methoden und Fuzzy-Systeme oder durch ähnliche, verwandte Methoden implementiert werden, um UCh(t) zu berechnen bzw. zu ermitteln. Physic-electrochemical cell model on electrical components, through the use of knowledge-based methods, such as artificial neural networks, support vector methods and fuzzy systems or similar, related methods are implemented to calculate U C h (t) or to investigate.
Für die Berechnung der Spannungsgrößen durch das Zellmodell ist eine geeignete (digitale) Recheneinrichtung vorzusehen mit (einer) Speichereinrichtung(en), um die für das jeweilige eingesetzte Modell notwendigen Parameter zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der elektrische Ladestrom (I) mittels eines Zellmodells derart geregelt, dass die Zellspannung (
kleiner oder gleich der Summe ( UCh(t)) ist, die gebildet wird aus dem For the calculation of the voltage quantities by the cell model, a suitable (digital) computing device is to be provided with (a) memory device (s) in order to provide the parameters necessary for the respective model used. According to a first advantageous development of the method, the electrical charging current (I) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage ( is less than or equal to the sum (U C h (t)) that is formed from the
konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode
vs. Me/Men+) und wenigstens einem weiteren Summanden, der eine Überspannung darstellt, bevorzugt die Reaktionsüberspannung an der Kathode ^+ (xpos, t)) und/oder die concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode vs. Me / Me n + ) and at least one other addend, which represents an overvoltage, preferably the reaction overvoltage at the cathode ^ + (x pos , t)) and / or the
Elektrolytüberspannung (η (ί)). Electrolyte overvoltage (η (ί)).
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird für die Berechnung der Spannungsgrößen durch das Zellmodell (neben dem Zellstrom) als eine According to a second advantageous development of the method, the calculation of the voltage quantities by the cell model (in addition to the cell current) is performed as a
Eingangsgröße ein Vektor mit wenigstens einer gemessenen Temperatur ( 7) der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle, optional mit an Input a vector with at least one measured temperature (7) of the rechargeable electrochemical energy storage cell, optionally with an
unterschiedlichen Stellen der wiederauf ladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle gemessenen Temperatur ( 7) verwendet. different locations of the rechargeable electrochemical energy storage cell measured temperature (7) used.
Bspw. ist bei einer großformatigen Lithium-Ionen-Batteriezelle die Temperatur ( 7) aufgrund des Zelldesigns und/oder der Kühlung nicht homogen, sondern es existieren wärmere und kältere Bereiche. Aufgrund der stark temperaturabhängigen elektrischen und ionischen Leitfähigkeiten der in einer Batteriezelle verbauten Materialien folgt, dass auch die Stromdichte in einer Batteriezelle ebenfalls nicht homogen ist. Hieraus resultieren unterschiedliche Ladezustände innerhalb der Batteriezelle. Das Verfahren sollte demnach in vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung der lokalen Ladezustände und der Stromdichtenverteilung durchgeführt werden. For example. In the case of a large-sized lithium-ion battery cell, the temperature (7) is not homogeneous due to the cell design and / or cooling, but there are warmer and colder areas. Due to the strongly temperature-dependent electrical and ionic conductivities of the materials installed in a battery cell, it follows that the current density in a battery cell is likewise not homogeneous. This results in different states of charge within the battery cell. The method should therefore be carried out in an advantageous manner taking into account the local charge states and the current density distribution.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn durch das Zellmodell eine Überspannung oder Likewise, it is advantageous if the cell model, an overvoltage or
Überspannungen durch einen Offsetwert berücksichtigt wird/werden. Overvoltages are taken into account by an offset value.
Da die bisher beschriebenen Modelle viel Rechenleistung benötigen und einen hohen Speicherbedarf aufweisen, kann in vorteilhafter Weise das Verfahren unter Verwendung von wenigstens einem vereinfachenden Modellansatz durchgeführt werden, etwa bei Durchführung des Verfahrens in einem Kraftfahrzeug. Vereinfachende Modellansätze sind dem Fachmann bekannt und von der vorliegenden Erfindung umfasst.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Ladestrom gemäß dem oben offenbarten erfindungsgemäßen Verfahren oder einem seiner vorteilhaften Weiterbildungen ermittelt wird und zusätzlich ein empirisch oder simulativ ermittelter Parameter von der vom Zellmodell ermittelten Zellspannung subtrahiert wird, um einen Modellfehler des Since the models described so far require a lot of computing power and have a high memory requirement, the method can advantageously be carried out using at least one simplifying model approach, for example when carrying out the method in a motor vehicle. Simplifying model approaches are known to the person skilled in the art and are encompassed by the present invention. Furthermore, it is advantageous if the charging current is determined in accordance with the above disclosed method according to the invention or one of its advantageous developments and additionally an empirically or simulatively determined parameter is subtracted from the cell voltage determined by the cell model in order to obtain a model error of the
Zellmodells zu berücksichtigen. Cell model to consider.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn in dem verwendeten (gegebenenfalls vereinfachenden) Zellmodell eine Nachführung der Modellparameter über die Alterung der It is also advantageous if in the used (possibly simplifying) cell model a tracking of the model parameters on the aging of
wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle vorgenommen wird. rechargeable electrochemical energy storage cell is made.
Weitere vorteilhafte und von der vorliegenden Anmeldung umfasste Ausgestaltungen des Verfahrens umfassen, dass Further advantageous embodiments of the method encompassed by the present application include
- das Verfahren mit einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle durchgeführt wird, die nur teilweise entladen ist; the method is carried out with a rechargeable electrochemical energy storage cell which is only partially discharged;
- das Verfahren mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle durchgeführt wird; - The method is carried out with a lithium-ion energy storage cell;
- das Verfahren mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle mit einer Graphit-Anode durchgeführt wird; - The method is carried out with a lithium-ion energy storage cell with a graphite anode;
- die Strom-, Temperatur- und Ladezustandsverteilung innerhalb der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle berücksichtigt werden; - the current, temperature and charge state distribution within the rechargeable electrochemical energy storage cell are taken into account;
- die Alterung der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle durch eine Anpassung der alterungsabhängigen Modellparameter über die Betriebsdauer der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle nachgeführt wird; - The aging of the rechargeable electrochemical energy storage cell is tracked by an adaptation of the age-dependent model parameters over the service life of the rechargeable electrochemical energy storage cell;
- das Verfahren mit einer wiederaufladbaren Batterie mit parallel verschalteten, wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen oder mit einer - The method with a rechargeable battery with parallel connected, rechargeable electrochemical energy storage cells or with a
Reihenschaltung von einer oder mehreren parallel verschalteten wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen durchgeführt wird, insbesondere mit einer Batterie mit Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen, bevorzugt mit einer Batterie mit Lithium- Ionen-Energiespeicherzellen, die jeweils eine Graphit-Anode enthalten. Series connection of one or more parallel connected rechargeable electrochemical energy storage cells is performed, in particular with a battery with lithium-ion energy storage cells, preferably with a battery with lithium-ion energy storage cells, each containing a graphite anode.
Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch eine Vorrichtung zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dazu eingerichtet ist, den Ladestrom (/) mittels eines Zellmodells derart zu regeln, dass die Zellspannung (t/cell(t)) kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode
(Φο (χρθ5, t) vs. Me/Men+) ist, um eine elektrochemische Reaktion an der Anode zu vermeiden. Also included in the present invention is an apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell having an anode and a cathode, the apparatus being characterized in that it is designed to regulate the charging current (/) by means of a cell model in such a way that the cell voltage (t / cell (t)) less than or equal to the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode (Φο ( χρθ5 , t) vs. Me / Me n + ) in order to avoid an electrochemical reaction at the anode.
Die Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise auch dazu eingerichtet sein, eine der vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens durchführen zu können. The device can also be set up in an advantageous manner to be able to carry out one of the advantageous developments of the method.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 eine eindimensionale Modellvorstellung einer Batteriezelle; und 1 shows a one-dimensional model of a battery cell; and
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung (eines beispielhaften Regelkreises) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen. 2 is a schematic representation of an exemplary device (of an exemplary control loop) for carrying out the method according to the invention or one of its advantageous developments.
Zur Beschreibung der erfindungsmäßigen Lösung wird nachfolgend von einer For the description of the solution according to the invention is subsequently of a
vereinfachten, eindimensionalen Betrachtung einer Batteriezelle ausgegangen. Die Funktion der erfindungsmäßigen Lösung wird durch diese reduzierte Betrachtungsweise jedoch nicht eingeschränkt. simplified, one-dimensional view of a battery cell assumed. However, the function of the inventive solution is not limited by this reduced approach.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht die vereinfachte Modellvorstellung der Batteriezelle 6 aus einer Anode 1 mit der Länge n, einem Separator 2 der Länge LSep und einer Kathode 3 der Länge
Die Stromableiter an der Anode 1 und der Kathode 3 werden als ideal leitend angenommen und entfallen bei dieser Betrachtungsweise. Die beiden Elektroden 1 , 3 bestehen aus porösem Aktivmaterial, so dass es an jedem Ort x in den Elektroden 1 , 3 und zu jeder Zeit t im Festkörper das Potential φ5 (χ, t) und im As shown in Fig. 1, the simplified model of the battery cell 6 consists of an anode 1 of length n , a separator 2 of length L Sep and a cathode 3 of length The current conductors at the anode 1 and the cathode 3 are assumed to be ideally conducting and omitted in this approach. The two electrodes 1, 3 are made of porous active material, so that there is at each location x in the electrodes 1, 3 and at any time t in the solid state the potential φ 5 (χ, t) and im
Elektrolyten das Potential φ\ (χ, ί) gegeben ist. Im Bereich des Separators 2 existiert nur das Potential im Elektrolyten φλ (χ, ί) .
Alle Größen in der Anode 1 werden zur besseren Übersicht mit einem hochgestellten Minus gekennzeichnet (bspw. 0s ~~ (x, t)) und alle Größen in der Kathode 3 mit einem hochgestellten Plus (z.B. 0s + (x, t)). Des Weiteren werden Überspannungen an Electrolytes the potential φ \ (χ, ί) is given. In the area of the separator 2, only the potential in the electrolyte φ λ (χ, ί) exists. All sizes in the anode 1 are identified for clarity with a superscript minus (eg. 0 s ~~ (x, t)) and all sizes in the cathode 3 with a superscript Plus (eg, 0 s + (x, t)) , Furthermore, overvoltages will occur
Deckschichten wie z.B. der Solid Electrolyte Interphase (SEI) der Anode 1 und der Einfluss von elektrochemischen Doppelschichten vernachlässigt. Diese Vereinfachungen haben keinen Einfluss auf die Gültigkeit und Ausführbarkeit der erfindungsmäßigen Lösung. Cover layers such as e.g. neglected the solid electrolyte interphase (SEI) of the anode 1 and the influence of electrochemical double layers. These simplifications have no influence on the validity and feasibility of the solution according to the invention.
Lithium-Plating tritt auf, wenn das Potential an der Grenzfläche Oberfläche Graphitpartikel und Elektrolyt unter 0 V versus Li/Li+ fällt. Um Lithium-Plating zu vermeiden, muss also für im Bereich der Anode 1 gelten: φΑη(χ, t) := 0S- (x, t)—
(χ, t) > OV vs. Li/Li+ Lithium plating occurs when the potential at the interface surface graphite particles and electrolyte falls below 0 V versus Li / Li + . In order to avoid lithium plating, it is therefore necessary to apply in the region of the anode 1: φ Αη (χ, t): = 0 S - (x, t) - (χ, t)> OV vs.. Li / Li +
Die Abscheidung von metallischem Lithium auf der Oberfläche der Graphitpartikel findet aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit des Aktivmaterials und der vergleichsweise geringen Transportgeschwindigkeit der Lithium-Ionen im Elektrolyten durch Diffusion und Migration typischerweise zuerst an der Oberfläche der separatornahen Graphitpartikel statt. Daher gilt: The deposition of metallic lithium on the surface of the graphite particles typically takes place first on the surface of the separator-near graphite particles due to the high electrical conductivity of the active material and the comparatively low transport speed of the lithium ions in the electrolyte by diffusion and migration. Therefore:
^krit = ^An ^ crit = ^ An
Und somit für das Kriterium zur Vermeidung von Lithium-Plating: An (*krit> = s~ (*krit> ~ 0f ( krit, > OV vS. Li/Li+ And thus for the criterion to avoid lithium plating: An (* crit> = s ~ (* crit> ~ 0f (crit,> OV vS. Li / Li +
Für die Zellspannung, die an den Klemmen der Batteriezelle 6 gemessen werden kann, gilt: fceiiC = 0s+ ( pos> ~ 0s~ (O. mit xpos = LAn + LSep + LKat For the cell voltage that can be measured at the terminals of the battery cell 6, the following applies: fceiiC = 0s + (pos> ~ 0s ~ (O. with x pos = L An + L Sep + L cat
Das Kathodenpotential an der Grenzfläche Kathodenpartikel und Elektrolyt an der Position xpos berechnet sich zu:
The cathode potential at the cathode particle and electrolyte interface at position x pos is calculated as:
Hierbei ist φ£ das Potential des Kathodenmaterials versus Li/Li+ in Abhängigkeit der Konzentration der Lithium-Ionen an der Partikeloberfläche und η+ die
Reaktionsüberspannung für den Ladungstransfer. Diese ist an der Kathode 3 positiv im Falle einer Ladung der Batteriezelle 6. Here, φ £ is the potential of the cathode material versus Li / Li + as a function of the concentration of lithium ions on the particle surface and η + the Reaction overvoltage for charge transfer. This is positive at the cathode 3 in the case of a charge of the battery cell 6.
Im Folgenden wird eine Elektrolytüberspannung η für die weitere Verwendung definiert: ηι(ΐ) ■= Φ (Χ ΡΟ5> - 0r(*krit> In the following, an electrolyte overvoltage η is defined for further use: ηι (ΐ) ■ = Φ ( Χ Ρ Ο5> - 0r (* crit>
Mit diesen Größen kann nun die Grundgleichung für die erfindungsmäßige Lösung zur Vermeidung von Lithium-Plating hergeleitet werden: With these parameters, the basic equation for the inventive solution for avoiding lithium plating can now be derived:
<=> s~(*krit> ^ 0fOkrit, = >l {Xpos.t) ~ Vl(t <=> s~(*krit> ^ 0s+( pos' - Kat(*pos» ~ *7l( <=> s ~ (* crit> ^ 0fOcrit, => l {Xpos.t) ~ Vl (t <=> s ~ (* crit> ^ 0s + (pos' - Kat (* pos » ~ * 7l
<=> s~(*krit> - s~(O,t) > i/cell( ~ 0Kat( pos* ~ *7l( <=> s ~ (* crit> - s ~ (O, t)> i / cell ( ~ 0Kat (pos * ~ * 7l (
<=> s~(*krit> - s~(O,t) > i/cell( - o(*pos» ~ *7+ Opos* 0 ~ *7l( <=> s ~ (* crit> - s ~ (O, t)> i / cell (- o (* pos » ~ * 7 + Opos * 0 ~ * 7l (
Da die elektrische Leitfähigkeit des Anodenmaterials hoch ist, ist der ohmsche Since the electrical conductivity of the anode material is high, the ohmic
Spannungsabfall über das Aktivmaterial der Anode 1 klein, in Laderichtung positiv und kann damit für die erfindungsmäßige Lösung vorteilhaft nach unten zu null abgeschätzt werden: Voltage drop across the active material of the anode 1 small, positive in the charging direction and can thus be estimated for the inventive solution advantageous down to zero:
OV < 0s _(xkrit,t) - 0s ~(O,t) « 1mV => 0s _(xkrit,t) - 0S ~(O, t) « OV Daraus folgt, dass zur Vermeidung von Lithium-Plating gelten muss: t/cell (0 ^ o(*pos> + V+{xPos>t) + Vl( ) =■ Uch t) OV <0 s _ (x kri t, t) - 0 s ~ (O, t) «1mV => 0 s _ (x kri t, t) - 0 S ~ (O, t)« OV It follows that to avoid lithium plating: t / cell (0 ^ o (* pos> + V + {x P os> t) + Vl () = ■ U ch t)
Die Zellspannung der Batteriezelle 6 muss also durch ein entsprechendes Stellen des Ladestroms derart geregelt werden, dass diese kleiner oder gleich dem The cell voltage of the battery cell 6 must therefore be controlled by a corresponding setting of the charging current such that it is less than or equal to the
konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential des Kathodenmaterials bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode ist, in vorteilhafter Weise kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential des Kathodenmaterials bezogen auf das elektrochemische Potential der concentration-dependent electrochemical potential of the cathode material based on the electrochemical potential of the metal reference electrode, advantageously less than or equal to the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode material based on the electrochemical potential of
Metallreferenzelektrode plus wenigstens einer Überspannung, im hier veranschaulichten Beispiel der Reaktionsüberspannung an der Kathode 3 und/oder der Metal reference electrode plus at least one overvoltage, in the illustrated example of the reaction overvoltage at the cathode 3 and / or
Elektrolytüberspannung, damit eine Abscheidung von metallischem Lithium auf der
Oberfläche der Anode 1 vermieden wird. Die Größe(n) bzw. die jeweilige Summe der Größen, im Folgenden als Uch bezeichnet, muss durchgängig (etwa mittels eines Electrolyte overvoltage, so that a deposition of metallic lithium on the Surface of the anode 1 is avoided. The size (s) or the respective sum of the quantities, hereinafter referred to as U ch , must be continuous (for example by means of a
Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs) berechnet werden. Control unit of a motor vehicle) are calculated.
Im Vergleich zur direkten Berechnung des Anodenpotentials ΦΑΠ (Χ > (etwa mittels des erwähnten Steuergeräts) ist es von Vorteil, dass bei einer Unterschätzung der zu berechnenden Größen (f Ch,berechnet < ^ch.ist) die Regelung der Zellspannung auf
zu einem geringeren Ladestrom führt und Lithium-Plating somit ausgeschlossen wird. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn die Alterung der Batteriezelle 6 nicht nachgeführt werden kann. Eine Alterung einer Batteriezelle 6 führt tendenziell zu höheren Überspannungen, so dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei Alterung, also während der gesamten Lebensdauer der Batteriezelle 6 anwendbar bzw. gültig bleibt. Compared to the direct calculation of the anode potential ΦΑΠ ( Χ > (for instance by means of the mentioned control device), it is advantageous that when the variables to be calculated are underestimated (f C h, calculated ^ch.ist), the control of the cell voltage leads to a lower charging current and thus lithium plating is excluded. This is particularly helpful if the aging of the battery cell 6 can not be tracked. An aging of a battery cell 6 tends to lead to higher overvoltages, so that the method according to the present invention remains applicable or valid even with aging, ie during the entire life of the battery cell 6.
Ein weiterer Vorteil speziell bei Lithium-Ionen-Zellen mit einer negativen porösen Another advantage especially with lithium-ion cells with a negative porous
Graphitelektrode ist, dass die Modellierung der Diffusion in den Graphitpartikeln deutlich komplexer ist, als bei den gegenwertig auf der Kathodenseite verwendeten Mischoxiden. Somit kann φ (xpos, t) mit den vorhandenen Modellansätzen mit einer besseren Graphite electrode is that the modeling of the diffusion in the graphite particles is significantly more complex than in the case of the present mixed on the cathode side mixed oxides. Thus, φ (x pos , t) can match the existing model approaches with a better
Genauigkeit berechnet werden als das konzentrationsabhängige elektrochemische Potential der Anode ( ö (x, t), das zur Berechnung des Anodenpotentials ΦΑΠ (.Χ > benötigt wird. Accuracy can be calculated as the concentration-dependent electrochemical potential of the anode (ö (x, t), which is needed to calculate the anode potential ΦΑΠ (. Χ > .
Fig. 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Vorrichtung 4 (einen Regelkreis 4) zur Fig. 2 shows schematically an exemplary device 4 (a control circuit 4) for
Durchführung des erfindungsmäßigen Verfahrens, wie es bspw. in einem Kraftfahrzeug für die Ladung einer Batteriezelle 6 verwendbar ist. Carrying out the method according to the invention, as can be used, for example, in a motor vehicle for the charging of a battery cell 6.
Um andere Schädigungsmechanismen neben Lithium-Plating zu verhindern, wird eine maximale Zellspannung L/max vom Hersteller vorgegeben, die während einer Ladung der Batteriezelle 6 nicht überschritten werden darf. Aus diesem Grund muss im Fahrzeug das Minimum (min) zwischen dieser oberen Grenzspannung Umax und der vom Zellmodell 7 berechneten Größe Uch(t) gebildet werden. Das Ergebnis ist eine maximale Soll- Spannung. Die Differenz zur Ist-Zellspannung ist die Eingangsgröße für einen Regler 5, der als Ausgangssignal einen maximalen Ladestrom /max als Stellgröße hat. Dieser Wert kann durch eine weitere Minimumbildung (min) reduziert werden, da der maximale Ladestrom lmax beispielsweise zur Vermeidung anderer Schädigungsmechanismen neben Lithium-Plating limitiert werden muss. Auch kann das Soll-Drehmoment des Antriebs zur Geschwindigkeitsreduktion, das etwa vom Energiemanagementsystem des
Kraftfahrzeugs in einen Ladestrom umgerechnet wird, oder der maximale Ladestrom des Ladegeräts oder der Ladesäule limitieren. Das Ergebnis ist ein maximaler Ladestrom, mit dem die Batteriezelle 6 geladen werden kann, ohne dass es zu schädigendem Lithium- Plating kommt. In order to prevent other damage mechanisms in addition to lithium plating, a maximum cell voltage L / ma x is specified by the manufacturer, which may not be exceeded during a charge of the battery cell 6. For this reason, the minimum (min) between this upper limit voltage U ma x and the quantity U ch (t) calculated by the cell model 7 must be formed in the vehicle. The result is a maximum nominal voltage. The difference to the actual cell voltage is the input variable for a controller 5, which has a maximum charging current / ma x as manipulated variable as the output signal. This value can be reduced by a further minimum education (min) as the maximum charging current l ma x must be limited, for example, to prevent other damage mechanisms in addition to lithium plating. Also, the desired torque of the drive for speed reduction, for example from the energy management system of the Motor vehicle is converted into a charging current, or limit the maximum charging current of the charger or the charging station. The result is a maximum charging current with which the battery cell 6 can be charged without damaging lithium plating.
Das Verfahren und die Vorrichtung 4 gemäß der vorliegenden Erfindung sind auch bei einer direkten Parallelschaltung von mehreren Batteriezellen 6 anwendbar. Im Zellmodell 7 müssen in diesem Fall lediglich die veränderten thermischen und elektrischen The method and the device 4 according to the present invention are also applicable to a direct parallel connection of a plurality of battery cells 6. In the cell model 7 in this case only the changed thermal and electrical
Randbedingungen angepasst werden. Die berechnete maximale Spannung t/ch(t) gilt dann für den ganzen Verbund der parallelverschalteten Batteriezellen 6. Weiter ist es erforderlich, dass der Regler 5 auf die höhere Kapazität und den geringeren Boundary conditions are adjusted. The calculated maximum voltage t / ch (t) then applies to the entire composite of parallel-connected battery cells 6. It is also necessary that the controller 5 to the higher capacity and the lower
Innenwiderstand des parallelverschalteten Verbunds an Batteriezellen 6 eingestellt wird. Internal resistance of the parallel-connected composite is set to battery cells 6.
Werden mehrere einzelne Batteriezellen 6 oder mehrere parallelverschaltete If several individual battery cells 6 or more parallel connected
Batteriezelleinheiten in Reihe verschaltet, muss für jede Batteriezelleneinheit separat eine maximale Spannung Uch(t) durch ein Zellmodell 7, wie oben beschrieben, berechnet werden. Der Regler 5 muss dann sicherstellen, dass von keiner Batteriezelleinheit die maximale Spannung durch einen zu hohen Ladestrom überschritten wird. Connected battery cell units in series, a maximum voltage U ch (t) must be calculated for each battery cell unit separately by a cell model 7, as described above. The controller 5 must then ensure that no battery cell unit exceeds the maximum voltage due to an excessively high charging current.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 sowie dessen bzw. deren vorteilhafte Weiterbildungen sind bei allen Batteriezellen 6 mit einer The inventive method and the device 4 and its or their advantageous developments are in all battery cells 6 with a
Interkalationselektrode, in die Ionen beim Ladevorgang eingelagert werden, anwendbar. Intercalation electrode, are stored in the ions during charging, applicable.
Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 sowie dessen bzw. deren vorteilhafte Weiterbildungen im automobilen Bereich, bei stationären Speichern, im Bereich der„Consumerelectronics", im Bereich des Modellbaus oder sonstigen Bereichen an- bzw. verwendbar, in denen wiederaufladbare Also, the inventive method and the device 4 and its or their advantageous developments in the automotive field, in stationary storage, in the field of "Consumer Electronics", in the field of model making or other areas on or usable in which rechargeable
elektrochemische Energiespeicherzellen (Akkumulatoren) zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste electrochemical energy storage cells (accumulators) are used. LIST OF REFERENCE NUMBERS
Anode anode
Separator separator
Kathode cathode
Vorrichtung contraption
Regler regulator
Batteriezelle battery cell
Zellmodell
cell model
Claims
Verfahren zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen Method for charging a rechargeable electrochemical
Energiespeicherzelle (6) mit einer Anode (1 ) und einer Kathode Energy storage cell (6) with an anode (1) and a cathode
(3), wobei während des Ladevorgangs ein elektrischer Ladestrom (/) in die Energiespeicherzelle (6) eingespeist wird, (3), wherein an electrical charging current (/) is fed into the energy storage cell (6) during the charging process,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der elektrische Ladestrom (I) mittels eines Zellmodells derart geregelt wird, dass die Zellspannung (UceU(t)) kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (Φο (χρθ5, t) vs. Me/Men+) ist, the electric charging current (I) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage (U ceU (t)) is less than or equal to the concentration- dependent electrochemical potential of the cathode relative to the electrochemical potential of the metal reference electrode (Φο ( χρθ5 , t) vs. Me / Me n + ),
um eine elektrochemische Reaktion an der Anode (1 ) zu vermeiden. to avoid an electrochemical reaction at the anode (1).
Verfahren gemäß Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der elektrische Ladestrom (/) mittels eines Zellmodells derart geregelt wird, dass die Zellspannung (UceU(t)) kleiner oder gleich der Summe ( UCh(t)) ist, die gebildet wird aus dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode the electrical charging current (/) is regulated by means of a cell model such that the cell voltage (U ceU (t)) is less than or equal to the sum (U C h (t)) which is formed from the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode
(Φο (xpos, vs. Me/Men+) und wenigstens einem weiteren Summanden, der eine Überspannung darstellt, bevorzugt die Reaktionsüberspannung an der Kathode (j7+(xpos, t)) und/oder die Elektrolytüberspannung (η (ί)). (Φο (xpos, vs. Me / Me n + ) and at least one other addend, which represents an overvoltage, preferably the reaction overvoltage at the cathode (j7 + (x pos , t)) and / or the electrolyte overvoltage (η (ί)) ,
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, Method according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
als eine Eingangsgröße für das Zellmodell (7) ein Vektor mit wenigstens einer gemessenen Temperatur ( 7) der wiederaufladbaren elektrochemischen as an input to the cell model (7), a vector having at least one measured temperature (7) of the rechargeable electrochemical
Energiespeicherzelle (6), optional mit an unterschiedlichen Stellen der Energy storage cell (6), optionally with at different points of
wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) gemessenen
Temperatur ( 7) verwendet wird. rechargeable electrochemical energy storage cell (6) measured Temperature (7) is used.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, 4. The method according to claim 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
durch das Zellmodell (7) eine Überspannung oder Überspannungen durch einen Offsetwert berücksichtigt wird/werden. an overvoltage or overvoltages by an offset value is / are taken into account by the cell model (7).
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Ermittlung des konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potentials der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (0o (xpos< vs- Me/Men+) oder der Summe (Uch(t)) unter Verwendung von wenigstens einem vereinfachenden Modellansatz erfolgt. the determination of the concentration-dependent electrochemical potential of the cathode based on the electrochemical potential of the metal reference electrode (0o ( x pos < vs -Me / Me n + ) or the sum (U ch (t)) using at least one simplistic modeling approach.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der Ladestrom gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ermittelt wird und zusätzlich ein empirisch oder simulativ ermittelter Parameter von der vom Zellmodell ermittelten Zellspannung subtrahiert wird, um einen Modellfehler des Zellmodells zu berücksichtigen. the charging current according to one of claims 1 to 5 is determined and additionally an empirically or simulatively determined parameter is subtracted from the cell voltage determined by the cell model in order to take into account a model error of the cell model.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
in dem verwendeten Zellmodell (7) eine Nachführung der Modellparameter über die Alterung der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) vorgenommen wird. in the cell model used (7) a tracking of the model parameters on the aging of the rechargeable electrochemical energy storage cell (6) is made.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- es mit einer wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) durchgeführt wird, die nur teilweise entladen ist; - It is performed with a rechargeable electrochemical energy storage cell (6), which is only partially discharged;
- es mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle (6) durchgeführt wird; - It is performed with a lithium-ion energy storage cell (6);
- es mit einer Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle (6) mit einer Graphit-Anode (1 ) durchgeführt wird; - It is performed with a lithium-ion energy storage cell (6) with a graphite anode (1);
- die Strom-, Temperatur- und Ladezustandsverteilung innerhalb der
wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) berücksichtigt werden; - The current, temperature and charge state distribution within the rechargeable electrochemical energy storage cell (6) are taken into account;
- die Alterung der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) durch eine Anpassung der alterungsabhängigen Modellparameter über die - The aging of the rechargeable electrochemical energy storage cell (6) by an adaptation of the age-dependent model parameters on the
Betriebsdauer der wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzelle (6) berücksichtigt wird; Operating time of the rechargeable electrochemical energy storage cell (6) is taken into account;
- es mit einer wiederaufladbaren Batterie mit parallel verschalteten, - it with a rechargeable battery with parallel connected,
wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen (6) oder mit einer Reihenschaltung von einer oder mehreren parallel verschalteten wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeicherzellen (6) durchgeführt wird, insbesondere mit einer Batterie mit Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen (6), bevorzugt mit einer Batterie mit Lithium-Ionen-Energiespeicherzellen (6), die jeweils eine Graphit-Anode (1 ) enthalten. rechargeable electrochemical energy storage cells (6) or with a series circuit of one or more parallel connected rechargeable electrochemical energy storage cells (6) is carried out, in particular with a battery with lithium-ion energy storage cells (6), preferably with a battery with lithium-ion energy storage cells ( 6), each containing a graphite anode (1).
9. Vorrichtung (4) zum Laden einer wiederaufladbaren elektrochemischen 9. Device (4) for charging a rechargeable electrochemical
Energiespeicherzelle (6) mit einer Anode (1 ) und einer Kathode (3), dadurch gekennzeichnet, dass Energy storage cell (6) with an anode (1) and a cathode (3), characterized in that
die Vorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, den Ladestrom (I) mittels eines Zellmodells derart zu regeln, dass die Zellspannung (UceU(t)) kleiner oder gleich dem konzentrationsabhängigen elektrochemischen Potential der Kathode bezogen auf das elektrochemische Potential der Metallreferenzelektrode (Φο ( pos. vs- Me/ Men+) ist, the device (4) is set up to regulate the charging current (I) by means of a cell model in such a way that the cell voltage (U ceU (t)) is less than or equal to the concentration- dependent electrochemical potential of the cathode relative to the electrochemical potential of the metal reference electrode (Φο ( pos vs vs Me / Me n + ),
um eine elektrochemische Reaktion an der Anode (1 ) zu vermeiden. to avoid an electrochemical reaction at the anode (1).
10. Vorrichtung (4) gemäß Anspruch 9, 10. Device (4) according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
sie zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 eingerichtet ist.
it is adapted to carry out a method according to one of claims 2 to 8.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017005595.5A DE102017005595A1 (en) | 2017-06-13 | 2017-06-13 | Method and device for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell |
DE102017005595.5 | 2017-06-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018228806A1 true WO2018228806A1 (en) | 2018-12-20 |
Family
ID=60269207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2018/063880 WO2018228806A1 (en) | 2017-06-13 | 2018-05-28 | Method and apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017005595A1 (en) |
WO (1) | WO2018228806A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109586373B (en) * | 2018-12-27 | 2024-05-17 | 华为技术有限公司 | A battery charging method and device |
WO2021035736A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | Oppo广东移动通信有限公司 | Charging control method and apparatus, charging test method and system, and electronic device |
DE102021108085A1 (en) | 2021-03-30 | 2022-10-06 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Charging a lithium-based electrical energy storage device |
CN114325391B (en) * | 2021-12-13 | 2024-08-16 | 株洲国创轨道科技有限公司 | Urban rail vehicle storage battery on-line monitoring device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140002031A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-02 | Robert Bosch Gmbh | System and Method for Fast Charging of Lithium-Ion Batteries with Improved Safety |
US20140008976A1 (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-09 | Bouziane Yebka | Lithium-ion cell charge control |
DE102015013286A1 (en) * | 2015-10-13 | 2016-05-25 | Daimler Ag | Method for charging and discharging an electrochemical energy store and loading and unloading device |
DE102016007479A1 (en) | 2016-06-18 | 2017-02-09 | Daimler Ag | Method and device for charging a battery cell and method for providing a charging current intensity map |
-
2017
- 2017-06-13 DE DE102017005595.5A patent/DE102017005595A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-05-28 WO PCT/EP2018/063880 patent/WO2018228806A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140002031A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-02 | Robert Bosch Gmbh | System and Method for Fast Charging of Lithium-Ion Batteries with Improved Safety |
US20140008976A1 (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-09 | Bouziane Yebka | Lithium-ion cell charge control |
DE102015013286A1 (en) * | 2015-10-13 | 2016-05-25 | Daimler Ag | Method for charging and discharging an electrochemical energy store and loading and unloading device |
DE102016007479A1 (en) | 2016-06-18 | 2017-02-09 | Daimler Ag | Method and device for charging a battery cell and method for providing a charging current intensity map |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102017005595A1 (en) | 2017-11-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102015109497B4 (en) | Method and device for operating a lithium-ion battery and vehicle | |
DE102016007479A1 (en) | Method and device for charging a battery cell and method for providing a charging current intensity map | |
DE102015111953A1 (en) | Temperature-dependent electrochemical battery model for vehicle control | |
DE102013208046A1 (en) | Battery charge state estimator using a robust H∞ observer | |
DE112013003337T5 (en) | System and method for fast charging of lithium-ion batteries with improved safety | |
DE102013108198B4 (en) | Method for performing cell balancing of a battery system based on capacity values | |
EP1941288A1 (en) | Method and device for controlling the operating point of a battery | |
WO2018228806A1 (en) | Method and apparatus for charging a rechargeable electrochemical energy storage cell | |
DE112013006920T5 (en) | Failure detection device for voltage sensor | |
WO2015000960A1 (en) | Method for battery management and battery management system | |
DE102019115705A1 (en) | Estimation of battery status using the electrode transient model | |
DE102018203824A1 (en) | Method for operating an electrical energy store, control for an electrical energy store and device and / or vehicle | |
DE102017105067A1 (en) | Battery capacity estimate based on reduced-order electrochemical models | |
DE102018200976A1 (en) | Method for controlling the charging of a battery unit, method for charging a battery unit, control unit, charging system, battery system and working device | |
DE102013007011A1 (en) | A method for charging a lithium-ion battery and a system with a lithium-ion battery and a battery management system | |
DE112012002283T5 (en) | System and method for charging and discharging a Li-ion battery | |
DE102015111950A1 (en) | Interpolation of metal ion concentrations in a battery model for vehicle control | |
DE102017105069A1 (en) | Battery capacity estimation with open-loop and closed-loop models | |
DE102014224608A1 (en) | Battery control device | |
DE102018104212A1 (en) | LITHIUM ENHANCEMENT TO INFLUENCE CAPACITY LOSS IN LI-ION BATTERIES | |
DE102015114652A1 (en) | Systems and methods for estimating the energy capacity of a battery system | |
DE102011077448A1 (en) | Method for estimating state variables of an electrical energy store | |
EP3148837A1 (en) | Method for battery management and battery management system | |
DE102012022646A1 (en) | Power supply system for drive system of electrically operated vehicle, comprises control or regulating unit, which carries out selection of power source devices and passes current to electric motor depending on operating modes of vehicle | |
DE102012207673A1 (en) | Method for operating battery e.g. lithium ion battery used in vehicle e.g. motor car, involves setting up and discharging battery cell under consideration of monitored self discharge value of battery cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18727296 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18727296 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |