AT519731A1 - Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie - Google Patents

Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie Download PDF

Info

Publication number
AT519731A1
AT519731A1 ATA50135/2017A AT501352017A AT519731A1 AT 519731 A1 AT519731 A1 AT 519731A1 AT 501352017 A AT501352017 A AT 501352017A AT 519731 A1 AT519731 A1 AT 519731A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
battery
aging
function
lifetime
life
Prior art date
Application number
ATA50135/2017A
Other languages
English (en)
Other versions
AT519731B1 (de
Inventor
Can Kurtulus MSc
Ing Markus Dohr Dipl
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to AT501352017A priority Critical patent/AT519731B1/de
Priority to DE102018103059.2A priority patent/DE102018103059A1/de
Publication of AT519731A1 publication Critical patent/AT519731A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT519731B1 publication Critical patent/AT519731B1/de

Links

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
    • H01M10/05—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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3648—Constructional arrangements comprising digital calculation means, e.g. for performing an algorithm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/44—Control modes by parameter estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen einer restlichen Lebensdauer (RUL) einer aufladbaren Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen Batterie, wobei zumindest ein momentaner Alterungszustand (SOHk) der Batterie bestimmt wird. Um die restliche Nutzungsdauer einer aufladbaren Batterie auf möglichst einfache aber dennoch genaue Weise zu bestimmen, ist vorgesehen, dass der reale Verlauf des Alterungszustandes (SOH) der Batterie über der Lebensdauer (t) der Batterie durch zumindest zwei unterschiedliche lineare Funktionen (SOH1, SOH2) angenähert wird, wobei jede Funktion (SOH1, SOH2) unterschiedlichen Lebenszeitbereichen (A, B) zugeordnet wird.

Description

Z U S A M M E N F A S S U N G
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen einer restlichen Lebensdauer (RUL) einer aufladbaren Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen Batterie, wobei zumindest ein momentaner Alterungszustand (SOHk) der Batterie bestimmt wird.
Um die restliche Nutzungsdauer einer aufladbaren Batterie auf möglichst einfache aber dennoch genaue Weise zu bestimmen, ist vorgesehen, dass der reale Verlauf des Alterungszustandes (SOH) der Batterie über der Lebensdauer (t) der Batterie durch zumindest zwei unterschiedliche lineare Funktionen (SOH1, SOH2) angenähert wird, wobei jede Funktion (SOH1, SOH2) unterschiedlichen Lebenszeitbereichen (A, B) zugeordnet wird.
Fig. 2 / 14
21039AT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen einer restlichen Lebensdauer einer aufladbaren Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen Batterie, wobei zumindest ein momentaner Alterungszustand der Batterie bestimmt wird.
Der Alterungszustand einer wieder aufladbaren Batterie kann beispielsweise durch das Verhältnis der momentanen verfügbaren Batteriekapazität zur ursprünglich verfügbaren Batteriekapazität beschrieben werden. Das Ende der Lebensdauer kann dabei als jener Zeitpunkt definiert werden, bei dem die verfügbare Batteriekapazität nur mehr 80% oder 75% der ursprünglich verfügbaren Batteriekapazität beträgt. Ein anderer, insbesondere bei Hybridanwendungen im Automobilbereich gebräuchlicher Ansatz verwendet die Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie als Kriterium für die Definition der Lebensdauer der Batterie. Beispielsweise kann das Ende der Lebensdauer der Batterie als erreicht angesehen werden, wenn der Innenwiderstand der Batterie etwa 150% - 200% des ursprünglichen Innenwiderstands beträgt.
Die restliche Nutzungsdauer bzw. verbleibende, restliche Lebensdauer der Batterie wird als Zeitdauer zwischen dem Beobachtungszeitpunkt und dem Erreichen des Endes der Lebensdauer angesehen. Die Kapazität repräsentiert die Lademenge, welche einer Batterie zwischen einem vollen und einem entladenen Zustand entnommen werden kann.
Die Abschätzung der restlichen Nutzungs- bzw. Lebensdauer erfolgt üblicherweise über relativ aufwändige Verfahren, welche hohe Ansprüche an die verfügbare Rechenleistung des für die Ermittlung verwendeten Systems, beispielsweise eine Steuereinheit, ein Batteriemanagementsystem oder ähnliches, stellen. Diese Rechenleistung stellen. Diese ist allerdings in herkömmlichen Batteriemanagementsystemen oft nicht verfügbar.
In der Publikation „An ensemble model for predicting the remaining usefaul performance of lithium-ion batteries, Y. Xing, E.W.M. Ma, K.-L. Tsui, M. Pecht, in Microelectronics Reliability, 2013 wird eine Kombination aus exponentielle und polynomische Modellen zur Prognostizierung des Alterungszustandes einer Batterie beschrieben. Auch im Artikel „Lithium-Ion Battery remaining Useful Life Estimation Based on Nonlinear AR Model Combined with Degradation Feature, D. Liu, Y. Luo, Y. Peng, Y. Peng, M. Pecht, in Annual Conference of the Prognostics and Health / 14
Management Society, 2012 wird ein nichtlineares Modell für die Voraussage der restlichen Nutzungsdauer einer Batterie verwendet.
In „Health Monitoring and Remaining Useful Life Estimation of Lithium-Ion Aerotautical Batteries, J.A.M.Penna, C.L.Nascimento Junior, L.R.Rodrigues, in Aerospace Conference, Big Sky, 2012 wird vorgeschlagen, den Verlauf des Alterungszustandes durch eine lineare Regressionsfunktion zu beschreiben und die Ladezykluszahl zu berechnen, bei der nur mehr eine dem Ende der Lebensdauer zugeordnete minimale Entladekapazität der Batterie zur Verfügung steht, wobei ein Unsicherheitsbereich miteinkalkuliert wird. Ein ähnliches Verfahren zur Abschätzung der Kapazität und der restlichen Nutzungsdauer einer Batterie ist aus der CN 103399276 A bekannt, wobei eine Anzahl an Parametern wie Anzahl an vergangenen Lade-/Entladezyklen, Entladespannung und restliche Kapazität nach jedem Lade-/ bzw. Entladevorgang berücksichtigt werden. Weiters beschreibt die DE 10 2011 005 711 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers, bei dem mindestens ein Parameter bestimmt wird, um die Restdauer der Funktionsfähigkeit auf der Basis eines Sollgradienten vorauszubestimmen. Da in vielen Fällen der Verlauf des Alterungszustandes einer Batterie nichtlinear verläuft, ergibt die Annäherung des Verlaufes durch eine einfache lineare Regression einen relativ großen Unsicherheitsbereich.
Aus der US 2013 166 233 A ist ein Verfahren zur Bestimmung des Alterungszustandes einer Batterie bekannt, wobei Altersbeschleunigungsfaktoren ermittelt werden, um die Test- und Validierungszeit zu beschleunigen.
Bei der US 8 334 342 B wird ein mathematisches Alterungsmodell verwendet um das Batterieverhalten während individueller Entladezyklen sowie während der gesamten Nutzungsdauer zu beschreiben. Auch hier ist ein relativ hoher Rechenaufwand erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, die restliche Nutzungsdauer einer aufladbaren Batterie auf möglichst einfache aber dennoch genaue Weise zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der reale Verlauf des Alterungszustandes der Batterie über der Lebensdauer der Batterie durch / 14 zumindest zwei unterschiedliche lineare Funktionen angenähert wird, wobei jede Funktion unterschiedlichen Lebenszeitbereichen zugeordnet wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verlauf des Alterungszustandes der Batterie über der Lebensdauer der Batterie durch eine lineare erste Funktion in einem ersten Lebenszeitbereich und eine lineare zweite Funktion in einem zweiten Lebenszeitbereich angenähert wird, wobei die lineare zweite Funktion eine größere negative Steigung aufweist als die erste Funktion, und wobei vorzugsweise die erste Funktion und die zweite Funktion in einem Übergangsbereich vom ersten und dem zweiten Lebenszeitbereich einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen.
Eine rasche Abschätzung der restlichen Lebensdauer lässt sich erreichen, wenn auf der Basis des momentanen Alterungszustandes mittels zumindest einer der linearen Funktionen ein momentaner Lebenszeitpunkt der Batterie ermittelt wird.
Zur genauen Abschätzung der restlichen Lebensdauer kann in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Lebenszeitpunktes die restliche Lebensdauer RULder Batterie nach einer der folgenden Gleichungen berechnet werden:
SOH1 wenn sich der Alterungszustand der Batterie im ersten Lebenszeitbereich befindet und
EoL-SOHk wenn sich der Alterungszustand der Batterie im zweiten Lebenszeitbereich befindet, wobei
a........................der Alterungszustand der Batterie im Übergangspunkt zwischen erstem und zweitem Lebenszeitbereich,
SOHk..................der berechnete momentane Alterungszustand der Batterie
EoL....................der Alterungszustand der Batterie am Lebensdauerende . _dSOHi 1 _ dt ......die Steigung der ersten Funktion
4/14 dSOH?
SQHj =----dt ......die Steigung der zweiten Funktion p= SÖHz/SÖH!.....die Alterungssteigerungsrate im zweiten Lebenszeitbereich relativ zum ersten Lebenszeitbereich ist.
Die ersten und zweiten linearen Funktionen lassen sich in einem Lernschritt durch lineare Regression zumindest zweier unterschiedlicher Alterungszustände im ersten bzw. zweiten Lebensdauerabschnitt einer Batterie, beispielsweise einer Referenzbatterie im ersten bzw. zweiten Lebensdauerabschnitt ermitteln.
Auf diese Weise lässt sich mit sehr geringer Rechenleistung eine genaue Abschätzung der restlichen Lebensdauer der aufladbaren Batterie in sehr kurzer Zeit durchführen.
In einer Variante der Erfindung, insbesondere bei Verwendung im Automobilbereich, wird das Verfahren online, also während des laufenden Betriebs einer Batterie, durchgeführt. Damit liegt die Abschätzung der restlichen, verbleibenden Lebensdauer in Echtzeit vor, da sieaufgrund der geringen benötigten Rechenleistung im laufenden Fährbetrieb (Online) durchgeführt werden kann.
In einer erfindungsgemäßen Verwendung des Verfahrens wird die restliche Lebensdauer einer im Automobilbereich, insbesondere einem Hybridfahrzeug, eingesetzten Batterie ermittelt. Unter Hybridfahrzeug wird ein Kraftfahrzeug mit Elektromotor und zusätzlichem Verbrennungsmotor - als Antrieb oder zum Betreiben eines Generators - verstanden. Natürlich lässt sich die Erfindung auch auf ein reines Elektrofahrzeug anwenden.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, welche in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 den Verlauf des Alterungszustandes einer aufladbaren Batterie bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein erstes Beispiel einer Abschätzung einer restlichen Lebensdauer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und / 14
Fig. 3 ein zweites Beispiel einer Abschätzung einer restlichen Lebensdauer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt den beim erfindungsgemäßen Verfahren angenommenen Verlauf des Alterungszustandes SOH einer wieder aufladbaren Batterie, wobei der Alterungszustand SOH (State of Health) in Prozent über der Zeit t aufgetragen ist. Der reale Verlauf des Alterungszustandes SOH wird dabei durch zwei linear abfallende Funktionen, die lineare erste Funktion SOH1 und die lineare zweite Funktion SOH2 mit unterschiedlichen Steigungen dSOH1/dt, dSOH2/dt angenähert, wobei die zweite Funktion SOH2 stärker in Bezug auf die Zeitachse geneigt ist, als die erste Funktion SOH1.
Die Geraden der ersten linearen Funktion SOH1 und der zweiten linearen Funktion SOH2 schneiden sich in dem Schnittpunkt S. Jede Funktion SOH1, SOH2 ist unterschiedlichen Lebenszeitbereichen A, B der Batterie zugeordnet, wobei die beiden Lebenszeitbereiche A, B durch den dem Schnittpunkt S entsprechenden Übergangszeitpunkt tlnAg voneinander getrennt sind. Der erste Lebenszeitbereich A liegt dabei zeitlich vor dem Übergangszeitpunkt tlnAg, während der zweite Lebenszeitbereich B nach dem Übergangszeitpunkt tlnAg liegt. Der Übergangszeitpunkt tlnAg zeigt also das Ende einer langsamen Alterung und den Beginn eines beschleunigten Alterungsfortschrittes der Batterie an. Der durch den Schnittpunkt S der beiden Funktionen SOH1, SOH2 angenäherte Alterungszustand der Batterie im Übergangszeitpunkt tlnAg ist mit a bezeichnet.
Das Ende der Nutzungs- bzw. Lebensdauer Batterie tEOL ist dann erreicht, wenn der Alterungszustand SOH einen kritischen Alterungszustand EoL erreicht bzw. unterschreitet.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommene Abschätzung der restlichen Lebensdauer für eine Batterie zu einem momentanen Zeitpunkt T, welcher sich im ersten Lebenszeitbereich A, vor dem Übergangszeitpunkt tlnAg, also noch vor dem Einsetzen eines beschleunigten Alterungsfortschritts, befindet. Mit „X sind kontinuierlich oder diskontinuierlich erhobene Alterungszustände SOH der Batterie während der bisherigen vergangenen Lebensdauer tA bezeichnet. Verfahren zum Erheben von Alterungszuständen von Batterien sind dem Fachmann bekannt.
/ 14
Aus diesen erhobenen Alterungszuständen „X wird durch Interpolation eine erste lineare Funktion SOH1 bestimmt. Alternativ kann diese erste lineare Funktion SOH1 auch einer Referenz batte rie entnommen werden. Bei bekanntem Alterungszustand a am Übergang zur beschleunigten Alterung kann unter Annahme einer fortschreitenden Alterungssteigerungsrate p aus Erfahrungswerten eine lineare zweite Funktion SOH2 geschätzt werden, welche sich im Punkt S - dem bekannten Alterungszustand a am Übergang zur beschleunigten Alterung - mit der ersten Funktion SOH1 schneidet.
Im in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der momentane Zeitpunkt? noch eine Zeitdauer ti vom Übergangszeitpunkt tinAg entfernt. Mit t2 ist die durch die zweite Funktion SOH2 bekannte Dauer zwischen dem Übergangszeitpunkt tinAg und dem Ende der Batterielebensdauer tEOL bezeichnet. Die restliche Lebensdauer RUL berechnet sich somit aus der Zeitdauer ti und der Zeitdauer t2.
Die restliche Lebensdauer RUL ergibt sich in diesem ersten Fall nach der folgenden Gleichung:
— a~SCHk _ SCH1 pSGHi (i)
Dabei ist a der Alterungszustand der Batterie im Übergangspunkt zwischen erstem A und zweitem Lebenszeitbereich B, SOHkder berechnete momentane Alterungszustand SOH der Batterie und EoL der Alterungszustand der Batterie am Lebensdauerende.
rfSOHi
Bei 1_ dt handelt es sich um die Steigung der ersten Funktion SOH1, und p= SÖHz/SÖH! ist eine Alterungssteigerungsrate im zweiten Lebenszeitbereich B relativ zum ersten Lebenszeitbereich A.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgenommene Abschätzung der restlichen Lebensdauer einer Batterie befindet sich der betrachtete momentane Zeitpunkt T im zweiten Lebenszeitbereich B, also nach dem Übergangszeitpunkt tinAg und somit
7/14 bereits nach dem Einsetzen eines beschleunigten Alterungsfortschrittes. Wieder sind mit„X kontinuierlich oder diskontinuierlich erhobene Alterungszustände SOH der Batterie während der bisherigen vergangenen Lebensdauer tA bezeichnet. Aus diesen erhobenen Alterungszuständen „X können durch Interpolation eine erste lineare Funktion SOH1 sowie eine zweite lineare Funktion SOH2 bestimmt werden, wenn der Übergangszeitpunkt tinAg oder der Alterungszustand a am Übergang zur beschleunigten Alterung - beispielsweise von einer Referenz batte rie - bekannt ist.
Der Schnittpunkt der zweiten Funktion SOH2 mit dem definierten Alterungszustand EoL am Ende der Lebensdauer Ieol ergibt die Zeitdauer t2, welche hier der restlichen Lebensdauer RUL entspricht.
Die restliche Lebensdauer ergibt sich in diesem zweiten Fall aus der folgenden Gleichung:
EaL-SQHk
RUL =----:----SQH2 (2)
Zusätzlich zu den für Gleichung (1) erläuterten Bedeutungen bezeichnet hier dSOH2 — _____2 dt die Steigung der zweiten Funktion SOH2.
Eine Plausibilität der ermittelten verbleibenden Lebensdauer lässt sich dabei sicherstellen, wenn eine maximale Lebensdauer RULmax der Batterie definiert wird und die ermittelte verbleibende Lebensdauer RUL kleiner ist als diese maximale Lebensdauer RULmax. Die maximale Lebensdauer RULmax kann dabei unter Verwendung einer konstanten Alterungssteigerungsrate p=l ermittelt werden.
Um eine besonders zuverlässige Ermittlung der verbleibenden Lebensdauer RUL zu ermöglichen wird in einer Variante der Erfindung eine Minimum-Anzahl an kontinuierlich oder diskontinuierlich erhobenen Alterungszuständen SOH der Batterie erhoben (die in Fig. 2 und Fig. 3 mit„X bezeichneten Punkte). Damit ist sichergestellt, dass eine plausible Zeitableitung des Alterungszustands erfolgt.
8/14
Die genannten Bedingungen können als Bedingungen in das erfindungsgenmäße Verfahren aufgenommen werden.
Aufgrund der geringen Anforderungen des Verfahrens an Rechenleistung kann es auch online, also während des Betriebs einer Batterie, zum Einsatz kommen. Damit lässt sich die verbleibende Lebensdauer einer Batterie in Echtzeit berechnen. Eine mögliche Anwendung ist damit ein Batteriemanagementsystem (BMS), beispielsweise ein Fahrzeug-Steuergerät, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, in das ein BMS mit dem erfindungsgemäßen Verfahren integriert ist / 14

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Abschätzen einer restlichen Lebensdauer (R.UL) einer aufladbaren Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen Batterie, wobei zumindest ein momentaner Alterungszustand (SOHk) der Batterie bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der reale Verlauf des Alterungszustandes (SOH) der Batterie über der Lebensdauer (t) der Batterie durch zumindest zwei unterschiedliche lineare Funktionen (SOH1, SOH2) angenähert wird, wobei jede Funktion (SOH1, SOH2) unterschiedlichen Lebenszeitbereichen (A, B) zugeordnet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Alterungszustandes (SOH) der Batterie über der Lebensdauer (t) der Batterie durch eine lineare erste Funktion (SOH1) in einem ersten Lebenszeitbereich (A) und eine lineare zweite Funktion (SOH2) in einem zweiten Lebenszeitbereich (B) angenähert wird, wobei die lineare zweite Funktion (SOH2) eine größere Steigung aufweist als die erste Funktion, und wobei vorzugsweise die erste Funktion (SOH1) und die zweite Funktion (SOH2) in einem Übergangsbereich vom ersten zum zweiten Lebenszeitbereich (B) einen gemeinsamen Schnittpunkt (S) aufweisen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basis des momentanen Alterungszustandes (SOHk) ein momentaner Lebenszeitpunkt (T) der Batterie ermittelt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des ermittelten momentanen Lebenszeitpunktes (T) die restliche Lebensdauer R.UL der Batterie nach einer der folgenden Gleichungen berechnet wird:
    - a~S0Iik
    SQHi pSÖHi' wenn sich der momentane Alterungszustand (SOHk)der Batterie im ersten Lebenszeitbereich (A) befindet und
    RUL =
    EoL - SOHk
    SÖfi2
    10/14 wenn sich der momentane Alterungszustand (SOHk) der Batterie im zweiten Lebenszeitbereich (B) befindet, wobei
    a........................der Alterungszustand der Batterie im Übergangspunkt zwischen erstem (A) und zweitem Lebenszeitbereich (B),
    SOHk..................der berechnete momentane Alterungszustand der Batterie
    EoL....................der Alterungszustand der Batterie am Lebensdauerende dSOH,
    SQH. =-----31 dt ......die Steigung der ersten Funktion (SOH1) dSOH2 — _____2 dt ......die Steigung der zweiten Funktion (SOH2) p= .....eine Alterungssteigerungsrate im zweiten Lebenszeitbereich (B) relativ zum ersten Lebenszeitbereich (A) ist.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lernschritt die erste Funktion (SOH1) durch lineare Regression zumindest zweier unterschiedlicher Alterungszustände einer Batterie, vorzugsweise einer Referenzbatterie, im ersten Lebensdauerabschnitt (A) ermittelt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Lernschritt die zweite Funktion (SOH2) durch lineare Regression zumindest zweier unterschiedlicher Alterungszustände einer Batterie, vorzugsweise einer Referenzbatterie, im zweiten Lebensdauerabschnitt (B) ermittelt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es online während des laufenden Betriebs einer Batterie durchgeführt wird.
  8. 8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Ermittlung der restlichen Lebensdauer einer im Automobilbereich, insbesondere einem Hybridfahrzeug, eingesetzten Batterie.
    2017 02 20
    Fu
    11 /14
    1/2
    SOH
    Figure AT519731A1_C0001
    12/14
    2/2
    Figure AT519731A1_C0002
  9. 13/ 14 österreichisches patentamt
AT501352017A 2017-02-20 2017-02-20 Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie AT519731B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT501352017A AT519731B1 (de) 2017-02-20 2017-02-20 Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie
DE102018103059.2A DE102018103059A1 (de) 2017-02-20 2018-02-12 Verfahren zum Abschätzen einer restlichen Lebensdauer einer aufladbaren Batterie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT501352017A AT519731B1 (de) 2017-02-20 2017-02-20 Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT519731A1 true AT519731A1 (de) 2018-09-15
AT519731B1 AT519731B1 (de) 2019-11-15

Family

ID=63045591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
AT501352017A AT519731B1 (de) 2017-02-20 2017-02-20 Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT519731B1 (de)
DE (1) DE102018103059A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111781504B (zh) * 2020-08-03 2023-09-01 北京理工大学 一种锂离子动力电池老化状态识别与开路电压重构方法
CN115130712B (zh) * 2021-03-29 2025-02-28 加百裕工业股份有限公司 电池剩余使用寿命预测方法
CN116400224B (zh) * 2023-03-28 2025-12-12 广州大学 一种基于工作温度矫正的电池剩余使用寿命预测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040162683A1 (en) * 2003-02-18 2004-08-19 Verbrugge Mark W. Method and apparatus for generalized recursive least-squares process for battery state of charge and state of health
DE102005052448A1 (de) * 2004-11-03 2006-07-20 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit einer Speicherbatterie

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040162683A1 (en) * 2003-02-18 2004-08-19 Verbrugge Mark W. Method and apparatus for generalized recursive least-squares process for battery state of charge and state of health
DE102005052448A1 (de) * 2004-11-03 2006-07-20 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit einer Speicherbatterie

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
On-line adaptive battery impedance parameter and state estimation considering physical principles in reduced order equivalent circuit battery models part 2. Parameter and state estimation, JOURNAL OF POWER SOURCES, vol. 262 (2014) 457 - 482, 27.3.2014 *

Also Published As

Publication number Publication date
AT519731B1 (de) 2019-11-15
DE102018103059A1 (de) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10210516B4 (de) Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln der Funktionsfähigkeit einer Speicherbatterie
DE10231700B4 (de) Verfahren zur Ermittlung des Alterungszustandes einer Speicherbatterie hinsichtlich der entnehmbaren Ladungsmenge und Überwachungseinrichtung
EP3814790B1 (de) Verfahren und batteriemanagementsystem zum ermitteln eines gesundheitszustandes einer sekundärbatterie
EP4123319B1 (de) Verfahren, vorrichtung und computerprogrammprodukt zur lebensdauerabschätzung von batteriespeichern
EP3017496B1 (de) Verfahren zum batteriemanagement und batteriemanagementsystem
DE102018220494A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Bordnetz
DE112014006399T5 (de) Ladezustandschätzvorrichtung für eine Sekundärbatterie
DE102016007479A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batteriezelle und Verfahren zum Bereitstellen eines Ladestromstärkenkennfeldes
DE102018203824A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, Steuerung für einen elektrischen Energiespeicher und Vorrichtung und/oder Fahrzeug
DE112015006416B4 (de) Batterieladungszustandsschätzvorrichtung und Ladungszustandsschätzverfahren
AT519731B1 (de) Verfahren zum abschätzen einer restlichen lebensdauer einer aufladbaren batterie
DE102019126245A1 (de) System und Verfahren zur Bestimmung des Funktionszustandes und/oder Gesundheitszustandes einer elektrischen Batterie
WO2012171730A2 (de) VERFAHREN ZUM ABSCHÄTZEN VON ZUSTANDSGRÖßEN EINES ELEKTRISCHEN ENERGIESPEICHERS
DE102013206188A1 (de) Bestimmen eines Zustands eines Akkumulators
DE102020214917A1 (de) Verfahren zur Bestimmung des Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers, Computerprogrammprodukt und maschinenlesbares Speichermedium
WO2020002012A1 (de) Verfahren zum abschätzen eines zustandes eines elektrischen energiespeichersystems sowie system zum ermitteln einer verbleibenden kapazität eines elektrischen energiespeichersystems
DE102016108974A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustandes einer wiederaufladbaren Batterie sowie System mit einer wiederaufladbaren Batterie
DE102007050346B4 (de) Verfahren zur Plausibilisierung mindestens einer kapazitätsbezogenen Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers
DE102012222457A1 (de) Verfahren zur Ladezustandsüberwachung eines elektro-chemischen Energiespeichers und Ladezustandsüberwachung
DE102013214292B4 (de) Ladezustandserkennung elektrochemischer Speicher
DE102019129902A1 (de) Verfahren und system zum vorhersagen einer motorstart-performance eines elektrischen energiespeichersystems
DE102010027711A1 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Leistungsgrenze einer Batterie für ein Fahrzeug
WO2018103946A1 (de) Verfahren, maschinenlesbares speichermedium und elektronische steuereinheit zum betrieb eines elektrischen energiespeichersystems sowie entsprechendes elektrisches energiespeichersystem
WO2023066616A1 (de) Verfahren zum überwachen eines energiespeichers in einem kraftfahrzeug
EP3895246A1 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrischen energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20250220