AT519731A1 - METHOD FOR ASSESSING A REMAINING LIFE OF A RECHARGEABLE BATTERY - Google Patents

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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
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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.The invention relates to a method for estimating a remaining service life (RUL) of a rechargeable battery, in particular a lithium-ion battery, wherein at least one momentary state of aging (SOHk) of the battery is determined. In order to determine the remaining useful life of a rechargeable battery in the simplest possible yet accurate manner, it is provided that the actual course of the aging state (SOH) of the battery over the life (t) of the battery by at least two different linear functions (SOH1, SOH2). approximating each function (SOH1, SOH2) to different lifetime ranges (A, B).

Description

Z U S A M M E N F A S S U N GSUMMARY

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.The invention relates to a method for estimating a remaining service life (RUL) of a rechargeable battery, in particular a lithium-ion battery, at least one instantaneous state of aging (SOHk) of the battery being determined.

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.In order to determine the remaining service life of a rechargeable battery in the simplest but most precise manner possible, it is provided that the real course of the aging condition (SOH) of the battery over the life (t) of the battery is determined by at least two different linear functions (SOH1, SOH2) is approximated, each function (SOH1, SOH2) being assigned to different lifetime areas (A, B).

Fig. 2 / 14Fig. 2/14

21039AT21039AT

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.The invention relates to a method for estimating a remaining service life of a rechargeable battery, in particular a lithium-ion battery, at least one instantaneous state of aging of the battery being determined.

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.The aging condition of a rechargeable battery can be described, for example, by the ratio of the current available battery capacity to the originally available battery capacity. The end of the service life can be defined as the point in time at which the available battery capacity is only 80% or 75% of the originally available battery capacity. Another approach, which is particularly common in hybrid applications in the automotive sector, uses the increase in the internal resistance of the battery as a criterion for defining the battery life. For example, the end of the life of the battery can be considered to have been reached when the internal resistance of the battery is approximately 150% to 200% of the original internal resistance.

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.The remaining service life or remaining, remaining service life of the battery is regarded as the time period between the observation time and the end of the service life. The capacity represents the amount of charge that can be drawn from a battery between a full and a discharged state.

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.The remaining useful life or lifespan is usually estimated using relatively complex methods which place high demands on the available computing power of the system used for the determination, for example a control unit, a battery management system or the like. Provide this computing power. However, this is often not available in conventional battery management systems.

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 / 14In the publication “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 describes a combination of exponential and polynomial models for predicting the aging condition of a battery. Also in the article "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.Management Society, 2012 uses a non-linear model to predict the remaining life of a battery.

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.In “Health Monitoring and Remaining Useful Life Estimation of Lithium-Ion Aerotautical Batteries, JAMPenna, CLNascimento Junior, LRRodrigues, in Aerospace Conference, Big Sky, 2012 it is proposed to describe the course of the aging condition by a linear regression function and the charge cycle number to be calculated in which only a minimum discharge capacity of the battery assigned to the end of the service life is available, an uncertainty range being taken into account. A similar method for estimating the capacity and the remaining service life of a battery is known from CN 103399276 A, taking into account a number of parameters such as the number of past charge / discharge cycles, discharge voltage and remaining capacity after each charging or discharging process. Furthermore, DE 10 2011 005 711 A1 describes a method for operating an energy store, in which at least one parameter is determined in order to predetermine the remaining duration of the functionality on the basis of a target gradient. Since in many cases the progression of the aging state of a battery is non-linear, the approximation of the progression by a simple linear regression results in a relatively large area of uncertainty.

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.A method for determining the aging condition of a battery is known from US 2013 166 233 A, wherein acceleration factors for aging are determined in order to accelerate the test and validation time.

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.In US 8 334 342 B, a mathematical aging model is used to describe the battery behavior during individual discharge cycles as well as during the entire service life. Here, too, a relatively high computing effort is required.

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.The object of the invention is to provide a method which makes it possible to determine the remaining useful life of a rechargeable battery in the simplest possible but nevertheless precise manner.

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.According to the invention, this is achieved in that the real course of the aging state of the battery over the life of the battery is approximated by / 14 at least two different linear functions, each function being assigned to different life time ranges.

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.It is preferably provided that the course of the aging state of the battery over the life of the battery is approximated by a linear first function in a first lifetime and a linear second function in a second lifetime, the linear second function having a greater negative slope than the first Function, and wherein preferably the first function and the second function have a common intersection in a transition area from the first and the second lifetime area.

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.A quick estimate of the remaining service life can be achieved if a current service life of the battery is determined on the basis of the current state of aging using at least one of the linear functions.

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:In order to accurately estimate the remaining service life, the remaining service life RULder battery can be calculated according to one of the following equations, depending on the determined instant of life:

SOH1 wenn sich der Alterungszustand der Batterie im ersten Lebenszeitbereich befindet undSOH1 if the aging status of the battery is in the first lifetime and

EoL-SOHk wenn sich der Alterungszustand der Batterie im zweiten Lebenszeitbereich befindet, wobeiEoL-SOH k if the battery is in the second lifetime, where

a........................der Alterungszustand der Batterie im Übergangspunkt zwischen erstem und zweitem Lebenszeitbereich,a ........................ the age of the battery at the transition point between the first and second lifetime,

SOHk..................der berechnete momentane Alterungszustand der BatterieSOHk .................. the calculated current state of aging of the battery

EoL....................der Alterungszustand der Batterie am Lebensdauerende . _dSOHi 1 _ dt ......die Steigung der ersten FunktionEoL .................... the aging condition of the battery at the end of its service life. _dSOHi 1 _ dt ...... the slope of the first function

4/14 dSOH?4/14 dSOH?

SQHj =----dt ......die Steigung der zweiten Funktion p= SÖHz/SÖH!.....die Alterungssteigerungsrate im zweiten Lebenszeitbereich relativ zum ersten Lebenszeitbereich ist.SQHj = ---- dt ...... the slope of the second function p = SÖHz / SÖH! ..... the rate of aging in the second lifetime is relative to the first lifetime.

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.The first and second linear functions can be determined in one learning step by linear regression of at least two different aging states in the first and second life span of a battery, for example a reference battery in the first and second life span.

Auf diese Weise lässt sich mit sehr geringer Rechenleistung eine genaue Abschätzung der restlichen Lebensdauer der aufladbaren Batterie in sehr kurzer Zeit durchführen.In this way, the remaining service life of the rechargeable battery can be estimated in a very short time with very little computing power.

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 a variant of the invention, in particular when used in the automotive field, the method is carried out online, that is to say while a battery is in operation. This means that the remaining lifespan is estimated in real time, because due to the low computing power required, it can be carried out while the ferry is running (online).

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.In one use of the method according to the invention, the remaining service life of a battery used in the automotive sector, in particular a hybrid vehicle, is determined. A hybrid vehicle is understood to mean a motor vehicle with an electric motor and an additional internal combustion engine - as a drive or for operating a generator. Of course, the invention can also be applied to a pure electric vehicle.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen, welche in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert. Darin zeigenThe invention is explained in more detail below on the basis of non-limiting exemplary embodiments which are illustrated in the figures. Show in it

Fig. 1 den Verlauf des Alterungszustandes einer aufladbaren Batterie bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,1 shows the course of the aging state of a rechargeable battery when using the method according to the invention,

Fig. 2 ein erstes Beispiel einer Abschätzung einer restlichen Lebensdauer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und / 142 shows a first example of an estimation of a remaining service life using the method according to the invention, and / 14

Fig. 3 ein zweites Beispiel einer Abschätzung einer restlichen Lebensdauer mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.3 shows a second example of an estimation of a remaining service life using the method according to the invention.

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 SOH1.1 shows the course of the aging state SOH of a rechargeable battery assumed in the method according to the invention, the aging state SOH (State of Health) being plotted in percent over time t. The real course of the aging state SOH is approximated by two linearly decreasing functions, the linear first function SOH1 and the linear second function SOH2 with different slopes dSOH1 / dt, dSOH2 / dt, the second function SOH2 being more inclined with respect to the time axis , as the first function 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.The straight lines of the first linear function SOH1 and the second linear function SOH2 intersect at the intersection point S. Each function SOH1, SOH2 is assigned to different lifetime areas A, B of the battery, the two lifetime areas A, B by the transition time tlnAg corresponding to the intersection point S are separated from each other. The first lifetime area A lies before the transition time tlnAg, while the second lifetime area B lies after the transition time tlnAg. The transition time tlnAg thus indicates the end of slow aging and the beginning of accelerated aging of the battery. The aging state of the battery approximated by the intersection S of the two functions SOH1, SOH2 at the transition time tlnAg is denoted by a.

Das Ende der Nutzungs- bzw. Lebensdauer Batterie tEOL ist dann erreicht, wenn der Alterungszustand SOH einen kritischen Alterungszustand EoL erreicht bzw. unterschreitet.The end of the service life of the battery tEOL is reached when the aging state SOH reaches or falls below a critical aging state EoL.

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.FIG. 2 shows a first exemplary embodiment for an estimation of the remaining service life for a battery at the present time T, which is in the first service life range A, before the transition time tlnAg, that is, before an accelerated aging progress occurs, using the method according to the invention. “X” denotes continuously or discontinuously recorded aging states SOH of the battery during the previous service life tA. Methods for ascertaining the aging states of batteries are known to the person skilled in the art.

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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.A first linear function SOH1 is determined from these determined aging states “X by interpolation. Alternatively, this first linear function SOH1 can also be found in a reference battery. If the aging state a is known at the transition to accelerated aging, assuming a progressive rate of aging p, a linear second function SOH2 can be estimated from empirical values, which intersects with point S - the known aging state a at the transition to accelerated aging - with the first function SOH1.

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.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, is the moment in time? still a time ti from the transition time tinAg. T2 denotes the duration known from the second function SOH2 between the transition time tinAg and the end of the battery life tEOL. The remaining service life RUL is thus calculated from the time period ti and the time period t2.

Die restliche Lebensdauer RUL ergibt sich in diesem ersten Fall nach der folgenden Gleichung:The remaining service life RUL results in this first case according to the following equation:

— a~SCHk _ SCH1 pSGHi (i)- a ~ SCH k _ 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.Here, a is the aging state of the battery at the transition point between the first A and the second lifetime range B, SOH or the calculated current aging state SOH of the battery and EoL the aging state of the battery at the end of the lifetime.

rfSOHirfSOHi

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. 1_ dt is the slope of the first function SOH1, and p = SÖHz / SÖH! is an aging rate in the second lifetime B relative to the first lifetime 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 somitIn the second exemplary embodiment shown in FIG. 3 for an estimation of the remaining service life of a battery carried out according to the method according to the invention, the instantaneous time T under consideration is in the second service life range B, that is to say after the transition time tinAg and thus

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.7/14 after the onset of accelerated aging. Again, “X” indicates aging states SOH of the battery that have been continuously or discontinuously during the past past service life tA. A first linear function SOH1 and a second linear function SOH2 can be determined from these determined aging states “X” if the transition time tinAg or the aging state a at the transition to accelerated aging - for example from a reference battery - is known.

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.The intersection of the second function SOH2 with the defined aging state EoL at the end of the service life Ieol results in the time period t2, which corresponds to the remaining service life RUL here.

Die restliche Lebensdauer ergibt sich in diesem zweiten Fall aus der folgenden Gleichung:In this second case, the remaining service life results from the following equation:

EaL-SQHkEAL-SQHk

RUL =----:----SQH2 (2)RUL = ---- : ---- SQH 2 (2)

Zusätzlich zu den für Gleichung (1) erläuterten Bedeutungen bezeichnet hier dSOH2 — _____2 dt die Steigung der zweiten Funktion SOH2.In addition to the meanings explained for equation (1), dSOH 2 - _____ 2 dt here denotes the slope of the second function 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.A plausibility of the determined remaining service life can be ensured if a maximum service life RULmax of the battery is defined and the determined remaining service life RUL is less than this maximum service life RULmax. The maximum service life RULmax can be determined using a constant rate of aging p = l.

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.In order to enable a particularly reliable determination of the remaining service life RUL, in a variant of the invention a minimum number of continuously or discontinuously ascertained aging states SOH of the battery is ascertained (the points denoted by “X in FIGS. 2 and 3). This ensures that there is a plausible time derivation of the aging condition.

8/148/14

Die genannten Bedingungen können als Bedingungen in das erfindungsgenmäße Verfahren aufgenommen werden.The conditions mentioned can be included as conditions in the process according to the invention.

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 / 14Due to the low processing power requirements of the method, it can also be used online, i.e. while a battery is in operation. This allows the remaining battery life to be calculated in real time. A possible application is therefore a battery management system (BMS), for example a vehicle control unit, in particular for a hybrid vehicle, in which a BMS is integrated with the method according to the invention / 14

Claims (9)

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.1. A method for estimating a remaining service life (R.UL) of a rechargeable battery, in particular a lithium-ion battery, wherein at least one instantaneous state of aging (SOHk) of the battery is determined, characterized in that the real course of the state of aging (SOH) of the Battery over the life (t) of the battery is approximated by at least two different linear functions (SOH1, SOH2), each function (SOH1, SOH2) being assigned to different life time ranges (A, B). 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.2. The method according to claim 1, characterized in that the course of the aging state (SOH) of the battery over the life (t) of the battery by a linear first function (SOH1) in a first lifetime area (A) and a linear second function (SOH2 ) is approximated in a second lifetime area (B), the linear second function (SOH2) having a greater slope than the first function, and preferably the first function (SOH1) and the second function (SOH2) in a transition area from the first to the have a common intersection (S) in the second lifetime area (B). 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.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a current lifetime (T) of the battery is determined on the basis of the current state of aging (SOHk). 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:4. The method according to claim 3, characterized in that the remaining life R.UL of the battery is calculated according to one of the following equations as a function of the determined instantaneous life time (T): - a~S0Iik- a ~ S0Ii k SQHi pSÖHi' wenn sich der momentane Alterungszustand (SOHk)der Batterie im ersten Lebenszeitbereich (A) befindet undSQHi pSÖHi 'if the current state of aging (SOHk) of the battery is in the first lifetime (A) and RUL =RUL = EoL - SOHkEoL - SOHk SÖfi2 SÖfi 2 10/14 wenn sich der momentane Alterungszustand (SOHk) der Batterie im zweiten Lebenszeitbereich (B) befindet, wobei10/14 if the current state of aging (SOHk) of the battery is in the second lifetime (B), whereby a........................der Alterungszustand der Batterie im Übergangspunkt zwischen erstem (A) und zweitem Lebenszeitbereich (B),a ........................ the age of the battery at the transition point between the first (A) and the second lifetime (B), SOHk..................der berechnete momentane Alterungszustand der BatterieSOHk .................. the calculated current state of aging of the battery EoL....................der Alterungszustand der Batterie am Lebensdauerende dSOH,EoL .................... the aging of the battery at the end of its service life 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.SQH. = ----- 31 dt ...... the slope of the first function (SOH1) dSOH 2 - _____ 2 dt ...... the slope of the second function (SOH2) p = ..... one Aging rate in the second lifetime (B) relative to the first lifetime (A). 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.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that in a learning step, the first function (SOH1) is determined by linear regression of at least two different aging states of a battery, preferably a reference battery, in the first life span (A). 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.6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that in a learning step the second function (SOH2) is determined by linear regression of at least two different aging states of a battery, preferably a reference battery, in the second life span (B). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es online während des laufenden Betriebs einer Batterie durchgeführt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is carried out online while a battery is in operation. 8. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Ermittlung der restlichen Lebensdauer einer im Automobilbereich, insbesondere einem Hybridfahrzeug, eingesetzten Batterie.8. Use of a method according to one of claims 1 to 7 for determining the remaining life of a battery used in the automotive field, in particular a hybrid vehicle. 2017 02 202017 02 20 FuFu 11 /1411/14 1/21.2 SOHSOH
Figure AT519731A1_C0001
Figure AT519731A1_C0001
 12/1412/14 2/22.2
Figure AT519731A1_C0002
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 13/ 14 österreichisches patentamt13/14 austrian patent office
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