DE102007029956A1

DE102007029956A1 - Method for determining effective and actual capacity of accumulator, particularly lithium-ion battery, involves determining initial value of open-circuit voltage, and changing primary load by load difference value

Info

Publication number: DE102007029956A1
Application number: DE102007029956A
Authority: DE
Inventors: Mario Roessler; Jake Mountain View Christensen; Dieter Hanauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-01-02

Abstract

The method involves determining an initial value (U-1) of open-circuit voltage. A primary load (Q-1) is changed into a secondary load (Q-2) by a load difference value. The secondary load is stored in an accumulator. A final value (U-2) of the open-circuit voltage is determined after changing the load. An effective capacity of a predetermined relationship between an effective capacity of a battery, a charge difference and an open-circuit voltage difference from the difference between the initial and final value of open-circuit voltage, is determined.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von Messverfahren zur Ermittlung des Ladezustands von Akkumulatoren, insbesondere von Li-Ionen-Zellen. Hierbei wird die Zellspannung des Akkus gemessen, um daraus den Ladezustand (state of charge, SOC) zu ermitteln. Zusammenhang zwischen Ladezustand und Zellspannung ergibt sich aus der Nernstschen Gleichung, sowie aus weiteren Effekten.The The invention is based on measuring methods for determining the state of charge of accumulators, in particular of Li-ion cells. Here is the Cell voltage of the battery measured to from the state of charge of charge, SOC). Relationship between state of charge and cell voltage results from the Nernst equation, as well from further effects.

Mit zunehmender Alterung, d. h. mit steigender Anzahl an Lade-/Entladezyklen, kommt es in dem Akkumulator zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust, so dass die maximal zur Verfügung stehende Kapazität und somit die maximal zu speichernde Leistung mit der Zeit und mit der Benutzung abnimmt. Da sich der Ladezustand als Verhältnis der momentan gespeicherten Ladung zu der maximal zu speichernden Ladung definiert und die maximal zu speichernde Ladung von der Alterung abhängt, sind sowohl Ladezustand als auch maximal zur Verfügung stehende Kapazität durch das oben genannte Verfahren nicht zu bestimmen.With increasing aging, d. H. with increasing number of charge / discharge cycles, is there an irreversible loss of capacity in the accumulator, so that the maximum available capacity and thus the maximum power to be stored with time and with the use decreases. Because the state of charge as a ratio the currently stored charge to the maximum to be stored Charge defined and the maximum charge to be stored from aging depends on both state of charge and maximum available Capacity not to be determined by the above method.

In der Druckschrift US 2002/0012830 A1 werden verschiedene Lithium-Ionen-Akkumulatoren vorgeschlagen, die einen geringen Kapazitätsanteil haben, der zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie nicht zur Verfügung steht. Ferner weisen diese Akkumulatoren einen schwächeren Alterungsprozess auf, wobei verschiedene Strukturen und Zusammensetzungen vorgeschlagen werden.In the publication US 2002/0012830 A1 various lithium-ion batteries are proposed, which have a small capacity portion, which is not available for storage and delivery of electrical energy. Furthermore, these accumulators have a weaker aging process, suggesting various structures and compositions.

Insbesondere lässt sich bei der Erfassung bei der Zellspannung, nur der SOC bestimmen, nicht aber die entnehmbare Ladung bzw. Energie, da die absolute Kapazität nicht bekannt ist.Especially can be detected at cell voltage detection, only determine the SOC, but not the extractable charge or energy, because the absolute capacity is unknown.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung erlaubt eine Einschätzung der wirksamen Kapazität einer Akkumulatorvorrichtung mittels kostengünstig durchzuführender Spannungsmessungen. Erfindungsgemäß ist die Ruhespannung, d. h. die Spannung des Akkumulators ohne Belastung im Leerlauffall, als Funktion der entnommenen Ladung diejenige physikalische Größe, aus der sich die wirksame Kapazität, d. h. die maximal zur Speicherung elektrischer Energie zur Verfügung stehende Kapazität, ermitteln lässt.The Invention allows an estimation of the effective capacity an accumulator device by means of inexpensive to be performed Voltage measurements. According to the invention, the quiescent voltage, d. H. the voltage of the accumulator without load during idling, as a function of the removed charge that physical quantity, from which the effective capacity, d. H. the maximum available for storing electrical energy Capacity, can be determined.

Hierzu wird zunächst ein erster Ruhespannungswert gemessen, wobei danach die Akkumulatorvorrichtung geladen oder entladen wird, um mit der so geänderten Ladung einen zweiten Ruhespannungswert die Akkumulatorvorrichtung bei geänderter Ladung zu ermitteln. Es wurde erkannt, dass sich die wirksame Kapazität aus der Spannungsänderung zwischen den zwei gemessenen Ruhespannungen bezogen auf die Ladungsänderung ergibt.For this First, a first resting voltage value is measured, wherein then the accumulator device is charged or discharged to with the charge thus changed, a second quiescent voltage value to determine the accumulator device with changed charge. It was recognized that the effective capacity is out the voltage change between the two measured rest voltages related on the charge change results.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Zusammenhang zwischen Spannungsänderung (d. h. Änderung der Leerlaufspannung), Ladungsänderung und Kapazität, wonach bei geringen Kapazitäten (beispielsweise ein gealterter Akkumulator) eine geringe Ladungsänderung eine hohe Spannungsänderung hervorruft, und sich bei hohen Kapazitäten (beispielsweise ein neuer Akkumulator) auch bei starken Ladungsänderungen nur eine geringe Spannungsänderung ergibt. Mit anderen Worten beeinflusst die Änderung der Ladung, beispielsweise durch Entladen, die Spannung (bei Leerlauf) eines neuen, nicht gealterten Akkumulators mit hoher Kapazität weniger, als einen gealterten Akkumulator, der eine dementsprechend geringere Kapazität aufweist.The inventive method is based on the context between voltage change (i.e., change in Open circuit voltage), charge change and capacitance, after which at low capacities (for example, an aged one) Accumulator) a small charge change a high voltage change and at high capacities (for example a new accumulator) even with strong charge changes only a small change in voltage results. With others Words affects the change of charge, for example by Discharge the voltage (at idle) of a new, unaged High capacity accumulator less than an aged one Accumulator, which has a correspondingly lower capacity having.

Erfindungsgemäß wird die Ladungsänderung absolut erfasst, indem diese aktiv durch einen gesteuerten Stromfluss herbeigeführt wird, oder indem ein Lade-/Entladevorgang, wie er durch einen angeschlossenen Verbraucher hervorgerufen wird, genau erfasst wird, um zu ermitteln, um welchen Ladungsbetrag die Ladung in dem Akkumulator verändert wurde.According to the invention the charge change is detected absolutely by making these active is caused by a controlled current flow, or by a charge / discharge process as connected by a Consumer is accurately recorded to determine by what amount of charge the charge in the accumulator changes has been.

Vor der Änderung und nach der Änderung werden ein erster Ruhespannungswert und ein zweiter Ruhespannungswert ermittelt, wobei die Differenz zwischen dem ersten Ruhespannungswert und dem zweiten Ruhespannungswert zu der absoluten Ladungsänderung in Bezug gesetzt wird. Dieses Verhältnis wird beispielsweise mit einer Werttabelle verglichen, die ein derartiges Differenzverhältnis zu Kapazitätswerten in Beziehung setzt. Die Einträge dieser Tabelle können durch eine vorherige, akkumulatortypspezifische Messreihe erfasst werden, in der verschiedene, alterungsbedingte Kapazitätswerte bzw. Änderungen in den Kapazitäten dem jeweiligen Einfluss der Ladungsänderung auf die Änderung der Ruhespannung bzw. Leerlaufspannung gegenübergestellt ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann ein Interpolationsverfahren verwendet werden, das einen Verhältniswert aus Ladungsänderung und Ruhespannung, der zwischen zwei Einträgen in der Tabelle liegt, entsprechend interpoliert und eine zugehörige Kapazität bestimmt. Ferner ist die Ermittlung der Kapazität durch eine Näherungsgleichung, beispielsweise eine Reihenentwicklung, möglich, die das alterungsbedingte Verhalten des Akkumulators nachbildet und annähert.In front the change and after the change will be first rest voltage value and a second rest voltage value determined, wherein the difference between the first rest voltage value and the second Quiescent voltage value to the absolute charge change in relation is set. This ratio is for example with of a value table which has such a difference ratio relates to capacity values. The entries This table may be preceded by a previous, accumulator type specific Measurement series are recorded in the different, age-related Capacity values or changes in capacities the respective influence of the charge change on the change the open circuit voltage or open circuit voltage compared is. Alternatively or in combination with this, an interpolation method be used, which has a ratio of charge change and rest voltage, between two entries in the table is interpolated accordingly and an associated capacity certainly. Furthermore, the determination of capacity by an approximation equation, for example a series expansion, possible, which simulates the aging-related behavior of the accumulator and approach.

Diese Berechnungsverfahren können auch kombiniert werden, beispielsweise durch Mittelung oder Gewichtsermittelung. Vorzugsweise werden zwei Messpunkte verwendet, d. h. ein erster Ruhespannungswert, der einer ersten Ladung entspricht und ein zweiter Ruhespannungswert, der einer zweiten Ladung entspricht, wobei lediglich die Differenz zwischen den beiden Ladungen gemessen bzw. bekannt ist.These calculation methods can also be combined, for example by averaging or weighting. Preferably, two measuring points are used, ie a first rest voltage value corresponding to a first charge and a second rest voltage value corresponding to a second charge, wherein only the difference between the two charges is measured or known.

Alternativ können auch mehrere Messpunkte genommen werden, beispielsweise um die Genauigkeit eines Näherungsverfahrens zu erhöhen oder um durch Mittelung einen genaueren Wert zu erreichen. Falls drei Messpunkte verwendet werden, so ergeben sich ein erster und ein zweiter Ruhespannungswert, dessen Differenz zu der entsprechenden Ladungsänderung zwischen dem ersten und zweiten Ruhespannungswert in Beziehung gesetzt wird. Ferner ergibt sich eine zweite Spannungsdifferenz zwischen einem zweiten Ruhespannungswert und einem dritten Ruhespannungswert, sowie eine zweite Ladungsänderung, die der Ladungsänderung zwischen dem zweiten Ruhespannungswert und dem dritten Ruhespannungswert entspricht. Ferner kann auch zur Ermittlung der Unterschied zwischen dem ersten und dem dritten Ruhespannungswert und die gesamte Ladungsänderung, die sich zwischen dem ersten und dem dritten Ruhespannungswert ergeben hat, zur Ermittlung eines Kapazitätswerts herangezogen werden. Insgesamt werden sich daher drei verschiedene Kapazitätswerte ermitteln, die miteinander beliebig kombiniert werden können und die auf verschiedene oder auf die gleiche Weise aus der jeweiligen Ruhespannungsdifferenz und dem entsprechenden Ladungsdifferenzwert erzeugt werden können.alternative can also be taken several measuring points, for example to increase the accuracy of approximation or to achieve a more accurate value by averaging. If three measuring points are used, then a first and a second rest voltage value, the difference thereof to the corresponding one Charge change between the first and second standby voltage value is related. Furthermore, there is a second voltage difference between a second rest voltage value and a third rest voltage value, and a second charge change, that of the charge change between the second standby voltage value and the third standby voltage value equivalent. It can also be used to determine the difference between the first and third standby voltage values and the total charge change, which has resulted between the first and the third rest voltage value, be used to determine a capacity value. Overall, therefore, will be three different capacity values determine which can be combined with each other arbitrarily and in different ways or the same way Quiescent voltage difference and the corresponding charge difference value can be generated.

Im Allgemeinen können N verschiedene Messpunkte genommen werden, insbesondere wenn sich nicht-lineare Zusammenhänge zwischen den Messgrößen Ruhespannung und Ladungsdifferenz und der zu ermittelnden Größe Kapazität ergeben. Ferner können, neben mehreren Messpunkten, auch gleichzeitig mehrere Ermittlungsverfahren zur Schätzung der wirksamen Kapazität herangezogen werden, d. h. eine Messwerttabelle, eine Näherungsgleichung oder eine Interpolation. Die erhaltenen Messwerte können kombiniert werden. Ferner können auch die Verfahren miteinander kombiniert werden. Als Kombination können alle statistischen Kombinationen der Messwerte herangezogen werden, beispielsweise eine arithmetische Mittelung, eine gewichtete Mittelung oder eine Mittelung der Kapazitätsschätzwerte, deren Gewichtung von Ruhespannungswerten, Ladungsdifferenzwerten und anderen Betriebsgrößen abhängt.in the In general, N different measuring points can be taken, especially when there are non-linear relationships between the parameters quiescent voltage and charge difference and determine the size to be determined capacity. Further can, in addition to several measuring points, also several at the same time Preliminary investigation to estimate the effective capacity be used, d. H. a measurement table, an approximation equation or an interpolation. The obtained measured values can be combined. Furthermore, the methods can also be used together be combined. As a combination, all statistical Combinations of the measured values are used, for example a arithmetic averaging, weighted averaging or averaging the capacity estimates, their weighting of Resting voltage values, charge differential values and other operating variables depends.

Die Ruhespannungswerte werden durch Messungen der Klemmspannung der Akkumulatoren im Leerlauf vorgesehen. Als Leerlauf wird ein Lade- bzw. Entladestrom angesehen, der kleiner als ein Schwellwert ist, ab dem die Messung deutlich verfälscht wird. Der Schwellwert hängt vorzugsweise proportional von der Nenn-Kapazität des Akkumulators ab. Beispielsweise kann ein Leerlaufstrom bei der Messung einer Ruhespannung noch toleriert werden, der geringer als 10 mA ist, wenn Akkumulator eine Kapazität von über 10 Ah aufweist. Hingegen muss ein geringerer Schwellwert verwendet werden, wenn Akkumulatoren mit geringen Kapazitäten, beispielsweise 800 mAh, verwendet werden. Vorzugsweise liegt der Schwellwert des noch zulässigen Stroms im Leerlauf, d. h. des noch zulässigen Ruhestroms zwischen ca. 1/2000–1/50 oder vorzugsweise zwischen, 1/1000 und 1/200 des Nennwerts der Kapazität in Ah. Diese noch zulässigen Restströme können beispielsweise in Bordnetzen von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen zur Unterhaltung einiger weniger Komponenten verwendet werden, beispielsweise Alarmanlage und Uhr. Ferner kann die Beeinflussung durch der Ruhestrom durch vollständiges Trennen und Anschließen einiger oder eines Verbrauchers mit geringem Strombedarf erfasst werden, wobei jeweils die Akkumulatorspannung gemessen wird, um den sich ergebenden Fehler zu kompensieren und zu berücksichtigen, oder um die Messgenauigkeit zu erfassen.The Resting voltage values are determined by measurements of the clamping voltage of the Accumulators idle provided. When idle is a loading or Discharge current is considered, which is less than a threshold value which the measurement is significantly falsified. The threshold preferably depends proportionally on the rated capacity of the accumulator. For example, an idling current in the Measurement of a rest voltage can still be tolerated, the lower than 10 mA is when the accumulator has a capacity of over 10 Ah. On the other hand, a lower threshold must be used be when low-capacity batteries, for example 800 mAh. Preferably, the threshold value of still allowable current at idle, d. H. the still permissible Quiescent current between about 1 / 2000-1 / 50 or preferably between, 1/1000 and 1/200 of the nominal value of the capacity in Ah. These still allowable residual currents, for example in on-board networks of hybrid vehicles or electric vehicles for entertainment Some components are used, such as alarm systems and clock. Furthermore, the influence of the quiescent current through completely disconnecting and connecting some or a consumer with a low power requirement, whereby in each case the accumulator voltage is measured to the resulting Errors to compensate and take into account, or to to capture the measurement accuracy.

Vorzugsweise wird jedoch der Akkumulator zur erfindungsgemäßen Ermittlung der wirksamen Kapazität vollständig von Verbrauchern oder Stromerzeugern abgetrennt, um einen Spannungsabfall am Innenwiderstand und andere Effekte innerhalb des Akkumulators zu unterdrücken. Wurde der Akkumulator, beispielsweise durch Entladen, belastet, so relaxiert die Klemmspannung nur langsam gegen die Ruhespannung, im Wesentlichen mit einem zeitlichen Verlauf, der einer negativ-exponentiellen Entwicklung entspricht. Daher wird vorzugsweise das Verfahren nicht direkt nach Beenden eines Lade- bzw. Entladevorgangs des Akkumulators durchgeführt, sondern nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die gewährleistet, dass die Relaxationsprozesse innerhalb des Akkumulators im Wesentlichen abgeschlossen sind und somit die durch die Relaxation auftretenden Fehler vernachlässigbar sind. Anstatt jedoch das Ende oder das Abklingen des Relaxationsprozesses nach Betreiben des Akkumulators abzuwarten, kann auch der zeitliche Verlauf der Klemmspannung zur Approximation eines einzelnen (d. h. ersten, zweiten oder weiteren) Ruhespannungswerts herangezogen werden. Dadurch beschleunigt sich das Messverfahren. Soll beispielsweise ein einzelner Ruhespannungswert erfasst werden, so können innerhalb einer bestimmten Zeitdauer zwei Klemmspannungswerte erfasst werden, die die Ermittlung des Ruhespannungswerts erlauben, auf die sich die Klemmspannung hinentwickelt. Beispielsweise kann angenommen werden, dass es sich bei der zeitlichen Entwicklung der Klemmspannung um ein im Wesentlichen negativ-exponentiellen Verlauf handelt, so dass durch zwei einzelne Messpunkte, die zeitlich voneinander beabstandet sind, die Zeitkonstante τ ermittelt werden kann, durch die der Verlauf der negativ-exponentiellen Funktion definiert ist. Die Ermittlung eines einzelnen Ruhespannungswerts umfasst somit die Erfassung von mindestens zwei Klemmspannungswerten, die zeitlich voneinander beabstandet sind und beispielsweise aufeinander folgen, und der Extrapolation des Verlaufs anhand dieser Messwerte der Klemmspannung, um zu dem zu erwartenden Ruhespannungswert zu kommen.Preferably, however, the accumulator for determining the effective capacitance according to the invention is completely separated from consumers or generators in order to suppress a voltage drop across the internal resistance and other effects within the accumulator. If the accumulator has been loaded, for example by discharging, then the clamping voltage relaxes only slowly against the quiescent voltage, essentially with a time course which corresponds to a negative-exponential development. Therefore, preferably, the method is not performed directly after completion of a charging or discharging operation of the accumulator, but after a predetermined period of time, which ensures that the relaxation processes within the accumulator are substantially completed and thus the errors occurring due to the relaxation are negligible. However, rather than waiting for the relaxation process to end or fade after operating the accumulator, the timing of the clamp voltage may also be used to approximate a single (ie, first, second or other) quiescent voltage value. This speeds up the measuring process. If, for example, a single standby voltage value is to be detected, two terminal voltage values can be detected within a certain period of time, which allow the determination of the standstill voltage value to which the clamping voltage develops. For example, it can be assumed that the temporal development of the clamping voltage is a substantially negative-exponential curve, so that the time constant τ 2 is separated by two individual measuring points which are temporally spaced apart from one another can be determined by which the course of the negative-exponential function is defined. The determination of a single rest voltage value thus comprises the detection of at least two terminal voltage values, which are temporally spaced apart and follow one another, for example, and the extrapolation of the course from these measured values of the clamping voltage to arrive at the expected rest voltage value.

Statt einer negativ-exponentiellen Näherung zur Errechnung des Ruhespannungswerts aus Messpunkten der Klemmspannung kann auch ein anderer angenäherter Verlauf, beispielsweise mittels einer Reihennäherung, verwendet werden, oder eine Tabelle, aus der sich die endgültige Ruhespannung aus zwei Messwerten der Klemmspannung und dem zeitlichen Verhältnis der Messungen zueinander ergibt. Die Tabelle kann auch die Grundlage einer Extrapolationsberechnung sein und kann ferner weitere Betriebsparameter wie Akkumulatortyp, Betriebstemperatur und ähnliches berücksichtigen. Ferner können, wie auch bei der Berechnung der Kapazitätswerte, Interpolationen mehrerer Messungen bzw. Messreihen durchgeführt werden, um einen Ruhespannungswert zu ermitteln. Diese Maßnahmen zur Ermittlung eines Ruhespannungswerts können auch kombiniert werden, beispielsweise durch gewichtete oder ungewichtete Mittelung. Ferner kann, ausgehend von zwei aufeinander folgenden Messwerten der Klemmspannung, die zu einem gemeinsamen Ruhespannungswert gehören, und zwei weiteren Messungen, die zu einem zweiten Ruhespannungswert gehören, unter Berücksichtigung eines Ladungsdifferenzwerts, der die Differenz zwischen den beiden Ruhespannungswerten entspricht, direkt die wirksame Kapazität ermittelt werden, ohne einen ersten Ruhespannungswert und einen zweiten Ruhespannungswert als Zwischengröße zu ermitteln.Instead of a negative-exponential approximation to the calculation of the Resting voltage value from measuring points of the clamping voltage can also be another approximate course, for example by means of a row approximation, be used, or a table that makes up the final one Resting voltage from two measured values of the clamping voltage and the temporal Ratio of the measurements gives each other. The table can also be the basis of an extrapolation calculation and may also have other operating parameters such as accumulator type, operating temperature and the like. Furthermore, like also when calculating the capacitance values, interpolations several measurements or series of measurements are carried out, to determine a quiescent voltage value. These measures for determining a rest voltage value can also be combined such as weighted or unweighted averaging. Furthermore, based on two consecutive measured values of the Clamping voltage, which belong to a common resting voltage value, and two further measurements leading to a second quiescent voltage value taking into account a charge differential value, which corresponds to the difference between the two rest voltage values, directly the effective capacity can be determined without a first rest voltage value and a second rest voltage value as To determine intermediate size.

Die Erstellung entsprechender Messwert-Kennfelder kann auf Messungen am verwendeten Akkumulatortyp, numerischen Näherungen oder einer Kombination hiervon, beispielsweise eine Interpolation, beruhen. Ferner kann, anstatt oder in Kombination mit den wirksamen Kapazitäten auch ein Kapazitätsnennwert und ein irreversibler Kapazitätsverlust verwendet werden, wobei der irreversible Kapazitätsverlust der alterungsbedingten Verringerung der Kapazität entspricht, und die wirksame Kapazität die Differenz zwischen der ursprünglichen oder der Nennkapazität und dem irreversiblen Kapazitätsverlust entspricht.The Creating corresponding measured value maps can be based on measurements on the used accumulator type, numerical approximations or one Combination thereof, for example, an interpolation based. Furthermore, instead of or in combination with the effective capacities also a nominal capacity and irreversible capacity loss be used, with the irreversible capacity loss corresponds to the age-related reduction in capacity, and the effective capacity is the difference between the original one or nominal capacity and irreversible capacity loss equivalent.

Die Änderung der Ladung um einen Ladungsdifferenzwert, um von einem ersten Messpunkt zu einem zweiten Messpunkt zu kommen, kann ausschließlich gesteuert geschehen, beispielsweise durch die gezielte Entladung über einen Widerstand oder einen anderen Verbraucher. Ferner kann in gleicher Weise die Ladung gezielt verändert werden, indem dem Akkumulator ein bestimmter Ladestrom zugeführt wird, der über die Zeit überwacht wird. Gegebenenfalls muss zur Berücksichtigung von Hysthereseeffekten in diesem Fall eine modifizierte Vergleichstabelle bzw. Näherungsformel zu Grunde gelegt werden. Vorzugsweise ist der so gesteuerte Ladestrom bzw. Entladestrom zeitlich konstant. Alternativ können auch kleinere Schwankungen toleriert werden, die sich beispielsweise durch die Verringerung der Klemmspannung ergeben. Zur Erfassung wird der Strom über die Zeitdauer der Änderung der Ladung überwacht.The change the charge by a charge differential value to from a first measuring point to come to a second measuring point, can only controlled happen, for example, by the targeted discharge over a resistor or another consumer. Furthermore, in the same way the charge can be deliberately changed by the accumulator a certain charging current is supplied, which is monitored over time. Possibly must be taken into account for the consideration of hystheresis effects in this Case a modified comparison table or approximate formula be based on. Preferably, the thus controlled charging current or discharge current constant over time. Alternatively you can Even smaller fluctuations can be tolerated, for example result by reducing the clamping voltage. To capture is the current over the duration of the change the charge is monitored.

Ist der Strom konstant, so ergibt sich die Ladung aus dem Produkt des konstanten geflossenen Stroms und der Zeitdauer, über die der Strom geflossen ist.is the current is constant, the charge results from the product of the constant current flow and the time over which the electricity has flowed.

Bei Schwankungen des Stroms kann dieser periodisch oder kontinuierlich erfasst werden und über die Zeit aufsummiert bzw. integriert werden, um die Ladung zu erfassen. Vorzugsweise wird ferner erfasst, ob die Stromschwankungen einen bestimmten Schwellwert überschreiten. Falls dies der Fall ist, werden mehr als zwei ladungs- bzw. spannungsbezogene Messpunkte erfasst, d. h., dass z. B. ein erster Ruhespannungswert gemessen wird, woraufhin die Ladung um einen ersten Ladungsdifferenzwert geändert wird, ein zweiter Ruhespannungswert gemessen wird und die Ladung ein zweites Mal um einen Ladungsdifferenzwert geändert wird. Darauf folgt die Ermittlung eines dritten Ruhespannungswerts folgt.at Fluctuations in the flow can be periodic or continuous recorded and summed over time or integrated to capture the cargo. Preferably, it is further detected whether the current fluctuations exceed a certain threshold. If so, more than two charge or voltage related Measuring points detected, d. h. that z. B. a first resting voltage value is measured, whereupon the charge is changed by a first charge difference value is measured, a second quiescent voltage value and the charge changed a charge difference value a second time becomes. This is followed by the determination of a third rest voltage value follows.

Insbesondere bei Nichtlinearitäten bei der Ermittlung der wirksamen Kapazität kann so die wirksame Kapazität genauer erfasst werden, indem eine erste wirksame Kapazität ausgehend von dem ersten und dem zweiten Ruhespannungswert und dem ersten Ladungsdifferenzwert bestimmt wird, und eine zweite wirksame Kapazität aus dem zweiten und dem dritten Ruhespannungswert und dem dritten Ladungsdifferenzwert ermittelt wird. Eine dritte Kapazität kann aus dem ersten und dem dritten Ruhespannungswert und der Summe des ersten und des zweiten Ladungsdifferenzwerts ermittelt werden. Diese einzeln berechneten wirksamen Kapazitäten können geeignet miteinander kombiniert werden, beispielsweise durch Mittelung, oder durch Bezugnahme auf eine weitere Tabelle, die eine Kompensation von Nichtlinearitäten bei der Änderung der Ladung vorsieht, die sich auf die Berechnung der wirksamen Kapazität auswirken.Especially in nonlinearities in determining the effective Capacity can be more accurate in terms of effective capacity be captured by starting a first effective capacity from the first and second standby voltage values and the first one Charge difference value is determined, and a second effective capacity from the second and the third rest voltage value and the third Charge difference value is determined. A third capacity can be calculated from the first and the third rest voltage value and the sum of the first and second charge difference values. These individually calculated effective capacities may be appropriate be combined with each other, for example by averaging, or by referring to another table, which is a compensation of nonlinearities in the change of charge It provides for the calculation of effective capacity impact.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Ladung geändert, indem der Akkumulator in seinem üblichen Betrieb überwacht wird. Wird der Akkumulator beispielsweise als Energiequelle zur Fortbewegung eines Fahrzeugs verwendet, beispielsweise mit einem Hybridantrieb oder mit einem Elektroantrieb, dann wird der an der Klemme des Akkumulators fließende Strom verfolgt bzw. überwacht, und der fließende Strom wird zeitlich integriert, um einen Ladungsdifferenzwert zu ermitteln. Ferner kann ein Ruhespannungswert während des üblichen Betriebs des Akkumulators verwendet werden, wenn dieser für eine gewisse Zeitdauer nur geringfügig belastet wird, d. h., wenn der an der Akkumulatorklemme fließende Strom unter einem gewissen Schwellwert liegt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Kapazität eines Akkumulators eines Fahrzeugs betrachtet wird und das Fahrzeug kurzfristig (beispielsweise an einer Ampel) oder langfristig (beispielsweise über Nacht) nicht beschleunigt wird. Fehler, die sich durch die urkonstante Belastung und den veränderlichten Strom ergeben, können durch eine Vielzahl von Messungen und einer statistischen Kombination dieser Messungen zumindest teilweise kompensiert werden.According to another embodiment of the invention, the charge is changed by monitoring the accumulator in its usual operation. If the accumulator is used, for example, as an energy source for moving a vehicle Det, for example, with a hybrid drive or with an electric drive, then the current flowing at the terminal of the accumulator current is tracked and the flowing current is integrated in time to determine a charge difference value. Furthermore, a quiescent voltage value may be used during normal operation of the accumulator when it is only slightly loaded for a certain period of time, ie when the current flowing at the accumulator terminal is below a certain threshold value. This may for example be the case when the capacity of a battery of a vehicle is considered and the vehicle is not accelerated for a short time (for example at a traffic light) or long term (for example over night). Errors resulting from the constant constant current and the altered current can be at least partially compensated by a large number of measurements and a statistical combination of these measurements.

Wird eine Akkumulatorgruppe verwendet, die aus mehreren Akkumulatorvorrichtungen besteht, so werden einzelne, zu überprüfende Akkumulatorvorrichtungen vorzugsweise vollständig von der Gruppe abgetrennt, bevor diese dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung der wirksamen Kapazität unterzogen werden. Die Abtrennung der jeweiligen Akkumulatorvorrichtung hat zum Zweck, dass der erste Ruhespannungswert (und weitere Ruhespannungswerte) ohne äußere Einflüsse ermittelt werden können. Alternativ zur Betrennung kann durch geeignete Sensorik (z. B. Spannungssensoren und induktive Stromsensoren) dafür gesorgt werden, dass die notwendigen Messgeräten individuell für jede Zelle erfasst werden. Wie bereits bemerkt sind geringfügige Belastungen zulässig, soweit diese die Messung nicht deutlich verschlechtern oder wenn der Belastungsstrom im Vergleich zur Kapazität der Akkumulatorvorrichtung vernachlässigbar ist. Vorzugsweise ist die zu überprüfende Akkumulatorvorrichtung auch während der Änderung der Ladung von weiteren Akkumulatorvorrichtungen getrennt, um eine gegenseitige Beeinflussung zwischen den Akkumulatoren zu unterbinden und um einen bestimmten, beispielsweise konstanten Lade- bzw. Entladestrom vorzusehen. Alternativ kann auch zur Änderung der Ladung die Akkumulatorvorrichtung auch wieder an das Bordnetz angeschlossen werden, wobei, wie oben beschrieben, der durch den Betrieb des Akkumulators erzeugte Ent- bzw. Beladestrom erfasst wird und zeitlich integriert bzw. aufsummiert wird.Becomes used an accumulator group consisting of several accumulator devices exists, so are individual, to be checked accumulator devices preferably completely separated from the group before this method of the invention for determining be subjected to the effective capacity. The separation the respective accumulator device has the purpose that the first Resting voltage value (and other rest voltage values) without external Influences can be determined. alternative for the separation can be achieved by suitable sensors (eg voltage sensors and inductive current sensors) to ensure that the necessary measuring instruments individually for each cell be recorded. As already noted are minor loads permissible insofar as these do not significantly impair the measurement or if the load current compared to the capacity the accumulator device is negligible. Preferably is the accumulator device to be checked even while changing the charge of another Accumulator devices separated to mutual interference between the accumulators to prevent and to a certain, for example provide constant charging or discharging. Alternatively, too for changing the charge, the accumulator device also be reconnected to the electrical system, whereby, as described above, the discharge or charging current generated by the operation of the accumulator is recorded and temporally integrated or added up.

Ferner können elektrische Schaltelemente zwischen dem Akkumulator und dem Bordnetz vorgesehen sein, die das Abtrennen bzw. das Wiederanschließen der Akkumulatorvorrichtung ermöglichen. Derartige Trennelemente können auch verwendet werden, um trotz schwankender Belastungen im Bordnetz, die zu betrachtende Akkumulatorvorrichtung durch entsprechende Regelung mit einem konstanten Strom zu versorgen bzw. einen konstanten Entladestrom von der Akkumulatorvorrichtung in das Bordnetz hinein vorzusehen. Jedoch ist zur Vermeidung von Messfehlern oder Ermittlungsfehlern vorzuziehen, während der Änderung der Ladung der Akkumulatorvorrichtung den Ladestrom bzw. Entladestrom bzw. Änderungsstrom zur Akkumulatorvorrichtung hin oder von dieser weg konstant zu halten oder innerhalb eines schmalen Strombetragintervalls zu halten.Further can electrical switching elements between the accumulator and the electrical system to be provided, the disconnecting or reconnecting allow the accumulator device. Such separators can also be used to despite fluctuating loads in the electrical system, the battery device to be considered by appropriate Supply control with a constant current or a constant discharge current to provide from the accumulator device in the electrical system. However, to avoid measurement errors or detection errors preferable while changing the charge of the Accumulator the charging current or discharge current or change current towards the accumulator device towards or away from this constant or within a narrow current-amount interval.

Nach der Änderung der Ladung wird die Akkumulatorvorrichtung vorzugsweise wieder vollständig (oder nahezu vollständig) von den restlichen Akkumulatoren und von dem Boardnetz getrennt, um, wie oben beschrieben, einen zweiten Ruhespannungswert zu ermitteln. Wie bereits bemerkt kann der Ermittlung der Ruhespannungswerte eine Zeitspanne vorausgehen, die vorbestimmt ist, und die dazu dient, das Ende eines Relaxationsvorgangs innerhalb des Akkumulators zu ermöglichen, ohne signifikante Messfehler zu erzeugen.To the change of charge becomes the accumulator device preferably completely again (or almost completely) separated from the remaining accumulators and from the board network, to determine a second quiescent voltage value as described above. As already noted, the determination of the rest voltage values can be a Preceded by a period of time which is predetermined and which serves the end of a relaxation process within the accumulator too allow to generate without significant measurement errors.

Auch wenn eine von mehreren Akkumulatorvorrichtungen wie oben beschrieben hinsichtlich der wirksamen Kapazität überprüft wird, können nach der Ermittlung des zweiten Ruhespannungswerts in alternierender Reihefolge weitere Ladungsänderungen und weitere Ermittlungen eines Ruhespannungswerts erfolgen, um mehrere Messpunkte vorzusehen, die der Ermittlung der wirksamen Kapazität dienen. Diese alternierende Vorgehensweise kann im Allgemeinen auch mit einer einzelnen Akkumulatorvorrichtung ausgeführt werden. Wenn mehrere Akkumulatorvorrichtungen eine Gruppe bilden, können die einzelnen Akkumulatorvorrichtungen oder Untergruppen hiervon wie oben beschrieben abgetrennt und hinsichtlich ihrer Ladung geändert werden, um einzelne wirksame Kapazitäten der Akkumulatorvorrichtungen oder der Akkumulatoruntergruppen zu ermitteln.Also if one of several accumulator devices as described above in terms of effective capacity can, after the determination of the second rest voltage value in alternating sequence further charge changes and further determinations of a rest voltage value are made to several Provide measuring points that determine the effective capacity serve. This alternating approach can also be general be performed with a single accumulator device. If multiple accumulator devices form a group, can the individual accumulator devices or subgroups thereof separated as described above and changed in terms of their charge be to individual effective capacities of the accumulator devices or the accumulator subgroups.

Das oben beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit hohen Kapazitäten, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, welche einen Hybridantrieb oder einen Elektroantrieb aufweisen. Die Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden als Traktionsbatterie und/oder als Bordnetzbatterie verwendet, die somit den gesamten Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Statt Lithium-Ionen-Akkumulatoren können auch Bleiakkumulatoren, Nickel-Kadmium-Akkumulatoren, Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren oder andere galvanische Zellen, als Seriell- oder Parallel-Gruppe oder einzeln verwendet werden.The The method described above is particularly suitable for High-capacity lithium-ion batteries used in motor vehicles which have a hybrid drive or have an electric drive. The lithium ion accumulators are used as a traction battery and / or as an on-board battery, thus allow the entire operation of the motor vehicle. Instead of Lithium-ion batteries can also be lead-acid batteries, Nickel-cadmium storage batteries, nickel-metal hydride storage batteries or other galvanic cells, as a series or parallel group or to be used individually.

Im Allgemeinen eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der wirksamen Kapazität für elektrische Energiespeicher, die einem Alterungsprozess unterworfen sind, der die Kapazität mit der Zeit verringert, und dessen Leerlaufspannung vom Ladezu stand, d. h. vom relativem Füllzustand des Akkumulators abhängt. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren für Akkumulatoren mit Lithium-Ionen-Zellen geeignet, die in Notebooks, Mobiltelefonen oder im Allgemeinen in der Unterhaltungs- und Kommunikationstechnik verwendet werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für Akkumulatoren geeignet, die in Elektrowerkzeugen verwendet werden. Insbesondere bei der Verwendung in Geräten, die eine temporäre Nutzungspause aufweisen, kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, wobei in der Nutzungspause der erste Ruhespannungswert ermittelt wird, die Ladung geändert wird, und/oder nach der Ladungsänderung ein zweiter Ruhespannungswert ermittelt wird.In general, the inventive method for determining the effective capacity for electrical energy storage, which is an Al tion process, which reduces the capacity over time, and its open-circuit voltage from the Ladezu was dependent, ie, the relative filling state of the accumulator. Further, the inventive method is suitable for rechargeable batteries with lithium-ion cells, which are used in notebooks, mobile phones or in general in the entertainment and communication technology. Furthermore, the inventive method is also suitable for batteries that are used in power tools. In particular, when used in devices that have a temporary break in use, the inventive method can be used, wherein the first idle voltage value is determined in the off-use, the charge is changed, and / or after the change in charge, a second rest voltage value is determined.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments of the method according to the invention are based on illustrated in the drawings and in the following description closer explained.

Es zeigenIt demonstrate

1 die Abhängigkeit des Ruhespannungswerts von der Ladung, die von der Akkumulatorvorrichtung entnommen wurde und 1 the dependence of the quiescent voltage value on the charge taken from the accumulator device and

2 der zeitliche Verlauf der Klemmspannung nach dem Ende einer Belastungsperiode. 2 the time course of the clamping voltage after the end of a loading period.

Ausführungsformen:Embodiments:

Der 1 ist ein Diagramm zu entnehmen, auf dessen x-Achse die von der Akkumulatorvorrichtung entnommene Ladung dargestellt ist, und auf der y-Achse der dazugehörige Ruhespannungswert dargestellt ist. Mit dem Bezugszeichen 1 ist der Verlauf für eine bereits gealterte Akkumulatorvorrichtung dargestellt, wohingegen der Verlauf 2 die Abhängigkeit zwischen Ruhespannungswert und entnommener Ladung für eine neuere Batterie mit geringeren irreversiblen Kapazitätsverlusten darstellt. Mit den Streckenabschnitten A und C sind schematisch Abhängigkeiten der Ruhespannungswerte dargestellt, die, bezogen auf den daran angrenzenden Streckenabschnitt B, zumindest an dem Übergang zu B nichtlinear von der entnommenen Ladung abhängen. Die 1 zeigt mit dem Teilstück B einen linearen Zusammenhang zwischen Ruhespannungswert U_L und entnommene Ladung Q, wobei dies jedoch nur eine Näherung ist und andere Abhängigkeiten in Form von numerischen Näherungen, Zuordnungstabellen zwischen Ruhespannung und Ladungsdifferenzwert sowie Interpolationen verwendet werden können, um allgemeine Verläufe nachzubilden. Die exakte Form der Verläufe 1 und 2 ergibt sich durch Simulation, Modellierung oder Messung von jeweiligen mehr oder minder gealterten Akkumulatorvorrichtungen bei jeweiligen entnommenen Ladungen.Of the 1 is a diagram to be taken on the x-axis of the charge removed from the accumulator device is shown, and on the y-axis of the associated rest voltage value is shown. With the reference number 1 the course for an already aged accumulator device is shown, whereas the course 2 represents the dependency between the quiescent voltage value and the discharged charge for a newer battery with lower irreversible capacity losses. With the sections A and C are shown schematically dependencies of the rest voltage values, which, based on the adjacent section B, at least at the transition to B non-linearly depend on the withdrawn charge. The 1 Figure 5 shows a linear relationship between rest voltage value U _L and extracted charge Q with portion B, but this is only an approximation and other dependencies may be used in the form of numerical approximations, rest voltage and charge difference value allocation tables, as well as interpolations to simulate general characteristics. The exact form of the courses 1 and 2 results from simulation, modeling or measurement of respective more or less aged accumulator devices at respective removed charges.

Zunächst wird der Verlauf 1 betrachtet, der in der 1 als durchgehende Linie dargestellt ist. Innerhalb des linearen Abschnitts B wird zunächst ein erster Ruhespannungswert U₁ ermittelt. Daraufhin wird die Ladung geändert, d. h. von der Ladung Q₁ wird auf die Ladung Q₂ übergegangen, indem der Ladungsdifferenzwert ΔQ aus dem Akkumulator entnommen wird, beispielsweise durch einen konstanten Entladestrom. Nachdem die Ladung derart geändert wurde, wird ein zweiter Ruhespannungswert U₂ ermittelt. Zunächst sind die Absolutwerte der Spannungen und der Ladungen von nachgeordneter Bedeutung, da zunächst der Ruhespannungs-Differenzwert ΔU zu dem Ladungsdifferenzwert ΔQ in Beziehung gesetzt wird. In dem Verlauf 1 ist dies eine lineare Abhängigkeit, so dass kleinere Werte von ΔQ zum gleichen Ergebnis führen würden. Dies ist jedoch in der Realität nicht der Fall, weshalb es notwendig sein kann, nicht nur einen einzelnen Wert als Steigung zu verwenden, um die Kapazität zu ermitteln. Vielmehr kann es notwendig sein, verschiedene Ladungsdifferenzwerte und zugehörige Ruhespannungs-Differenzwerte zu verwenden, um auf die tatsächliche Kapazität schließen zu können. Ferner sind weitere Messpunkte notwendig, wenn der Ladungsdifferenzwert ΔQ derart gestaltet wird, dass Q₁ im Abschnitt B liegt und Q₂ im Abschnitt C liegt, wobei aus der 1 direkt ersichtlich ist, dass sich bei der Annahme einer proportionalen Beziehung Fehler durch die Nicht-Linearität und den Steigungswechsel ergeben.First, the course 1 considered in the 1 is shown as a solid line. Within the linear section B, a first quiescent voltage value U ₁ is first determined. Then the charge is changed, ie the charge Q ₁ is transferred from the charge Q ₁ to the charge Q ₂ by removing the charge difference value ΔQ from the accumulator, for example by a constant discharge current. After the charge has been changed in such a way, a second quiescent voltage value U _{2 is} determined. First of all, the absolute values of the voltages and the charges are of subordinate importance, since first the no-load differential value .DELTA.U is related to the charge difference value .DELTA.Q. In the course 1 this is a linear dependence so that smaller values of ΔQ would give the same result. However, this is not the case in reality and therefore it may be necessary not to use just a single value as a slope to determine the capacity. Rather, it may be necessary to use different charge differential values and associated bias voltage difference values to infer actual capacitance. Further, other measuring points are required, if the charge difference value .DELTA.Q is designed such that Q ₁ and Q is the section B ₂ is located in the section C, wherein from the 1 it can be seen directly that, assuming a proportional relationship, errors result from the non-linearity and the pitch change.

Der Verlauf 2 entspricht einer Batterie mit geringerer Alterung, d. h. mit höherer Kapazität, so dass sich durch den Ladungsdifferenzwert ΔQ auch im Verlauf von 2 ein Ruhespannungs-Differenzwert ΔU₂ bildet, der jedoch geringer als der Ladungsdifferenzwert ΔU₁ ist, der sich für die Akkumulatorvorrichtung mit geringerer wirksamer Kapazität bei gleichem Ladungsdifferenzwert ΔQ bildet. Aus der 1 ist zu erkennen, dass der gleiche Ladungsdifferenzwert ΔQ auf den Verlauf 1 (geringere Kapazität) einen höheren Einfluss auf den Ruhespannungswert hat als der Verlauf 2 (hohe Kapazität). Diese stärkere Beeinflussung des Ruhespannungswerts bei älteren Akkumulatorvorrichtungen, d. h. mit geringerer wirksamer Kapazität und höherem irreversiblen Kapazitätsverlust ergibt sich auch, wenn zur Messung der verschiedenen Akkumulatorvorrichtungen unterschiedliche Ladungsdifferenzwerte verwendet werden.The history 2 corresponds to a battery with less aging, ie with higher capacity, so that the charge difference value .DELTA.Q also in the course of 2 a load voltage difference value .DELTA.U ₂ forms, but which is less than the load differential value .DELTA.U _1, which forms for the accumulator device with a lower capacity for the same effective charge difference value .DELTA.Q. From the 1 It can be seen that the same charge difference value .DELTA.Q on the course 1 (lower capacity) has a greater influence on the quiescent voltage value than the gradient 2 (high capacity). This greater influence on the quiescent voltage value in older accumulator devices, ie with a lower effective capacity and higher irreversible capacity loss, also results when different charge difference values are used to measure the different accumulator devices.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird ein genau vorbestimmter Ladungsdifferenzwert ΔQ dem Akkumulator entnommen. Alternativ kann auch die Differenzladung gemessen werden, die sich bei einem vorgegebenen Ruhespannungs-Differenzwert gibt. Beispielsweise kann dies vorgesehen werden, indem der Entladungsvorgang (im Allgemeinen die Änderung der Ladung) beendet wird, wenn ein bestimmter Ruhespannungs-Differenzwert erreicht wird. Ferner können sowohl Ladungsdifferenzwert als auch Ruhespannungs-Differenzwert gebildet werden, wobei der Schritt des Änderns der Ladung weder von Differenzladung noch von Differenzstrom abhängt, sondern von einer vorgegebenen Zeitdauer, die der Schritt des Änderns der Ladung andauert.According to a preferred embodiment, a precisely predetermined charge difference value .DELTA.Q is taken from the accumulator. Alternatively, the differential charge can also be measured, which is at a predetermined rest voltage difference value gives. For example, this may be provided by terminating the discharge process (generally the change in charge) when a certain quiescent voltage differential value is reached. Further, both the charge difference value and the quiescent voltage difference value may be formed, wherein the step of changing the charge is dependent neither on the differential charge nor the differential current, but on a predetermined time duration which the charging change step continues.

Die 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Klemmspannung U_K, die sich mit der Zeit einem Ruhespannungswert U_L annähert. Das obere Diagramm von 2 zeigt den Verlauf der Klemmspannung mit der Zeit (t) wo hingegen das untere Diagramm mit der gleichen Zeitachse den Verlauf des Entladestroms der Akkumulatorvorrichtung darstellt. Demgemäß wird bis zum Zeitpunkt t₀ ein bestimmter konstanter Strom entnommen. Ab dem Zeitpunkt t₀, an dem beispielsweise eine Trennung der Akkumulatorvorrichtung von einem Verbraucher stattfindet, befinden sich die Klemmen des Akkumulators im Leerlauf. Mit anderen Worten fließt kein oder nur ein vernachlässigbarer Lade- bzw. Entladestrom. Typischer Weise haben Akkumulatoren wie Lithium-Ionen-Akkumulatoren ein Relaxationsverhalten, so dass sich der endgültige Ruhespannungswert erst nach einer bestimmten Zeitdauer einstellt.The 2 shows the time course of the terminal voltage U _K , which approaches a resting voltage value U _{L over time} . The upper diagram of 2 shows the course of the terminal voltage with the time (t) where, however, represents the lower diagram with the same time axis, the course of the discharge of the accumulator. Accordingly, a certain constant current is taken until time t ₀ . From the time t ₀ at which takes place, for example, a separation of the accumulator device from a consumer, the terminals of the accumulator are idle. In other words, no or only a negligible charging or discharging current flows. Typically, rechargeable batteries such as lithium-ion batteries have a relaxation behavior, so that the final quiescent voltage value only sets after a certain period of time.

In der 2 ist dies schematisch als negativ-exponentieller Verlauf in der Form U_L – (U_Diff·ε^–t/τ) dargestellt. Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung wird der Ruhespannungswert erst dann ermittelt, wenn ab dem Zeitpunkt der letzten Belastung (t₀) eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, die sicherstellt, dass Relaxationsprozesse im Wesentlichen abgeschlossen sind. Alternativ kann ein geringfügiger Fehler in Kauf genommen werden, indem nach bereits einer kurzen Zeitspanne zum Zeitpunkt t₁ der Ruhespannungswert ermittelt wird, wobei jedoch gewährleistet ist, dass der Messfehler einen bestimmten Betrag nicht überschreitet. Zudem können Berechnungsmechanismen vorgesehen werden, die eine etwas frühzeitige Messung kompensieren und so den gemessenen Kernentspannungswert auf den zu erwartenden endgültigen Ruhespannungswert (mit nur geringem Fehler) abbilden. Ferner kann eine zweite Spannungsmessung vorgenommen werden, d. h., dass für den Zeitpunkt t_τ und t_τ' die Klemmspannung erfasst wird und auf Grund der Spannungsdifferenz und der Zeitdauer zwischen t_τ und t_τ' der endgültige Ruhespannungswert ermittelt wird. Diese Mittelung kann sich ein negativ-exponentielles Entlademodell zunutze machen, oder kann auf anderen numerischen Näherungsverfahren, beispielsweise einer Reihenentwicklung, basieren. Ferner können die Zeitdifferenz und die zugehörige Spannungsdifferenz in einer Tabelle zueinander in Beziehung gesetzt werden, so dass sich aus einem derartigen Wertepaar oder aus einem Verhältnis der Wertepaare ein zugeordneter endgültiger Ruhespannungswert ermitteln lässt.In the 2 this is shown schematically as a negative-exponential curve in the form U _L - (U _diff * ε ^-t / τ). According to a first embodiment of the invention, the quiescent voltage value is determined only when a certain period of time has elapsed from the time of the last load (t ₀ ), which ensures that relaxation processes are substantially completed. Alternatively, a slight error can be accepted by determining the quiescent voltage value after a short period of time at time t ₁ , but ensuring that the measurement error does not exceed a certain amount. In addition, calculation mechanisms can be provided which compensate for a somewhat early measurement and thus map the measured core relaxation value to the expected final standby voltage value (with only a small error). Furthermore, a second voltage measurement can be carried out, ie, that for the time t _τ and t _τ ', the terminal voltage is detected and due to the voltage difference and the time duration between t _τ and t _τ ', the final resting voltage value is determined. This averaging may take advantage of a negative-exponential discharge model or may be based on other numerical approximation methods, such as a series expansion. Furthermore, the time difference and the associated voltage difference can be related to each other in a table, so that an associated final rest voltage value can be determined from such a pair of values or from a ratio of the value pairs.

Im Allgemeinen kann zu der Zuordnung des endgültigen Ruhespannungswert zu zwei oder mehreren Messwerten der Klemmspannung ein Mechanismus verwendet werden, der auch weitere Betriebsparameter wie die Temperatur oder die vorherige Belastung oder einer erste Schätzung eines Ladezustands berücksichtigt. Ferner können adaptive Regelsysteme verwendet werden, wie Fuzzy-Logic oder neuronale Netze.in the Generally, the assignment of the final standby voltage value to two or more measured values of clamping voltage a mechanism which also uses other operating parameters such as the temperature or the previous charge or a first estimate considered a state of charge. Furthermore, can adaptive control systems are used, such as fuzzy logic or neural Networks.

Prinzipiell können zur Zuordnung eines endgültigen Ruhespannungswerts zu Messwerten bzw. zu Zeitdauern die gleichen Mechanismen verwendet werden, wie sie zum Ermitteln der Kapazität aus dem Ladungsdifferenzwert und dem Ruhespannungs-Differenzwert verwendet werden, und umgekehrt.in principle can be used to assign a final resting voltage value the same mechanisms are used for measured values or durations, how to determine the capacity from the charge difference value and the quiescent voltage difference value, and vice versa.

Ferner kann der mittels Messung der Klemmspannung erfasste Verlauf der Klemmspannung vor dem Erreichen eines endgültigen Ruhespannungswerts dazu verwendet werden, die Zeitdauer des Schritts des Änderns der Ladung oder die Stromstärke zu bestimmen, und/oder den Ladungsdifferenzwert zu bestimmen, der während des Schritts des Änderns der Ladung aus der Akkumulatorvorrichtung entnommen oder dieser hinzugefügt wird. Ergibt sich beispielsweise eine schnelle Änderung auf den Ruhespannungswert und somit ein rasches Ende von Relaxationsprozessen, so wird vorzugsweise ein höherer Ladungsdifferenzwert verwendet, als es bei langsamen Relaxationsprozessen der Fall ist.Further can be detected by measuring the clamping voltage course of the Clamping voltage before reaching a final resting voltage value to be used, the duration of the step of changing determine the charge or amperage, and / or to determine the charge differential value during the Step of changing the charge taken from the accumulator device or this is added. For example a quick change to the quiescent voltage value and thus a rapid end to relaxation processes is preferred used a higher charge difference value than it does at slow Relaxation is the case.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2002/0012830 A1 [0003]

Claims

Procedure for identifying effective, current Capacity of an accumulator device comprising: Determine a first resting voltage value; Changing the charge, which is stored in the accumulator device to a charge difference value; to changing the charge, determining a second rest voltage value; Determine the effective capacity from a predetermined relationship between the effective capacity of the accumulator, the Charge differential value, and a quiescent voltage difference value, the is the difference between the first rest voltage value and results in a second rest voltage value.

The method of claim 1, further comprising the step the provision of a relationship between different effective ones Capacities, different respective charge differential values, and various respective quiescent voltage difference values Retrieve or create the effective capacity, Charge difference values and rest voltage difference values corresponding Measured value map, by one of the effective capacities, Charge difference values and rest voltage difference values dependent numerical approximation of the relationship, through an interpolation of the effective capacity based on discrete values of effective capacity and the respective charge differential values and rest voltage difference values and / or by a statistical Combination of these.

The method of claim 1, wherein determining the effective capacity a first step of determining a resting voltage change related to the charge difference value of the first rest voltage value to at least a second rest voltage value and the second step of determining the effective capacity from the rest voltage change.

The method of claim 1, wherein changing the Charging includes charging and / or discharging of the accumulator device, during the change of charge, the associated one Charge difference value by continuous or periodic current measurement and / or by timing the duration of the step of changing is determined.

The method of claim 1, wherein determining the first rest voltage value and the second rest voltage value the Measuring the voltage applied to the Akkulumatorvorrichtung voltage comprises wherein the accumulator device during and in a predetermined Time span before measuring an accumulator current flow from the essential zero, determining the first resting voltage value and the second rest voltage value each detecting a temporal Voltage curve at a Akkumulatorstromfluss of essen- zero by continuously measuring the voltage curve or by Measuring at least two temporally successive voltage values and the first and the second quiescent voltage value respectively based on the relationship between the temporal voltage curve and an associated rest voltage can be determined.

The method of claim 1, wherein determining the first rest voltage value and the second rest voltage value, respectively the detection of temporal no-load voltage characteristics by means of at least two successive voltage measurements between which no power from or to the accumulator device flows, as well as the approximation, starting from the at least two consecutive voltage measurements, the expected respective rest voltage value by means of a piecewise linear, series-developed or negative-exponential approximation equation, by means of a time constant of a negative-exponential course, by means of a quiescent voltage map, the various time-related voltage changes or assigns time constants respective resting voltage values, or by means of interpolation starting from a given field of measured voltages and respective associated rest voltage values.

The method of claim 1, wherein the accumulator device, whose effective capacity is determined, separable with others Accumulator devices is connected and the method further includes: disconnecting the accumulator device, its effective capacity is determined, immediately or after a predetermined period of time before determining the first rest voltage value; and reconnecting the Accumulator device whose effective capacity determined after determining the second rest voltage value.

The method of claim 1, wherein the accumulator device at least one Li-ion cell, at least one lead-acid battery, at least one NiCd cell, one NiMH cell or at least one comprising chemical conversion based electrical energy storage, whose open circuit voltage depends on the state of charge.

The method of claim 1, wherein changing the charge comprises passing a current from the accumulator device through a resistor or through a current sink for a period of time that is predetermined or that corresponds to a predetermined amount of charge that is received from the Ak accumulator device has been dissipated in this period of time, or changing the charge comprises directing a current originating from a current source into the accumulator device for a period of time that is predetermined or equal to a predetermined amount of charge that is from the current sink into the accumulator device in that period was introduced.

The method of claim 1, wherein the changing the charge conducting a derived from the accumulator device Electricity to a consumer includes that of the accumulator device supplied to the operation of the consumer with electrical power becomes.