DE102008056304A1 - Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation - Google Patents

Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation Download PDF

Info

Publication number
DE102008056304A1
DE102008056304A1 DE102008056304A DE102008056304A DE102008056304A1 DE 102008056304 A1 DE102008056304 A1 DE 102008056304A1 DE 102008056304 A DE102008056304 A DE 102008056304A DE 102008056304 A DE102008056304 A DE 102008056304A DE 102008056304 A1 DE102008056304 A1 DE 102008056304A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rct
inhomogeneity
accumulator
battery
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102008056304A
Other languages
German (de)
Inventor
Thorsten Werle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clarios Germany GmbH and Co KGaA
Original Assignee
VB Autobatterie GmbH and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VB Autobatterie GmbH and Co KGaA filed Critical VB Autobatterie GmbH and Co KGaA
Priority to DE102008056304A priority Critical patent/DE102008056304A1/en
Publication of DE102008056304A1 publication Critical patent/DE102008056304A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/484—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring electrolyte level, electrolyte density or electrolyte conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

The method involves determining temperature of a battery, and simultaneously measuring voltage applied at terminals of the battery and current flowing through the battery. Frequency dependent correlation between the voltage and the current is evaluated. Condition of inhomogeneity of components of the battery is deduced from the evaluation. Reference values for the battery are stored depending on operating parameters e.g. temperature and open-circuit voltage, of the battery, where inhomogeneity condition is inhomogeneity in concentration of electrolytes. An independent claim is also included for a device for executing a method for determining a charging condition of a battery.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.The The invention relates to a method according to the features of claim 1.

Es ist bekannt, dass die Ruhespannung (U00) mit dem Ladezustand (SOC) einer Batterie korreliert, daher wird oft U00 zur SOC-Bestimmung (z. Bsp. Kfz) eingesetzt. Die Ruhespannung wird jedoch nicht nur vom Ladezustand der Batterie beeinflusst, sondern auch von Faktoren wie Temperatur und Säureschichtung. Durch Berücksichtigung der Temperatur mittels einer Temperaturmessung kann dieser Faktor kompensiert werden, schwieriger wird es bei der Säureschichtung. Elektrolytschichtung entsteht bei Ladung von (insbesondere tiefer entladenen) Batterien mit einer fahrzeugüblichen Ladespannung < 14,5 V. Bei der Ladung entsteht Schwefelsäure, welche sich nicht vertikal homogen verteilt, sondern es bildet sich ein Schichtungsgradient, da Säure mit hoher Dichte auf den Boden der Batterie sinkt und Säure mit geringer Dichte oben schwimmt.It is known that the rest voltage (U00) with the state of charge (SOC) Therefore, U00 is often used for SOC determination (eg car) used. The rest voltage is not only from the State of charge of the battery influenced, but also by factors like temperature and acid stratification. By consideration the temperature by means of a temperature measurement can this factor be compensated, it is more difficult in acid stratification. Electrolyte stratification occurs when charging (especially deeper discharged) batteries with a usual vehicle charging voltage <14.5 V. In the Charge produces sulfuric acid, which is not vertical distributed homogeneously, but it forms a stratification gradient, high-density acid sinks to the bottom of the battery and low-density acid floats up.

Bekannte Verfahren gehen z. B. aus der DE 10 2005 037 821 A1 , DE 10 2004 005 478 A1 oder DE 10 2005 062 150 A1 hervor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein praxisgerechtes und einfach anwendbares Verfahren anzugeben um die Säureschichtung im Alltagsbetrieb einer Batterie zu ermitteln bzw. zu quantifizieren.Known methods go z. B. from the DE 10 2005 037 821 A1 . DE 10 2004 005 478 A1 or DE 10 2005 062 150 A1 out. The invention has for its object to provide a practical and easy to use method to determine the acid stratification in everyday operation of a battery or to quantify.

Gemäß der Erfindung wurde erkannt, dass die Ruhespannung maßgeblich durch die unten liegende Säure mit höherer Dichte bestimmt wird, d. h. U00 (geschichtet) > U00 (ausgeglichen). Hierdurch wird ein höherer SOC vorgetäuscht, da die Säureschichtung von außen nicht zu erkennen ist. Elektrolytschichtung bedeutet aber auch Kapazitätsverlust, da die aktive Masse unten in der Batterie den überschüssigen Schwefel in der Säure nicht verbrauchen kann und die dünne Säure oben nicht ausreicht, um die aktive Masse oben in der Batterie zu entladen. Dies bedeutet, dass der durch U00 (geschichtet) bestimmte SOC vom realen Ladezustand, also der mit Nennstrom entladbaren Ladungsmenge, noch weiter entfernt ist als vom SOC (ausgeglichen). Im Labor lässt sich mit relativ geringem Aufwand die Säuredichte in einer Nassbatterie oben und unten messen, es gibt jedoch viele Bereiche der praktischen Anwendung (z. B. Kfz), wo die direkte Säuremessung nicht in Frage kommt und man sich auf eine U00-Messung verlassen muss.According to the Invention was recognized that the rest voltage relevant through the lower-lying acid with higher density is determined, d. H. U00 (stratified)> U00 (balanced). This will be a higher SOC simulated, because the acid stratification can not be seen from the outside. Electrolyte stratification means but also capacity loss, since the active mass below in the battery the excess sulfur in the Acid can not consume and the thin acid above is insufficient to the active mass at the top of the battery discharged. This means that the one determined by U00 (layered) SOC from the actual state of charge, that is to say the amount of charge which can be discharged at rated current, even farther away than from the SOC (balanced). Leave in the lab with relatively little effort, the acid density in one Measure wet batteries at the top and bottom, but there are many areas the practical application (eg motor vehicle), where the direct acid measurement is not in question and you have to rely on a U00 measurement.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Erkennung und Quantifizierung der Säureschichtung, das ohne die direkte Säuremessung auskommt, wird in Anspruch 1 angegeben.One advantageous method for the detection and quantification of acid stratification, that gets along without the direct acid measurement, will claim 1 indicated.

Dieses Verfahren dient dazu, in praktischen Bereichen z. B. Kfz, wo eine konventionelle Säuredichtemessung nicht möglich ist, Säureschichtung zu erkennen und zu quantifizieren. Untersuchungen haben ergeben, dass der Polarisationswiderstand (Rct) einer nassen Blei-Säure-Batterie mit dem Grad der Säureschichtung korreliert, d. h. der Wert für Rct wird bei zunehmender Säureschichtung größer. Vorgehensweise: Im Labor wird für eine Batterietype im ungeschichteten Zustand bei Raumtemperatur und verschiedenen Ladezuständen (SOC) eine Rct-U00-Kennlinie aufgenommen, welche später als Referenzkurve dient. Das Ermitteln von Rct kann mit Hilfe der Impedanzspektroskopie realisiert werden, dazu wird ein Wechselsignal (z. B. Wechselspannung) bei verschiedenen Frequenzen auf die Batterie aufgeprägt und das Antwortsignal (Wechselstrom) gemessen. Aus den beiden Signalen kann dann die komplexe Impedanz in Abhängigkeit der Frequenz berechnet werden. Durch das Fitten der Impedanz an ein elektrochemisches Ersatzschaltbild (ESB), z. B. das von Randels, kann dann der Polarisationswiderstand bestimmt werden. Erhält man nun Messwerte (U00 und Rct) einer Batterie gleichen Typs aber unbekanntem Zustand, können diese mit der Referenzkurve verglichen werden. Liegen die Messwerte über der Kurve, liegt Säureschichtung vor. Über den Abstand zwischen Messwert und Referenzkurve kann dann der Grad der Säureschichtung bestimmt werden. Ein Spezialfall liegt vor, wenn die gemessene Ruhespannung einen ermittelten SOC von 100% zur Folge hat. Bei einer ungeschichteten Batterie bei 100% SOC ist ihr Rct unverhältnismäßig groß (bei einer 90 Ah Batterie ca. Rct > 6 mOhm), d. h. es sollte ein SOC von 100% berechnet worden sein und der ermittelte Rct << 6 mOhm liegt auch Schichtung vor. Weiterhin muss der Einfluss der Temperatur auf den Polarisationswiderstand berücksichtigt und kompensiert werden.This The method serves in practical areas such. B. Automotive, where a conventional acid density measurement not possible is to recognize and quantify acid stratification. Investigations have shown that the polarization resistance (Rct) a wet lead-acid battery with the degree of acid stratification correlates, d. H. the value for Rct is increasing Acid stratification larger. Method: In the lab is used for a battery type in the uncoated Condition at room temperature and different states of charge (SOC) a Rct-U00 characteristic recorded later serves as a reference curve. Determining Rct can be done with the help of Impedance spectroscopy be realized, this is an alternating signal (eg AC voltage) at different frequencies on the battery imprinted and the response signal (AC) measured. From the two signals can then the complex impedance in dependence the frequency can be calculated. By fitting the impedance an electrochemical equivalent circuit (ESB), z. Eg that of Randels, then the polarization resistance can be determined. receives but now measurements (U00 and Rct) of a battery of the same type but Unknown condition, these may be with the reference curve be compared. If the readings are above the curve, acid stratification is present. About the distance between Measured value and reference curve can then be the degree of acid stratification be determined. A special case exists when the measured rest voltage results in a determined SOC of 100%. In an uncoated one Battery at 100% SOC, their Rct is disproportionate large (with a 90 Ah battery approx. Rct> 6 mOhm), d. H. it should be an SOC of 100% calculated and the determined Rct << 6 mOhm is also stratification. Furthermore, the influence of temperature on the polarization resistance be taken into account and compensated.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass es die Säureschichtung in einer Batterie erkennt, ohne direkt die Säuredichte zu messen. Auch mögliche irreversible Veränderungen aufgrund einer früher bestehenden Säureschichtung können erkannt werden. Als Eingangsgrößen werden nur elektrische Werte (Spannung, Strom und Frequenz) sowie die Temperatur verwendet. Im einfachsten Fall wird eine binäre Aussage vorgenommen, ob Säureschichtung vorliegt oder nicht vorliegt. In einer weiterführenden Ausführung wird eine Quantifizierung der aktuellen Säureschichtung vorgenommen, d. h. eine Maßzahl ermittelt, die den Grad der Inhomo genität der Säuredichte angibt. Beide Aussagen können dann z. B. als Basis für eine Bestimmung des Zustandes und der aktuellen Leistungsfähigkeit der Batterie dienen, oder einer Beurteilung der bisherigen Betriebsbedingungen, oder einer Vorhersage des zukünftigen Verhaltens unter angenommenen zukünftigen Betriebsbedingungen.The method according to claim 1 has the advantage that it recognizes the acid stratification in a battery without directly measuring the acid density. Also possible irreversible changes due to a previously existing acid stratification can be detected. The input variables are only electrical values (voltage, current and frequency) and the temperature. In the simplest case, a binary statement is made as to whether acid stratification is present or not present. In a further embodiment, a quantification of the current acid stratification is carried out, ie a measure determined that indicates the degree of Inhomo genity of acid density. Both statements can then z. B. serve as a basis for determining the condition and the current performance of the battery, or an assessment of the previous Operating conditions, or a prediction of future behavior under assumed future operating conditions.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Invention will become apparent from the following drawings explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 die Abhängigkeit des Polarisationswiderstandes Rct von der vertikalen Säuredichteverteilung, 1 the dependence of the polarization resistance Rct on the vertical distribution of acid density,

2 die Abhängigkeit des Polarisationswiderstandes Rct von der Elektrolytschichtung, 2 the dependence of the polarization resistance Rct on the electrolyte stratification,

3 eine Kennlinie von Rct in Abhängigkeit der Ruhespannung, 3 a characteristic of Rct as a function of the rest voltage,

4 eine Kennlinie von Rct in Abhängigkeit von der Temperatur und 4 a characteristic of Rct as a function of the temperature and

5 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Blei-Säure-Batterie. 5 an electrical equivalent circuit diagram of a lead-acid battery.

Bei der Blei-Säure-Batterie handelt es sich um ein elektrochemisches System, welches sich z. B. durch das in 5 dargestellte Ersatzschaltbild (ESB) beschreiben lässt.The lead-acid battery is an electrochemical system which z. B. by the in 5 can be described equivalent circuit diagram (ESB) described.

Die darin angegebenen Parameter bedeuten:

L:
Induktivität (Kopfblei, Zuleitungen)
Ri:
Innenwiderstand der Batterie
Rct:
Polarisationswiderstand
W:
Warburg (Diffusionsprozesse)
C:
Doppelschichtkapazität
The parameters specified therein mean:
L:
Inductance (head lead, leads)
Ri:
Internal resistance of the battery
RCT:
polarization resistance
W:
Warburg (diffusion processes)
C:
Double layer capacitance

Die Parameter unterliegen den gleichen Einflüssen wie die Batterie: Temperatur, SOC, Alterung usw. Die Ermittlung einzelner Parameter kann auf verschiedene Arten erfolgen, z. B. Messbrückenabgleich, Impedanzspektroskopie, etc.The Parameters are subject to the same influences as the battery: Temperature, SOC, aging, etc. The determination of individual parameters can done in different ways, eg. B. measuring bridge adjustment, Impedance spectroscopy, etc.

Es besteht ein batteriespezifischer und temperaturabhängiger Zusammenhang zwischen U00 und Rct, der im Vorfeld für den vorgesehenen Batterietyp bestimmt werden muss. Dieser Zusammenhang bzw. eine U00-Rct-Kennlinie mit Fallunterscheidungen wird hinterlegt und dient bei späteren Messungen als Referenz. Trifft dieser Zusammenhang im Feld nicht mehr zu, dann liegt Säureschichtung vor.It There is a battery-specific and temperature-dependent Relationship between U00 and Rct, leading up to the provided battery type must be determined. This connection or a U00-Rct characteristic with case distinctions is stored and serves as a reference for later measurements. Meets this Connection in the field no longer, then lies acid stratification in front.

Das erfindungsgemäße Verfahren und alle dazu nachstehenden Ergebnisse basieren auf Impedanzmessungen und einen anschließenden Adaptieren der Spektren an das obige ESB. Die Versuchsergebnisse wurden gewonnen an einer Starter-Batterie 90 Ah PAG bei Raumtemperatur mit Schichtung, bzw. bei verschiedenen Temperaturen ohne Schichtung, um den Einfluss der Temperatur auf den Rct zu beobachten.The inventive method and all the following Results are based on impedance measurements and a subsequent one Adapting the spectra to the above ESB. The test results were obtained on a starter battery 90 Ah PAG at room temperature with stratification, or at different temperatures without stratification, to observe the influence of temperature on the Rct.

Definition Säureschichtung: Im Folgenden wird das Vorliegen von Säureschichtung angenommen, wenn die Differenz der Säuredichten oben und unten ≥ 0,020 g/cm3 beträgt. Untersuchungen haben ergeben, dass der Polarisationswiderstand (Rct) direkt von der reinen Elektrolytschichtung abhängt.Definition Acid stratification: The following assumes the presence of acid stratification if the difference in acid densities at the top and bottom is ≥ 0.020 g / cm 3 . Investigations have shown that the polarization resistance (Rct) depends directly on the pure electrolyte stratification.

1 zeigt den Wert Rct in fünf verschiedenen Betriebszuständen, jedoch stets bei Raumtemperatur und einem Ladezustand von 80%, der durch Entladen von 20% der Nennkapazität mit dem Nennstrom aus einem Zustand der Vollladung heraus angefahren wurde. Vollladung bedeutet: 24 h; 14,4 V und 5 × l20; 14,4 V um nicht in die Gasung zu gelangen. Man erkennt deutlich, dass der Wert von Rct im Bereich von 2,1–2,2 mOhm liegt, wenn keine Schichtung vorliegt, sowohl bei einer neuen und ungeschichteten Batterie, als auch nach Aufhebung einer zuvor bestehenden Schichtung durch wiederholtes Umdrehen (Rollen) der Batterie. Bei deutlicher Säureschichtung, z. B. herbeigeführt durch folgenden Schichtungszyklus: ELA 9 A bis 10,5 V LAD 14,7 V 50 A 1 h ELA 9 A bis 10,5 V LAD 14,7 V 50 A 24 h ELA l20 4 h (ELA: Entladen, LAD: Laden) d. h. bei einem Unterschied der Säuredichte von > 0,1 g/mg, liegt Rct im Wertebereich von 3,8–4,0 mOhm, also signifikant höher. 1 shows the Rct value in five different operating states, but always at room temperature and 80% state of charge, which has been approached by discharging 20% of the rated capacity with the rated current from a full charge state. Full charge means: 24 h; 14.4 V and 5 x 120; 14.4 V to avoid gassing. It can be seen clearly that the value of Rct is in the range of 2.1-2.2 mOhms when there is no stratification, both with a new and uncoated battery, and after the elimination of a previously existing stratification by repeated inversion (rolling) of the Battery. With significant acid stratification, z. B. brought about by the following stratification cycle: ELA 9A to 10.5V LOAD 14.7 V 50 A 1 h ELA 9A to 10.5V LOAD 14.7 V 50 A 24 h ELA l20 4 h (ELA: unloading, LAD: loading) ie with a difference in the acid density of> 0.1 g / mg, Rct is in the value range of 3.8-4.0 mOhm, ie significantly higher.

Während einer stromlosen Standzeit von 5 Wochen bei Raumtemperatur baut sich der Dichteunterschied durch Ausgleichsvorgänge auf einen geringen Wert von < 0,01 g/ml ab. Dennoch stellt sich ein gegenüber dem Ausgangszustand signifikant erhöhter Rct-Wert von 2,78 mOhm ein.While an electroless life of 5 weeks at room temperature builds the difference in density is due to balancing processes a low value of <0.01 g / ml. Nevertheless, it turns against the initial state significantly increased Rct value of 2.78 mohms.

In 2 sind verschiedene Messwerte (alle bei 80% SOC und Raumtemperatur (RT)) von Rct gegen den zum Zeitpunkt der Impedanzmessung vorliegenden Dichteunterschied des Elektrolyten aufgetragen. Zusätzlich ist als Sichtlinie ein logarithmischer Zusammenhang eingezeichnet. Man kann gut erkennen, dass selbst ein Dichteunterschied von nur 0,02 g/cm3 einen deutlich höheren Rct zur Folge hat.In 2 For example, different readings (all at 80% SOC and room temperature (RT)) of Rct are plotted against the density difference of the electrolyte at the time of impedance measurement. In addition, a logarithmic relationship is shown as line of sight. It can be clearly seen that even a density difference of only 0.02 g / cm 3 results in a significantly higher Rct.

Zur Erkennung von Säureschichtung in einer Nassbatterie muss vorab folgende Vorarbeit geleistet werden:
Erstellen einer batteriespezifischen Kennlinie von Rct = f (U00 T) im ungeschichteten Zustand 3. Zwischen ver schiedenen Werten von U00 und T kann dabei interpoliert werden.To detect acid stratification in a wet battery, the following preliminary work must be carried out in advance:
Creating a battery-specific characteristic of Rct = f (U00 T) in the unstratified state 3 , It is possible to interpolate between different values of U00 and T.

Wird nun in der praktischen Anwendung ein Rct-Wert bei einer Ruhespannung U00 im Bereich 11,8 V bis ca. 12,7 V ermittelt, der oberhalb der Kennlinie liegt, so ist die Batterie geschichtet. Je weiter der Abstand, desto stärker ist die Ausprägung der Schichtung/Quantifizierung.Becomes now in practical application a Rct value at a rest voltage U00 in the range of 11.8 V to about 12.7 V, which is above the Characteristic lies, then the battery is layered. The further the Distance, the stronger the expression of the Layering / quantification.

Sonderfall bei Ermittlung von 100% SOC durch U00: Wenn die Batterie vollgeladen ist können die elektrochemischen Reaktionen nur in Entladerichtung ablaufen, d. h. in Laderichtung wäre der Rct theoretisch unendlich groß. Sollte ein SOC von 100% aufgrund von U00 ermittelt worden sein und ist der Wert von Rct nicht mindestens ≥ 5 mOhm, so liegt nach aller Wahrscheinlichkeit Säureschichtung vor. Ein Spezialfall ist der SOC von 100% bei nicht geschichteten Batterien, hier weisen die Werte für Rct einen außergewöhnlichen hohen Wert auf 5 mOhm < Rct (100% SOC) < 8 mOhm, d. h. ein Rct (12,7 V bis 13 V), der zwischen 3 mOhm und 5 mOhm liegt deutet auch auf Schichtung hin.special case when determining 100% SOC by U00: when the battery is fully charged is the electrochemical reactions only in the discharge direction to expire, d. H. in the loading direction the Rct would theoretically be infinite large. Should a SOC of 100% be determined based on U00 and the value of Rct is not at least ≥ 5 mOhm, so is in all likelihood acid stratification in front. A special case is the SOC of 100% in non-stratified Batteries, here the values for Rct have an extraordinary high value to 5 mOhms <Rct (100% SOC) <8 mOhm, d. H. a Rct (12,7 V to 13 V), which is between 3 mOhm and 5 mOhm is also indicative of stratification.

Da der Polarisationswiderstand stark von der Temperatur abhängig ist (vgl. 4), ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur kompensiert wird, z. B. mit einer Interpolation mit einem expotentiellen Zusammenhang (siehe 4).Since the polarization resistance is strongly dependent on the temperature (cf. 4 ), it is advantageous if the temperature is compensated, z. B. with an interpolation with an expotential relationship (see 4 ).

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei der Batteriezustandserkennung der Ladezustand (SOC) der Batterie über die Ruhespannung (U00) ermittelt wird. Sollte die Batterie in Schichtung sein, wird der U00 verfälscht und es würde ein falscher SOC berechnet werden. Durch das Verfahren kann die Säureschichtung erkannt und quantifiziert werden, wodurch sich wieder der tatsächlich vorhandene SOC berechnen lässt.In summary can be said that the state of charge (SOC) during battery state detection the battery is determined by the quiescent voltage (U00). If the battery is stratified, the U00 will be corrupted and a wrong SOC would be calculated. By the Method, the acid stratification can be detected and quantified become, which again the actually existing SOC can be calculated.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachfolgend angegeben:
Der vollständige Bereich der hinterlegten Referenz-Werte Rct(ref) = f (T, Uo) kann durch Interpolation bzw. Extrapolation von Eckwerten bestimmt werden. Die Interpolation der Abhängigkeit von T erfolgt vorteilhaft durch einen exponentiellen Zusammenhang.Further advantageous developments of the method according to the invention are given below:
The complete range of the stored reference values Rct (ref) = f (T, Uo) can be determined by interpolation or extrapolation of basic values. The interpolation of the dependence on T is advantageously carried out by an exponential relationship.

Vorteilhaft kann zwischen einer Schichtung der Säure und einem inhomogenem Ladezustand unterschieden werden, bzw. im Wissen um früher vorhandene Säureschichtung ein mittelmäßig erhöhtes Rct nicht irrtümlich als mittlere Säureschichtung, sondern richtig als starke Schichtung des Ladezustandes über Bauhöhe aufgrund von inzwischen abgebauter Säureschichtung erkannt werden. Hierzu kann die Betriebsführung der Batterie mit berücksichtigt werden, insbesondere der Ladungsdurchsatz absolut und die Stromrichtung (Ladung/Entladung).Advantageous can be between a layering of the acid and an inhomogeneous one State of charge can be distinguished, or in the knowledge of earlier existing acid stratification a mediocre increased Rct not erroneously as middle acid stratification, but correctly as a strong layering of the state of charge Height due to meanwhile degraded acid stratification be recognized. For this purpose, the operation of the battery are taken into account, in particular the charge throughput absolute and the current direction (charge / discharge).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005037821 A1 [0003] DE 102005037821 A1 [0003]
  • - DE 102004005478 A1 [0003] - DE 102004005478 A1 [0003]
  • - DE 102005062150 A1 [0003] - DE 102005062150 A1 [0003]

Claims (17)

Verfahren zur Ermittlung des Zustandes eines Akkumulators (1), durch Bestimmung der Temperatur des Akkumulators (T) und zeitgleiche Messung der an den Klemmen (2, 3) anliegenden Spannung (U) und des durch den Akkumulator fließenden Stromes (i), mit den Schritten: – Auswertung des frequenzabhängigen Zusammenhanges zwischen Spannung (U) und Strom (i), – aus der Auswertung wird auf einen Zustand der Inhomogenität der Komponenten des Akkumulators geschlossen.Method for determining the state of a rechargeable battery ( 1 ), by determining the temperature of the accumulator (T) and simultaneous measurement of the terminals ( 2 . 3 ) voltage applied to the voltage (U) and of the current flowing through the accumulator (i), comprising the steps of: - evaluation of the frequency-dependent relationship between voltage (U) and current (i), - from the evaluation is based on a state of inhomogeneity of the components Accumulator closed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ein Bleiakkumulator ist.Method according to claim 1, characterized in that that the accumulator is a lead-acid battery. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ein Autoakkumulator ist.Method according to claim 1, characterized in that that the accumulator is an auto-accumulator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Inhomogenität der Komponenten des Akkumulators eine Inhomogenität in der Konzentration (SD) des Elektrolyten ist, insbesondere eine Inhomogenität über die Bauhöhe des Akkumulators.Method according to claim 1, characterized in that that the state of inhomogeneity of the components of Accumulator an inhomogeneity in concentration (SD) of the electrolyte, in particular an inhomogeneity the height of the accumulator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der Inhomogenität der Komponenten des Akkumulators eine Inhomogenität im Ladezustand der Komponenten, insbesondere der Elektroden, ist, insbesondere eine Inhomogenität über die Bauhöhe des Akkumulators.Method according to claim 1, characterized in that that the state of inhomogeneity of the components of Accumulator an inhomogeneity in the state of charge of the components, in particular the electrodes is, in particular an inhomogeneity over the height of the accumulator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des frequenzabhängigen Zusammenhanges zwischen Spannung (U) und Strom (i) im Frequenzbereich zwischen f = 1000 und f = 1 Hertz erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the evaluation of the frequency-dependent relationship between voltage (U) and current (i) in the frequency range between f = 1000 and f = 1 hertz. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des frequenzabhängigen Zusammenhanges zwischen Spannung (U) und Strom (i) durch Anpassung an ein elektrisches Ersatzschaltbild erfolgt, welches mindestens ein die Durchtrittsreaktion beschreibendes Bauelement (Rct) enthält.Method according to claim 1, characterized in that that the evaluation of the frequency-dependent relationship between voltage (U) and current (i) by adaptation to an electrical Substitute circuit diagram takes place, which at least one the passage reaction descriptive device (Rct) contains. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Ersatzschaltbildes durch eine Anpassung an die gemessenen Daten von (U) und (i) bestimmt werden, und der angepasste Wert für das Bauelement (Rct) für die weitere Beurteilung herangezogen wird.Method according to claim 7, characterized in that that the parameters of the equivalent circuit diagram by adapting to the measured data of (U) and (i) are determined, and the adjusted Value for the device (Rct) for the others Assessment is used. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Güte der Anpassung des rechnerisch ermittelten Wertes für das Bauelement (Rct) ermittelt wird.Method according to claim 8, characterized in that that the goodness of the adaptation of the computationally determined Value for the device (Rct) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Referenz-Werte (Rct(ref)) für einen Akkumulator ohne Inhomogenität in Abhängigkeit von den Betriebsparametern Temperatur (T) und Leerlaufspannung (U00) hinterlegt sind, und aus dem Vergleich von aus im Betrieb bestimmten Werten eines die Durchtrittsreaktion beschreibenden Bauelements (Rct) mit den hinterlegten Referenz-Werten (Rct(ref)) auf das Vorliegen einer Inhomogenität im Akkumulator geschlossen wird.Method according to claim 1, characterized in that that reference values (Rct (ref)) for an accumulator without Inhomogeneity depending on the operating parameters Temperature (T) and open circuit voltage (U00) are deposited, and off the comparison of values determined in the operation of the passage reaction descriptive component (Rct) with the stored reference values (Rct (ref)) for the presence of inhomogeneity in the accumulator is closed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Referenz-Werte (Rct(ref)) für einen Akkumulator ohne Inhomogenität in Abhängigkeit von den Betriebsparametern Temperatur (T) und Leerlaufspannung (Uo) hinterlegt sind, und aus dem Vergleich von aus dem Betrieb bestimmten Werten einen die Durchtrittsreaktion beschreibenden Bauelements (Rct) mit den hinterlegten Referenz-Werten (Rct(ref)) auf das Vorliegen einer Inhomogenität im Akkumulator geschlossen wird.Method according to claim 1, characterized in that that reference values (Rct (ref)) for an accumulator without Inhomogeneity depending on the operating parameters Temperature (T) and open circuit voltage (Uo) are deposited, and off the comparison of values determined from the operation one the passage reaction descriptive component (Rct) with the stored reference values (Rct (ref)) for the presence of inhomogeneity in the accumulator is closed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Art der Auswertung von den Werten der Betriebsparameter abhängt, und insbesondere eine Auswertung nur für bestimmte Wertebereiche von Betriebsparametern erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that the kind of evaluation of the values of the operating parameters depends, and in particular an evaluation only for certain ranges of values of operating parameters takes place. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fällen, in denen der im Betrieb bestimmte Wert des Bauelements (Rct) höher ist als der für die aktuellen Betriebsparameter hinterlegte Referenz-Wert (Rct(ref)), auf das Vorliegen einer Inhomogenität im Akkumulator geschlossen wird.Method according to claim 1, characterized in that that in cases where the value determined in the operation of the device (Rct) is higher than that for the current operating parameters stored reference value (Rct (ref)), closed on the presence of an inhomogeneity in the accumulator becomes. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Güte der Anpassung des rechnerisch ermittelten Wertes für das Bauelement (Rct) ermittelt wird.Method according to claim 8, characterized in that that the goodness of the adaptation of the computationally determined Value for the device (Rct) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Grad der Erhöhung des im Betrieb bestimmten Wertes des Bauelements (Rct) über den für die aktuellen Betriebsparameter hinterlegten Referenz-Wert (Rct(ref)) auf das Ausmaß einer Inhomogenität im Akkumulator geschlossen wird.A method according to claim 1, characterized in that from the degree of increase in Be drove certain value of the device (Rct) is closed over the stored for the current operating parameters reference value (Rct (ref)) on the extent of inhomogeneity in the accumulator. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zeitlichen Verlauf (Rct = f (t, Pi)) des im Betrieb bestimmten Wertes des Bauelements (Rct) im Vergleich zu den für die jeweils aktuellen Betriebsparameter (Pi) hinterlegten Referenz-Werte (Rct(ref) = f (Pi)) auf das Ausmaß und die Art einer Inho mogenität im Akkumulator geschlossen wird.Method according to claim 1, characterized in that that from the time course (Rct = f (t, Pi)) of the in operation certain value of the device (Rct) compared to those for the current operating parameters (Pi) stored reference values (Rct (ref) = f (Pi)) on the extent and type of inhomogeneity in the Accumulator is closed. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Apparatus for carrying out a method according to one of the preceding claims.
DE102008056304A 2008-11-07 2008-11-07 Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation Withdrawn DE102008056304A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008056304A DE102008056304A1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008056304A DE102008056304A1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008056304A1 true DE102008056304A1 (en) 2010-05-12

Family

ID=42096397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008056304A Withdrawn DE102008056304A1 (en) 2008-11-07 2008-11-07 Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008056304A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014019314A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 河南省电力公司电力科学研究院 Selection and evaluation method for gradient utilization of power cell
EP2947471A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-25 Sustainable Development & Competitiveness Method and device for diagnosing the regeneration ability of a battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004005478A1 (en) 2004-02-04 2005-09-01 Vb Autobatterie Gmbh Method for determining parameters for electrical states of a storage battery and monitoring device for this purpose
DE102005037821A1 (en) 2005-08-08 2007-02-22 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Charging device for accumulators and method for determining a stratification of electrolyte with different acid density and / or of sulfate fractions in the active material of the positive plates in accumulators
DE102005062150A1 (en) 2005-12-01 2007-06-06 Akkumulatorenfabrik Moll Gmbh & Co. Kg Method for determining the acid stratification of a rechargeable battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004005478A1 (en) 2004-02-04 2005-09-01 Vb Autobatterie Gmbh Method for determining parameters for electrical states of a storage battery and monitoring device for this purpose
DE102005037821A1 (en) 2005-08-08 2007-02-22 Vb Autobatterie Gmbh & Co. Kgaa Charging device for accumulators and method for determining a stratification of electrolyte with different acid density and / or of sulfate fractions in the active material of the positive plates in accumulators
DE102005062150A1 (en) 2005-12-01 2007-06-06 Akkumulatorenfabrik Moll Gmbh & Co. Kg Method for determining the acid stratification of a rechargeable battery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014019314A1 (en) * 2012-07-31 2014-02-06 河南省电力公司电力科学研究院 Selection and evaluation method for gradient utilization of power cell
EP2947471A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-25 Sustainable Development & Competitiveness Method and device for diagnosing the regeneration ability of a battery
FR3021461A1 (en) * 2014-05-22 2015-11-27 Sustainable Dev Et Competitiveness Sdc METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING ABILITY TO REGENERATE A BATTERY

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1505402B1 (en) Method for predicting electric properties of an electrochemical storage-battery
DE10231700B4 (en) Method for determining the aging state of a storage battery with regard to the removable amount of charge and monitoring device
DE102012010486B4 (en) Method and device for determining the actual capacity of a battery
DE102014217135A1 (en) Method and device for determining a state-of-health and a state-of-charge value of a battery
DE102005062148B4 (en) Method for determining the operating state of an energy store for electrical energy
DE102020215176A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING AN NO-LOAD VOLTAGE OF A BATTERY CELL
DE112018001790T5 (en) DEVICE FOR MANAGING AN ENERGY STORAGE DEVICE AND METHOD FOR MANAGING AN ENERGY STORAGE DEVICE
DE102013010311A1 (en) Method for determining the state of individual battery cells of a high-voltage battery and system therefor
EP1505403B1 (en) Method for determining a parameter related to the state of the charge of a storage battery
WO2021105071A1 (en) Method for estimating the state of an energy store
DE102016201026B4 (en) Method and device for determining a residual capacity of a lead-acid battery
EP1382978A2 (en) Monitoring the residual charge of a battery
DE102007037041A1 (en) Lead acid-wet battery condition detection method for use in motor vehicle, involves determining two parameters, and carrying out adaptation of characteristic curve under consideration of parameters
DE102012010487B4 (en) Method and device for determining the actual capacity of a battery
DE102004004280B4 (en) Method of diagnosing batteries
DE102009028911A1 (en) Method for battery testing, particularly in vehicles, involves evaluating terminal voltage by load acting during limited time interval, where terminal voltage is measured and intermediately stored
DE102018115284A1 (en) METHOD FOR ESTIMATING A STATE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM, AND SYSTEM FOR DETERMINING A REMAINING CAPACITY OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM
DE102008056304A1 (en) Battery e.g. car battery, charging condition determining method, involves evaluating frequency dependent correlation between voltage and current, and deducing condition of inhomogeneity of components of battery from evaluation
EP2260313B1 (en) Method and device for monitoring the operating state of a battery
DE102013214292A1 (en) Charge state detection of electrochemical storage
DE102013002340A1 (en) Method for testing aging state of accumulator in lithium-ion battery system in electrical or hybrid vehicle, involves checking aging state of energy store using determined clamp resistors internal resistance sizes
WO2021213669A1 (en) Method and device for testing a battery state in at least one battery
DE102009042194A1 (en) Method for determination of instrument range of chargeable electrical energy storage, involves measuring process inputs of energy storage and comparing in computer with given model
DE102019129902B4 (en) METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTING AN ENGINE START-UP PERFORMANCE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM
DE102018206030A1 (en) Method for charging an electrical energy storage unit

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120601