DE102009003345A1 - System und Verfahren zum Abschätzen des Ladezustands eines elektrochemischen Energiespeichers - Google Patents

System und Verfahren zum Abschätzen des Ladezustands eines elektrochemischen Energiespeichers Download PDF

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Abstract

Im Vorliegenden ist ein elektrochemisches Energiespeichersystem (10) offenbart. Zu dem elektrochemischen Energiespeichersystem (10) gehören ein elektrochemischer Energiespeicher (12) und eine Steuereinrichtung (14), die betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher (12) angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung (14) ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so dass sich im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers (12) ein Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Der im Vorliegenden offenbarte Gegenstand betrifft ein System und Verfahren, das dazu eingerichtet ist, den Ladezustand eines elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  • Der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers (SOC = State of Charge) bezeichnet im Allgemeinen die Restkapazität des elektrochemischen Energiespeichers. Die Kenntnis der in einem elektrochemischen Energiespeicher gespeicherten Restenergiemenge gibt dem Benutzer Auskunft über die Zeitdauer, für die ein elektrochemischer Energiespeicher noch Leistung abgeben wird, bevor er wieder aufgeladen oder ausgetauscht werden muss. Diese Daten können von besonderer Bedeutung in Anwendungen sein, bei denen eine übermäßige Tiefentladung des elektrochemischen Energiespeichers vermieden werden muss, um den Erhalt der vollen Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung für jeden Zeitpunkt zu gewährleisten.
  • Es existieren bereits einige Verfahren und Systeme zum Abschätzen des Ladezustands. Ein Problem basiert darauf, dass Variablen, z. B. die Rate, mit der ein Akkumulator elektrisch geladen oder entladen wurde, bei herkömmlichen Verfahren zur Abschätzung des Ladezustands im Laufe der Zeit zu Ungenauigkeiten führen können. Ein weiteres Problem ist, dass manche herkömmliche Verfahren zum Abschätzen des Ladezustands einen stationären Zustand voraussetzen, während dessen der Akkumulator für mehrere Stunden weder aufgeladen noch entladen wurde. Es ist offensichtlich, dass diese Verfahren nicht optimal mit Systemen zusammenarbeiten, bei denen der Akkumulator entweder häufig aufgeladen oder entladen wird, oder mit unterschiedlichen Stromstärken geladen oder entladen wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Auf die oben erwähnten Mängel, Nachteile und Probleme wird hier eingegangen, und diese werden nach dem Lesen und Verstehen der folgenden Beschreibung verständlich.
  • In einem Ausführungsbeispiel enthält ein (aufladbarer oder nichtaufladbarer) elektrochemisches Energiespeichersystem einen elektrochemischen Energiespeicher und eine betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so dass sich ein Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.
  • In noch einem Ausführungsbeispiel enthält ein medizinisches Überwachungssystem einen elektrochemischen Energiespeicher, eine betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Patientenüberwachungseinrichtung und eine betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher angeschlossene Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einem kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswert des elektrochemischen Energiespeichers; auf einem kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswert des elektrochemischen Energiespeichers; und auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  • Der Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers lässt sich im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen.
  • In noch einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Schätzen des Ladezustands eines Akkumulators die Schritte: Gewinnen eines kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswerts des elektrochemischen Energiespeichers, Gewinnen eines kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswerts des elektrochemischen Energiespeichers und Gewinnen einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Abschätzens einer Quellenspannung, basierend auf dem kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswert des elektrochemischen Energiespeichers, auf dem kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswert des elektrochemischen Energiespeichers und auf der Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers. Das Verfahren beinhaltet ferner den Schritt des Abschätzens des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf der Quellenspannung, so dass sich der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.
  • Vielfältige weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann anhand der beigefügten Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung verständlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2 veranschaulicht schematisch ein Modell eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3 veranschaulicht schematisch ein Modell eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4 zeigt in einer exemplarischen graphischen Darstellung die Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers gegenüber dem Ladezustand;
  • 5 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 6 zeigt einen Graph, der eine gegenüber der Zeit aufgetragene Spannung und eine gegenüber der Zeit aufgetragene Restkapazität beinhaltet;
  • 7 zeigt einen Graph, der zwei gegenüber der Zeit aufgetragene Spannungen und eine gegenüber der Zeit aufgetragene Restkapazität beinhaltet; und
  • 8 vereinigt in einem Graph zwei graphische Darstellung der Spannung gegenüber der Zeit und eine gegenüber der Zeit aufgetragene Restkapazität.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Bestandteil der vorliegenden Erfindung bilden, und in denen spezielle verwirklichbare Ausführungsbeispiele veranschaulicht sind. Diese Ausführungsbeispiele sind im Einzelnen ausreichend beschrieben, um dem Fachmann eine Verwirklichung der Ausführungsbeispiele zu ermöglichen, und es ist klar, dass weitere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und dass logische, mechanische, elektrische und sonstige Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gegenstand der Ausführungsbeispiele abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung sollte daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend bewertet werden. Der Begriff „elektrochemischer Energiespeicher" bezieht sich gleichermaßen auf Primärelemente sowie auf Sekundärelemente aus Batterien daraus.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein System 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Das System 10 enthält einen elektrochemischen Energiespeicher 12, eine Steuereinrichtung 14 und eine elektronische Einrichtung 16. Der elektrochemische Energiespeicher 12 kann als Bleiakkumulator ausgebildet sein. Die elektronische Einrichtung 16 kann eine tragbare Patientenüberwachungseinrichtung sein, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere lebenswichtige Parameter, beispielsweise Temperatur, Pulsfrequenz, Blutdruck und Atemfrequenz, zu überwachen. Es sollte jedoch klar sein, dass das System 10 in Abwandlungen andere Arten von elektrochemischen Energiespeichern und andere elektronische Einrichtungen enthalten kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der elektrochemische Energiespeicher 12 elektrisch mit der Steuereinrichtung 14 verbunden, und die Steuereinrichtung 14 ist mit der elektroni schen Einrichtung 16 elektrisch verbunden. Es lässt sich Energie von dem elektrochemischen Energiespeicher 12 durch die Steuereinrichtung 14 und zu der elektronischen Einrichtung 16 übertragen, um die elektronische Einrichtung 16 mit Leistung zu versorgen. Wenn der elektrochemische Energiespeicher 12 entladen wird, kann er über eine externe Spannungsquelle 18 wieder aufgeladen werden.
  • Die Steuereinrichtung 14 ist mit dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 24 des elektrochemischen Energiespeichers 12 verbunden und dazu eingerichtet, in einer bekannten Weise die elektrochemische Energiespeicherklemmenspannung Vt und/oder den elektrochemischen Energiespeicherklemmenstrom It an den Anschlusspolen 22, 24 zu erfassen. Wie weiter unten im Einzelnen erläutert, ist die Steuereinrichtung 14 außerdem dazu eingerichtet, den Ladezustand (SOC = State Of Charge) des elektrochemischen Energiespeichers 12 im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen. In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet "SOC" ("Ladezustand") die Restkapazität eines Akkumulators bzw. elektrochemischen Speichers und der Begriff "Betriebsverlaufszeit" eines Akkumulators beinhaltet auch Zeiträume, in denen der elektrochemische Energiespeicher geladen wird, entladen wird und/oder ungenutzt ist. Der Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers kann von der Steuereinrichtung 14 zu der elektronischen Einrichtung 16 übertragen werden, um einem Benutzer angezeigt zu werden.
  • Die Steuereinrichtung 14 kann den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Gleichung abschätzen, die von einem Modell 19 eines elektrochemischen Energiespeichers abgeleitet ist, das gemäß einem Ausführungsbeispiel in 2 dargestellt ist. Das Modell 19 eines elektrochemischen Energiespeichers basiert auf einem elektrischen Stromkreis, der durch eine interne Spannungsquelle Vs gespeist ist, und der dazu eingerichtet ist, das elektrochemische Verhalten des (in 1 gezeigten) elektrochemischen Energiespeichers 12 zu beschreiben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der elektronische Schaltkreis des Modells eines elektrochemischen Energiespeichers 19 mehrere in Reihe geschaltete Widerstände R1–Rn und eine entsprechende Anzahl von Kondensatoren C1–Cn-1, die jeweils zwischen einem benachbarten Paar Widerständen angeordnet sind. Die Widerstände R1–Rn bzw. die Kondensatoren C1–Cn-1 repräsentieren einen inneren Widerstand des elektrochemischen Energiespeichers und eine innere Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers, die in vielen unterschiedlichen Typen von elektrochemischen Energiespeichern spezifisch sind. Die Anzahl von Widerständen und Kondensatoren kann gesteigert werden, um die Genauigkeit, mit der das Modell 20 eines elektrochemischen Energiespeichers das Verhalten des elektrochemischen Energiespeichers 12 beschreibt, zu verbessern. Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel kann das Modell 19 eines elektrochemischen Energiespeichers anstelle der oder zusätzlich zu den Kondensatoren C1–Cn-1 Induktivitäten aufweisen.
  • Mit Bezug auf 3 ist ein vereinfachtes Modell 20 eines elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Modell 20 eines elektrochemischen Energiespeichers enthält einen einzigen Kondensator C1, der zwischen einem Paar Widerständen R1 und R2 angeordnet ist. Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel des Modells 20 eines elektrochemischen Energiespeichers wird im folgenden für Zwecke der Veranschaulichung beschrieben, dem Fachmann sollte jedoch klar sein, dass abgewandelte Ausführungsbeispiele, die zusätzliche Widerstände und Kondensatoren aufweisen, in ähnlicher Weise verwirklicht werden können.
  • Es ist allgemein bekannt, dass es möglich ist, die elektrochemische Energiespeicherklemmenspannung Vt, falls der elektrochemische Energiespeicher für gewisse Zeit nicht benutzt (d. h. weder geladen noch entladen) wurde, zu nutzen, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen. Ein Verfahren zum Gewinnen eines Näherungswerts des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer gemessenen elektrochemischen Energiespeicherklemmenspannung Vt verwendet eine graphische Darstellung, wie sie beispielsweise in 4 dargestellt ist. Die graphische Darstellung nach 4 korreliert die Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers mit dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers, und kann von dem Hersteller bezogen werden, oder kann durch Zusammenstellen von Testdaten erstellt werden, die über einen Bereich von Klemmenspannungswerten des elektrochemischen Energiespeichers erfasst wurden. Falls der elektrochemische Energiespeicher für eine ausreichende Zeitspanne unbenutzt war, würde eine gemessene Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers von 6,0 V beispielsweise einen Ladezustand von etwa 28% bedeuten. Mit anderen Worten, es kann basierend auf einem Klemmenspannungsmesswert des elektrochemischen Energiespeichers von 6,0 V geschätzt werden, dass etwa 28% der Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers verbleiben. Ein Problem im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren besteht darin, dass es möglicherweise erforderlich ist, mehrere Stunden, in denen der elektrochemische Energiespeicher unbenutzt bleibt, zu warten, bevor ein genauer Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers gewonnen werden kann.
  • Nochmals Bezug nehmend auf 3, ist es ersichtlich, dass die Spannung der internen Spannungsquelle Vs, wenn der elektrochemische Energiespeicher für eine gewisse Zeitspanne unbenutzt war, im Wesentlichen äquivalent zu der Klemmenspan nung Vt des elektrochemischen Energiespeichers ist. Mit anderen Worten, nachdem der Kondensator C1 den Spannungspegel Vs erreicht hat, und für gewisse Zeit kein Strom durch die Widerstände R1 und R2 geflossen ist, ist die Spannung an der internen Quelle Vs im Allgemeinen äquivalent zu der Spannung an den Anschlusspolen Vt. Dementsprechend können berechnete Werte von Vs in Kombination mit einer graphischen Darstellung, die jener in 4 ähnelt, eingesetzt werden, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers in einer Weise abzuschätzen, bei der es nicht erforderlich ist, dass der elektrochemische Energiespeicher unbenutzt bleibt. Falls der Laststrom bekannt ist oder geschätzt werden kann, ist es außerdem möglich, basierend auf dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers zu berechnen. Im folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen von Vs beschrieben, so dass der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers und/oder die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers geschätzt werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und 3 ist die Steuereinrichtung 14 dazu eingerichtet, Vs basierend auf kurz zuvor erfassten Messwerten der Klemmenspannung Vt des elektrochemischen Energiespeichers und des Klemmenstroms It des elektrochemischen Energiespeichers, sowie einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers zu berechnen. Für Zwecke dieser Beschreibung beinhaltet die Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers einen oder mehrere zuvor akquirierte Messwerte Klemmenstroms It des elektrochemischen Energiespeichers. Ebenfalls für Zwecke dieser Beschreibung ist ein "kurz zuvor" erfasster Messwert ein Messwert, der im Wesentlichen gleichzeitig mit seinem beabsichtigten Einsatz (z. B. innerhalb der vorausgehenden 5 Sekunden) gewonnen wurde, und ein "früher" erfasster Messwert ist ein Messwert, der mehr als 30 Sekunden vor seinem beabsichtigten Einsatz gewonnen wurde. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung 14 dazu eingerichtet sein, Vs anhand der von dem Modell 20 abgeleiteten Gleichung Vs = Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) zu berechnen. Im Folgenden wird ein Verfahren der Verwendung dieser Gleichung beschrieben, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers und/oder die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  • Mit Bezug auf 5 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren 100 zum Abschätzen des Ladezustands und/oder der Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die einzelnen Blöcke 102114 repräsentieren Schritte, die durch die (in 1 gezeigte) Steuereinrichtung 14 ausgeführt werden können. Dem Fachmann wird einleuchten, dass die Schritte 102114 umgruppiert und/oder kombiniert werden können, solange der zugrundeliegende Rechenvorgang erhalten bleibt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 und 5 wird in Schritt 102 die an den Anschlusspolen 22, 24 anliegende Klemmenspannung Vt des elektrochemischen Energiespeichers in einer bekannten Weise gemessen. In Schritt 104 wird in einer bekannten Weise der Klemmenstrom It des elektrochemischen Energiespeichers an den Anschlusspolen 22, 24 gemessen.
  • In Schritt 106 wird die Spannung der internen Spannungsquelle Vs anhand der Gleichung Vs = Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) berechnet. Ein exemplarisches Verfahren zum Berechnen von Vs gemäß der vorausgehenden Gleichung wird nachstehend im Einzelnen erläutert. In Schritt 108 wird der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers näherungsweise berechnet (geschätzt). Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers mittels des berechneten Wertes von Vs abgeschätzt werden, der in Schritt 106 und anhand des zuvor gemäß 4 beschriebenen Verfahrens gewonnen wurde. In Schritt 110 wird die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers abgeschätzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf dem in Schritt 108 gewonnenen Ladezustand und auf einem gewöhnlich ungünstigsten Stromentzugswert abgeschätzt werden. Falls beispielsweise der den höchsten Verbrauch verursachende Betrieb der (in 1 gezeigten) elektronischen Einrichtung 16 dem elektrochemischen Energiespeicher einen Strom mit einer Rate von 0,75 As entzieht, kann dieser Wert in Verbindung mit dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers verwendet werden, um einen Laufzeitschätzwert zu erzeugen.
  • In Schritt 112 wird die Variable ACC schrittweise anhand der Gleichung ACC = ((ACCprevious)·(1 – K)) + It errechnet. Für die erste Iteration kann die Variable ACCprevious gleich Null gesetzt werden. Die Variable K ist eine Akkumulatorkonstante, die anhand der Gleichung K = 1 – EXP((–1·(Abtastrate)/(Btc)) gewonnen werden kann. Die Variable Btc ist eine Zeitkonstante des elektrochemischen Energiespeichers, die mittels der Gleichung Btc = C1·R1 berechnet werden kann. Ein exemplarisches Verfahren zum Abschätzen der Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers wird nachstehend im Einzelnen erläutert. In Schritt 114 hält das Verfahren 100 für eine vorbestimmte Zeitspanne an bzw. wird verzögert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Dauer der Verzögerung in Schritt 114 etwa 51 Sekunden. Nach Vollendung von Schritt 114 kehrt das Verfahren 100 zu Schritt 102 zurück.
  • Ein exemplarisches Verfahren zum Berechnen oder Abschätzen sämtlicher Variablen in der Gleichung Vs = Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc) von Schritt 106 wird im folgenden in der Reihenfolge des Aufscheinens der Variablen beschrieben. Die Vari able Vt kann in einer bekannten Weise durch die (in 1 gezeigten) Steuereinrichtung 14 an den Anschlusspolen 22, 24 gemessen werden. Die Variable R2 kann von dem Hersteller des elektrochemischen Energiespeichers bezogen werden oder kann durch Messen der in Zusammenhang mit dem Anlegen oder Abklemmen einer bekannten Last im Allgemeinen auftretenden plötzlichen Änderung der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers abgeschätzt werden. Ein exemplarisches Verfahren zum Schätzen von R2 wird nachstehend mit Bezug auf 6 beschrieben. Die Variable It kann in einer bekannten Weise durch die Steuereinrichtung 14 an den Anschlusspolen 22, 24 gemessen werden. Die Variable ACC wird in der anhand von Schritt 112 des Verfahrens 100 beschriebenen Weise berechnet.
  • Die Variable R1 und die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers können von dem Hersteller des elektrochemischen Energiespeichers bezogen werden oder können in Näherung bestimmt werden, indem eine Last entfernt wird und eine Kurvenanpassung der sich ergebende Steigung der gegenüber der Zeit abgetragenen Spannung durchgeführt wird. Ein exemplarisches Verfahren zum Berechnen der Variablen R1, R2 und der Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers wird nun mit Bezug auf 68 beschrieben.
  • Bezugnehmend auf 6 wurde an einem (nicht gezeigten) Probeakkumulator, der dem (in 1 gezeigten) elektrochemischen Energiespeicher 12 ähnelte, ein Entladungsstrom von 0,29 A hervorgerufen. Zum Zeitpunkt T1 wurde der an dem Probeakkumulator hervorgerufene Entladungsstrom von 0,29 A unterbrochen und zum Zeitpunkt T2 wurde der Entladungsstrom von 0,29 A von neuem an den Probeakkumulator hervorgerufen. Die Kurve 40 repräsentiert die in Reaktion auf die Anwendung der zuvor beschriebenen Entladungssequenz hervorgerufene Klemmenspannung des Probeakkumulators, aufgetragen gegenüber der Zeit. Die Kurve 42 repräsentiert die in Reaktion auf die Anwendung der zuvor beschriebenen Entladungssequenz verbleibende Restkapazität des Probeakkumulators, aufgetragen gegenüber der Zeit. Es ist ersichtlich, dass sich die Steigung der Kurve 40 der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers von derjenigen der Restkapazitätskurve 42 insbesondere zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 unterscheidet, da die Kurve 40 der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers nicht die (in 3 gezeigten) Variablen R1, R2 und die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers berücksichtigt.
  • Wie zuvor erläutert, kann die (in 3 gezeigte) Variable R2 durch Messen der im Allgemeinen in Zusammenhang mit dem Anlegen oder Abschalten einer bekannten Last auftretenden verzögerungsfreien Änderung der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers in Näherung bestimmt werden. Mit Bezug auf 6 ist zu sehen, dass die (durch die Kurve 40 repräsentierte) Klemmenspannung zum Zeitpunkt T1 in Reaktion auf die Unterbrechung des Entladungsstroms von 0,29 A von etwa 5,82 Volt auf etwa 5,91 Volt ansteigt. Folglich kann die Variable R2 unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes nach der Gleichung R2 = ΔV/I = (5,91 – 5,82)/0,29 = 0,31 Ohm berechnet werden.
  • 7 zeigt eine graphische Darstellung der zuvor beschriebenen Kurven 40 und 42 und einer Kurve 44. Die Kurve 44 basiert auf der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers und einem Korrekturfaktor, der den (in 3 gezeigten) Widerstand R2 berücksichtigt. Genauer gesagt ist die Kurve 44 eine graphische Darstellung der in Reaktion auf die Anwendung der gemäß 6 beschriebenen Entladungssequenz des elektrochemischen Energiespeichers auftretenden Größe (Vt – (R2·It)), aufgetragen gegenüber der Zeit.
  • Es ist ersichtlich, dass sich die Steigung der Kurve 44 durch den Einsatz eines den Widerstand R2 berücksichtigenden Korrekturfaktors der Restkapazitätskurve 42 besser nähert. Die Steigung der Kurve 44 zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 ist jedoch nicht konsistent mit jener der Restkapazitätskurve 42, da die Kurve 44 den (in 3 gezeigten) Widerstand R1 und die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers nicht berücksichtigt.
  • Ein Näherungswert der Variablen R1 lässt sich mittels der Kurve 44 gewinnen, indem die zeitliche Spannungsänderung identifiziert wird, die in Zusammenhang mit dem Anlegen oder Abschalten einer bekannten Last auftritt. Dieser Näherungswert wird unter Zugrundelegung der Annahme berechnet, dass die (in 3 gezeigte) innere Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers C1 letztendlich den Spannungspegel Vs erreichen wird, so dass die Spannungsänderung über einen ausreichend langen Zeitraum ausschließlich auf den Widerstand R1 zurückzuführen ist. Beispielsweise ist mit Bezug auf 7 zu sehen, das die Kurve 44 in Reaktion auf die Unterbrechung des Entladungsstroms von 0,29 A in dem Zeitintervall T1–T2 von 5,91 Volt auf 5,94 Volt ansteigt. Diese zeitliche Spannungsänderung im Zusammenhang mit der Entfernung einer bekannten Last, kann in Verbindung mit dem Ohmschen Gesetz verwendet werden, um R1 anhand der Gleichung R1 = ΔV/I = (5,94 – 5,91)/0,29 = 0,1 Ohm zu berechnen.
  • 8 zeigt eine graphische Darstellung der zuvor beschriebenen Kurven 40 und 42 und einer Kurve 46. Die Kurve 46 repräsentiert einen Näherungswert der Spannung der internen Spannungsquelle (Vs) des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf der Klemmenspannung des elektrochemischen Energiespeichers; auf einem ersten Korrekturfaktor, der den (in 3 gezeigten) Widerstand R2 berücksichtigt; und auf einem zwei ten Korrekturfaktor, der sowohl den Widerstand R1 als auch die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers berücksichtigt. Genauer gesagt ist die Vs-Kurve 46 eine graphische Darstellung der in Reaktion auf die Anwendung der gemäß 6 beschriebenen Entladungssequenz des elektrochemischen Energiespeichers auftretende Größe (Vt – (R2·It) – (ACC·R1·(1/Btc)), aufgetragen gegenüber der Zeit.
  • Es sollte klar sein, dass die die Kurve 46 definierende Gleichung lediglich eine einzige unbekannte Variable (die Zeitkonstante Btc des elektrochemischen Energiespeichers) enthält. Diese unbekannte Variable kann durch eine Versuch-und-Irrtum-Methode und durch eine Kurvenanpassung der Steigung der sich ergebenden Vs-Kurve abgeschätzt werden. Mit anderen Worten ist die geschätzte Variable Btc der Wert, der eine Vs-Kurve mit einer Steigung hervorbringt, die am besten mit jener der Kurve 42 übereinstimmt. Gemäß dem in 8 veranschaulichten Beispiel beträgt der die Vs-Kurve 46 hervorbringende Näherungswert für Btc 2.000 Sekunden. Da die Steigung der Kurve 46 der Steigung der Kurve 42 in hohem Maße nahe kommt, kann angenommen werden, dass der geschätzte Wert für Btc von 2.000 genau ist.
  • Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu offenbaren, und um außerdem den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen und beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu verwenden, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche weiteren Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthal ten, die sich nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche unterscheiden.
  • Im Vorliegenden ist ein elektrochemische Energiespeichersystem 10 offenbart. Zu dem elektrochemischen Energiespeichersystem 10 gehören ein elektrochemischer Energiespeicher 12 und eine Steuereinrichtung 14, die betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher 12 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 14 ist dazu eingerichtet, einen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so dass sich im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers 12 ein Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.

Claims (9)

  1. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10), zu dem gehören: ein elektrochemischer Energiespeicher (12); und eine Steuereinrichtung (14), die betriebsmäßig an den elektrochemischen Energiespeicher (12) angeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, einen Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer Vorgeschichte des Stroms des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen, so dass der Näherungswert des Ladezustands des elektrochemischen Energiespeichers sich im Laufe des Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers gewinnen lässt.
  2. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) ferner dazu eingerichtet ist, einen kurz zuvor erfassten Klemmenspannungsmesswert des elektrochemischen Energiespeichers zu verwenden, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  3. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) ferner dazu eingerichtet ist, einen kurz zuvor erfassten Klemmenstrommesswert des elektrochemischen Energiespeichers zu verwenden, um den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  4. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) ferner dazu eingerichtet ist, den Ladezustand des elektrochemischen Energie speichers basierend auf einem geschätzten inneren Widerstand des elektrochemischen Energiespeichers (12) abzuschätzen.
  5. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) ferner dazu eingerichtet ist, den Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf einer geschätzten inneren Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers (12) abzuschätzen.
  6. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) ferner dazu eingerichtet ist, eine Restlaufzeit des elektrochemischen Energiespeichers basierend auf dem Ladezustand des elektrochemischen Energiespeichers abzuschätzen.
  7. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der elektrochemische Energiespeicher (12) auf einem Bleiakkumulator basiert.
  8. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der elektrochemische Energiespeicher (12) auf einem Akkumulator basiert, der dazu eingerichtet ist, an einer entfernt angeordneten Spannungsquelle angeschlossen zu werden.
  9. Elektrochemisches Energiespeichersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der elektrochemische Energiespeicher (12) auf einer primären nicht wiederaufladbaren Batterie basiert.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150369685A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Continental Automotive France Method for determining the opening point of a valve

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011037257A1 (ja) 2009-09-28 2011-03-31 日立ビークルエナジー株式会社 電池システム
US20120136595A1 (en) * 2010-11-29 2012-05-31 GM Global Technology Operations LLC Battery diffusion voltage estimation
KR101798464B1 (ko) * 2011-02-22 2017-11-16 에스케이이노베이션 주식회사 다중 팩 병렬 구조의 soc 보정 시스템
WO2012143996A1 (ja) * 2011-04-18 2012-10-26 日立ビークルエナジー株式会社 蓄電装置
US9625533B2 (en) * 2013-04-16 2017-04-18 Johnson Controls Technology Company Lead acid state of charge estimation for auto-stop applications
KR101601151B1 (ko) * 2013-10-17 2016-03-08 주식회사 엘지화학 못이 이차전지를 관통했을 때의 과전류 시뮬레이션 방법 및 그 프로그램을 저장한 기록매체
US9495493B2 (en) * 2013-11-25 2016-11-15 Lg Chem, Ltd. Overcurrent simulation method when nail penetrates secondary battery and recording medium storing the program
CN104833917B (zh) * 2014-02-12 2020-10-16 罗伯特·博世电池系统有限责任公司 用于锂蓄电池中荷电状态实时估算的标称电池电阻的确定
KR101601473B1 (ko) * 2014-08-25 2016-03-09 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 배터리의 충방전 보정 제어 장치 및 방법
CN108694106A (zh) * 2017-04-07 2018-10-23 中国移动通信有限公司研究院 一种终端功耗性能监测方法、装置及管控平台
CN108802621A (zh) * 2018-05-08 2018-11-13 中国电力科学研究院有限公司 一种基于大数据对电池的状态进行评估的方法及系统
USD926794S1 (en) 2018-05-18 2021-08-03 Carefusion 303, Inc. Display screen with graphical user interface for an infusion device
CN110045292A (zh) * 2019-05-07 2019-07-23 东莞理工学院 基于大数据和bp神经网络的锂离子电池SOC预测方法
CN113671379B (zh) * 2021-08-20 2022-02-15 深圳市爱图仕影像器材有限公司 确定电池剩余使用时间的方法、介质及一种影视灯设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5999941A (ja) * 1982-11-26 1984-06-08 株式会社デンソー 車両用充電制御装置
US6529840B1 (en) * 1999-10-26 2003-03-04 Cellon France Device for estimating the state of charge of a battery
US6586850B1 (en) * 2000-07-05 2003-07-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device with multiple, concurrently-installed power molecules and method for controlling same
US6388447B1 (en) * 2000-11-07 2002-05-14 Moltech Power Systems, Inc. Method and apparatus for battery fuel gauging
US20020153865A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-24 Nelson James E. Uninterruptible power supply system having an NiMH or Li-ion battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150369685A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-24 Continental Automotive France Method for determining the opening point of a valve

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