DE102009037085A1 - Power loss determining method for e.g. lithium ion battery, involves operating energy storage with alternating current, measuring current and voltage at storage, and determining power loss of storage using measured current and voltage - Google Patents

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Abstract

The method involves operating an energy storage (101) with alternating current, and measuring current and voltage at the energy storage. An open-circuit voltage is filtered from the measured voltage by filters (104) e.g. high pass filters and/or band pass filters (105, 106), and an interference signal is filtered from the measured current and voltage by the filters. Amplitude of the alternating current is selected such that a reference value of power loss of the energy storage is achieved. The power loss of the energy storage is determined using the measured current and voltage. Independent claims are also included for the following: (1) a method for adjusting a test bench depending on power loss of an energy storage (2) a device for determining power loss of an energy storage.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers, ein Verfahren zur Einstellung eines Prüfstands oder Prüfgeräts sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers.The The invention relates to a method for determining a power loss an energy storage device, a method for setting a test bench or Tester as well a device for determining a power loss of an energy storage device.

Für die Auslegung von Energiespeichern (Batteriezellen, Supercaps, Kondensatoren etc.), die Entwicklung von Kühlkonzepten und Verfahren zum Batteriemanagement ist es vorteilhaft, die thermischen Eigenschaften (z. B. Wärmewiderstände und/oder Wärmekapazitäten) der Energiespeicher möglichst genau bestimmen bzw. berücksichtigen zu können. Für eine derartige Vermessung der Energiespeicher wird entweder durch eine Heizung Wärme von außen eingeprägt bzw. wird eine innere Erwärmung des Energiespeichers bei Strombelastung bestimmt. Hierzu können Prüfstände eingesetzt werden, die eine Spannung und/oder einen Strom an der Batterie steuern oder regeln können.For the design of energy storage devices (battery cells, supercaps, capacitors etc.), the development of cooling concepts and methods for battery management, it is advantageous to the thermal Properties (eg thermal resistances and / or Heat capacities) of Energy storage as possible determine exactly or consider to be able to. For one Such measurement of energy storage is either by a Heating heat from Outside imprinted or becomes an internal warming of the energy store determined at current load. Test benches can be used for this purpose which control a voltage and / or a current at the battery or can regulate.

Hierbei ist es von Nachteil, dass im Fall der Wärmeeinprägung von außen nur sehr bedingt bzw. ungenau auf das Innere des Energiespeichers rückgeschlossen werden kann. Damit ist eine Modellierung bzw. Parametrierung des Energiespeichers entsprechend stark fehlerbehaftet.in this connection It is disadvantageous that in the case of heat injection from the outside only very limited or inaccurate on the inside of the energy storage can be deduced. This is a modeling or parameterization of the energy storage correspondingly strongly faulty.

Andererseits ist es von Nachteil, dass bei einer Erwärmung des Energiespeichers durch Strombelastung die eingebrachte Wärme lediglich nachträglich bestimmt werden kann, da das elektrische und thermische Verhalten des Energiespeichers vor Abschluss der Untersuchung nicht bekannt und danach schwierig zu bestimmen bzw. zu modellieren ist.on the other hand It is disadvantageous that when heating the energy storage determined by current load, the introduced heat only subsequently can be, because the electrical and thermal behavior of the energy storage not known before the end of the investigation and then difficult to be determined or modeled.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine effektive Methode zur Modellierung bzw. Parametrierung eines Energiespeichers anzugeben, die bevorzugt zur Einstellung eines Prüfstands genutzt werden kann.The The object of the invention is the disadvantages mentioned above and in particular an effective method of modeling or to specify the parameterization of an energy store, which is preferred for setting a test bench can be used.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.These Task is performed according to the characteristics of independent claims solved. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers angegeben

  • a) bei dem der Energiespeicher mit einem Wechselstrom betrieben wird;
  • b) bei dem ein Strom durch und eine Spannung an dem Energiespeicher gemessen werden;
  • c) bei dem eine Verlustleistung mittels des Stroms und der Spannung ermittelt wird.
To solve the problem, a method for determining a power loss of an energy storage is specified
  • a) in which the energy storage is operated with an alternating current;
  • b) in which a current through and a voltage are measured at the energy store;
  • c) in which a power loss is determined by means of the current and the voltage.

Hierbei ist es von Vorteil, dass anhand der ermittelten Verlustleistung des Energiespeichers diese sehr genau eingestellt werden kann. Somit kann ein Prüfstand oder ein Prüfgerät eingesetzt werden, das die Verlustleistung des Energiespeichers einstellt und abhängig von der Verlustleistung können z. B. eine Temperatur des Energiespeichers gemessen oder anhand weiterer Parameter bestimmt werden. Durch den Einfluss der Verlustleistung auf die Temperatur des Energiespeichers ist es möglich, den einzelnen Energiespeicher hinsichtlich seines Temperaturverhaltes auszuwerten und einen Einsatz des Energiespeichers abhängig von einer Verlustleistung und/oder Temperatur z. B. in einem System zu planen. Entsprechend können beispielsweise eine Kühlleistung (aktive oder passive Kühlung) oder ein Batteriemanagement auf das Temperaturverhalten des Energiespeichers (z. B. in Kombination mit anderen Energiespeichern oder mit anderen Komponenten in einer Wirkkombination) ausgelegt werden.in this connection It is advantageous that based on the determined power loss of the energy store this can be set very accurately. Consequently can be a test bench or a tester used which adjusts the power loss of the energy store and dependent from the power loss can z. B. measured a temperature of the energy storage or based further parameters are determined. Due to the influence of the power loss to the temperature of the energy storage, it is possible to use the individual energy storage evaluate with regard to its temperature behavior and use of energy storage dependent from a power loss and / or temperature z. In a system to plan. Correspondingly for example, a cooling capacity (active or passive cooling) or a battery management on the temperature behavior of the energy storage (eg in combination with other energy storage devices or with others Components in a combination of effects) are designed.

Ein anderer Vorteil ist die hohe Genauigkeit des hier vorgestellten Ansatzes: So kann die Verlustleistung des Energiespeichers bestimmt werden und auf thermische Eigenschaften des Energiespeichers rückgeschlossen werden, ohne dass man die genaue Struktur oder Zusammensetzung des Energiespeichers kennen muss. Durch die hier vorgeschlagene Modellierung ist es möglich, schon bei der Speisung des Energiespeichers mittels des Wechselstroms die in den Energiespeicher eingeprägte Wärme zu bestimmen.One Another advantage is the high accuracy of the presented here Approach: How to determine the power loss of the energy store be inferred and thermal properties of the energy storage without knowing the exact structure or composition of the Energy storage must know. By the modeling proposed here Is it possible, already at the power supply of the energy storage by means of the alternating current To determine the heat injected into the energy store.

Insbesondere kann der hier vorgeschlagene Ansatz genutzt werden, um eine bestimmte z. B. vorgegebene Verlustleistung in den Energiespeicher einzuprägen.Especially The approach proposed here can be used to z. B. memorize given power dissipation in the energy storage.

Eine Weiterbildung ist es, dass vor dem Schritt c) zumindest teilweise eine Ruhespannung aus der gemessenen Spannung mittels eines Filters herausgefiltert wird.A Further development is that before step c) at least partially filtered out a rest voltage from the measured voltage by means of a filter becomes.

Eine andere Weiterbildung ist es, dass vor dem Schritt c) ein Störsignal aus dem gemessenen Strom und/oder aus der gemessenen Spannung zumindest teilweise mittels eines Filters herausgefiltert wird.A Another development is that before the step c) an interference signal from the measured current and / or from the measured voltage at least partially filtered out by means of a filter.

Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass das Filter ein Hochpassfilter und/oder ein Bandpassfilter ist.Especially It is a development that the filter is a high pass filter and / or a bandpass filter is.

Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Wechselstrom eine Periodendauer aufweist, die klein gegenüber einer zeitlichen Dauer für eine Temperaturveränderung des Energiespeichers ist.Also It is a continuing education that the alternating current has a period duration which is small compared to a time period for a temperature change of the energy store is.

So kann für eine Frequenz von bspw. 100 Hz des Wechselstroms die Temperaturveränderung des Energiespeichers als pro Periodendauer stationär angesehen werden. Mit anderen Worten, eine Temperaturveränderung des Energiespeichers geschieht im Bereich von mehreren Sekunden bis Minuten; die Temperaturschwankung pro Periodendauer, d. h. pro 10 ms, ist insofern nicht signifikant.Thus, for a frequency of, for example, 100 Hz of the alternating current, the temperature change of the Energy storage are considered to be stationary per period. In other words, a change in the temperature of the energy storage takes place in the range of several seconds to minutes; the temperature fluctuation per period, ie per 10 ms, is not significant.

Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Amplitude des Wechselstroms so eingestellt wird, dass ein Sollwert der Verlustleistung erreicht wird.Further It is a training that the amplitude of the alternating current is adjusted so that a target value of the power loss is reached becomes.

Entsprechend kann die Amplitude z. B. mittels einer Regelung (z. B. schrittweise oder kontinuierlich) nachgeführt werden, bis der Sollwert erreicht ist. Somit kann für verschiedene Sollwerte die jeweilige Verlustleistung bestimmt und ggf. die durch die Strombelastung eingebrachten Wärme ermittelt oder daraus abgeleitet werden.Corresponding can the amplitude z. B. by means of a scheme (eg., Gradual or continuously) until the setpoint is reached. Thus, for different Setpoints determines the respective power loss and possibly the by determines the current load introduced heat or derived from it become.

Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung wird die Amplitude des Wechselstroms mittels eines Reglers, insbesondere eines I-Reglers, eingestellt, indem die ermittelte Verlustleistung von dem Sollwert der Verlustleistung subtrahiert und das Ergebnis der Subtraktion dem I-Regler zugeführt wird.in the Framework of an additional Further, the amplitude of the alternating current by means of a regulator, In particular, an I-controller, adjusted by the determined Power loss subtracted from the target power loss and the result of the subtraction is fed to the I-controller.

Bei dem I-Regler handelt es sich beispielsweise um einen Integrator mit einem vorgegebenen Regelfaktor.at the I controller is an integrator, for example with a predetermined control factor.

Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die Amplitude des Wechselstroms mittels eines Reglers, insbesondere eines P-Reglers oder eines PI-Reglers, eingestellt wird, indem die ermittelte Verlustleistung einer Vorverarbeitung zugeführt wird, das Ergebnis der Vorverarbeitung von dem Sollwert der Verlustleistung subtrahiert wird und das Ergebnis der Subtraktion dem P-Regler oder dem PI-Regler zugeführt wird.A next Continuing education is that the amplitude of the alternating current by means of a controller, in particular a P controller or a PI controller, is adjusted by the determined power loss of preprocessing supplied is the result of the preprocessing of the desired power loss is subtracted and the result of subtraction the P-controller or fed to the PI controller becomes.

Bei der Vorverarbeitung handelt es sich beispielsweise um ein Filter, z. B. ein Mittelwertfilter oder um ein Tiefpassfilter.at the preprocessing is, for example, a filter, z. B. a mean value filter or a low-pass filter.

Eine Ausgestaltung ist es, dass die Verlustleistung des Energiespeichers mittels eines Prüfstands eingestellt wird.A Embodiment is that the power loss of the energy storage by means of a test bench is set.

Bei dem Prüfstand kann es sich um ein beliebiges Prüfgerät handeln. Somit kann mittels des Prüfstands die Verlustleistung des Energiespeichers recht genau eingestellt werden. Insbesondere kann nun die Temperatur des Energiespeichers oder eines Systems umfassend den Energiespeicher bestimmt werden. Damit ist ermittelbar, inwieweit eine Verlustleistung in dem Energiespeicher zu einer Temperaturänderung des Energiespeichers bzw. des Systems umfassend den Energiespeicher führt.at the test bench it can be any tester. Thus, by means of the test bench the power loss of the energy storage set fairly accurately become. In particular, now can the temperature of the energy storage or a system comprising the energy store. This can be used to determine to what extent a power loss in the energy storage to a temperature change the energy storage or the system comprising the energy storage leads.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass der Wechselstrom ein Wechselsignal umfasst, insbesondere ein periodisches Wechselsignal, ein sinusförmiges Wechselsignal, ein rechteckiges Wechselsignal oder ein dreieckförmiges Wechselsignal.A alternative embodiment is that the alternating current comprises an alternating signal, in particular a periodic alternating signal, a sinusoidal alternating signal, a rectangular alternating signal or a triangular alternating signal.

Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass abhängig von der Verlustleistung des Energiespeichers ein System umfassend den Energiespeicher, eine Schaltung, ein Kühlkonzept und/oder ein Konzept zum Batteriemanagement ausgelegt wird.A next Design is that dependent from the power loss of the energy storage system comprising the energy storage, a circuit, a cooling concept and / or a concept for Battery management is designed.

Eine derartige Auslegung kann umfassen: Eine Bestimmung spezifischer Parameter zur Realisierung, einen Aufbau des Systems oder eine Veränderung eines bestehenden Systems.A Such a design may include: a provision of more specific Parameters for the realization, a structure of the system or a change of an existing system.

Auch ist es eine Ausgestaltung, dass der Energiespeicher mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst:

  • – eine Lithium-Ionen Zelle,
  • – einen Supercap;
  • – eine Bleisäure-Batterie;
  • – einen Kondensator;
  • – eine Brennstoffzelle.
It is also an embodiment that the energy store comprises at least one of the following components:
  • A lithium-ion cell,
  • - a supercap;
  • - a lead-acid battery;
  • A capacitor;
  • - a fuel cell.

Auch kann der Energiespeicher jedwede Variante einer Batterie oder eines Akkumulators umfassen.Also can the energy storage any variant of a battery or a Include accumulator.

Auch wird ein Verfahren zur Einstellung eines Prüfstands abhängig von einer Verlustleistung eines Energiespeichers vorgeschlagen, wobei die Verlustleistung des Energiespeichers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt wird.Also becomes a method for setting a test bench depending on a power loss proposed an energy storage, the power loss of the energy store according to a of the preceding claims is determined.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst mittels einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist.The The above object is also achieved by means of a device for determining a power loss of an energy storage, the is arranged such that the method as described herein feasible is.

Diese Vorrichtung kann ein Prüfstand oder ein Prüfgerät sein, das insbesondere mindestens einen Digitalrechner umfasst.These Device can be a test bench or a tester, in particular comprising at least one digital computer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.embodiments The invention are illustrated below with reference to the drawings and explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des vorgestellten Ansatzes zur Ermittlung der Verlustleistung des Energiespeichers; 1 a schematic block diagram illustrating the presented approach for determining the power loss of the energy storage;

2 ein schematisches Diagramm mit einer periodisch oszillierenden Verlustleistung Pac sowie einer Sollwert-Verlustleistung Psoll. 2 a schematic diagram with a periodically oscillating power loss Pac and a setpoint power dissipation Psoll.

Um thermische Eigenschaften eines Energiespeichers zu bestimmen, kann dieser beispielsweise mit einem sinusförmigen, mittelwertfreien Strom betrieben und dadurch erwärmt werden. Vorzugsweise wird die Frequenz fa (z. B. in Höhe von 100 Hz) dieses Stroms so gewählt, dass die Leistungsvariation viel schneller ist als die thermische Trägheit des zu vermessenden Energiespeichers. Dies ermöglicht einen quasistationären Wärmeeintrag. Die Amplitude des Stroms wird so gewählt, dass sich ein Sollwert der Verlustleistung einstellt. Dies kann beispielsweise anhand der nachfolgend beschriebenen Schritte erreicht werden: In order to determine thermal properties of an energy store, this can be operated, for example, with a sinusoidal, mean-value-free current and thereby heated. Preferably, the frequency f a (eg at the level of 100 Hz) of this current is chosen so that the power variation is much faster than the thermal inertia of the energy storage device to be measured. This allows a quasi-stationary heat input. The amplitude of the current is chosen so that sets a target value of the power loss. This can be achieved, for example, by the following steps:

(1) Berechnung der Verlustleistung.(1) Calculation of Power Dissipation.

  • i) Es werden ein Strom I(t) und eine Spannung U(t) am Energiespeicher gemessen.i) A current I (t) and a voltage U (t) measured at the energy store.
  • ii) Aus den gemessenen Signalen für Strom und Spannung, d. h. I(t) und U(t), wird jeweils ein Messrauschen und aus dem Signal U(t) wird ein Gleichanteil mittels eines Bandpassfilters gefiltert (insbesondere reduziert bzw. eliminiert). Das Bandpassfilter kann eine Mittenfrequenz aufweisen, die der Frequenz fa des eingeprägten Stroms entspricht. Weiterhin kann das Bandpassfilter bei der Frequenz fa eine Verstärkung von 1 (0 dB) haben. Durch die Reduzierung bzw. Elimination des Gleichanteils der Spannung, die durch die Ruhespannung des Energiespeichers hervorgerufen wird, geht lediglich ein dynamischer Spannungsverlauf, der zur Erwärmung des Energiespeichers beiträgt, in die weitere Verarbeitung mit ein.ii) From the measured signals for current and voltage, ie I (t) and U (t), each a measurement noise and from the signal U (t) a DC component by means of a bandpass filter is filtered (in particular reduced or eliminated). The bandpass filter may have a center frequency corresponding to the frequency f a of the impressed current. Furthermore, the bandpass filter may have a gain of 1 (0 dB) at the frequency f a . By reducing or eliminating the DC component of the voltage, which is caused by the rest voltage of the energy storage, only a dynamic voltage profile, which contributes to the heating of the energy storage, in the further processing with a.
  • iii) Durch eine Multiplikation der anhand des Bandpassfilters bestimmten Signale Uac(t) und Iac(t) ergibt sich eine Verlustleistung Pac(t), die mit einer Frequenz 2fa pulsiert. Der Mittelwert der Verlustleistung Pac(t) entspricht der effektiv eingebrachten Verlustleistung.iii) By multiplying the signals Uac (t) and Iac (t) determined by means of the bandpass filter, a power loss Pac (t) results, which pulses at a frequency 2f a . The mean value of the power loss Pac (t) corresponds to the actually introduced power loss.

(2) Regelung der Stromamplitude(2) control of current amplitude

  • i) Die Amplitude des eingeprägten Stroms kann z. B. durch einen I-Regler eingestellt werden. Hierzu wird ein Momentanwert der berechneten Verlustleistung Pac(t) von einem vorgegebenen Sollwert für die Verlustleistung Psoll abgezogen, die Differenz wird mittels des I-Reglers integriert und kann mit einem Regelfaktor K multipliziert werden. Das Ergebnis dieser Multiplikation kann in einem geschlossenen Regelkreis als benötigte Stromamplitude eingesetzt werden. Der I-Regler glättet somit das Pulsieren der Verlustleistung.i) The amplitude of the impressed current can z. B. be adjusted by an I-controller. For this purpose is an instantaneous value of the calculated power loss Pac (t) of one predetermined setpoint for the power dissipation Psoll subtracted, the difference is by means of integrated of the I-controller and can be multiplied by a control factor K. become. The result of this multiplication can be in a closed Control loop as needed Current amplitude can be used. The I-controller smoothes thus the pulsation of the power loss.
  • ii) Das Sinussignal mit der durch den I-Regler ermittelten Amplitude wird als Sollwert Isoll an einen Stromsteller des Prüfstands übermittelt.ii) The sine signal with the amplitude determined by the I-controller is transmitted as nominal value Isoll to a current controller of the test bench.

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des hier vorgestellten Ansatzes zur Ermittlung der Verlustleistung des Energiespeichers. 1 shows a schematic block diagram illustrating the approach presented here for determining the power loss of the energy storage.

Ein Energiespeicher 101 wird von einem Prüfstand 102 angesteuert. Eine Spannung Uist des Energiespeichers 101 sowie ein Strom Iist des Energiespeichers werden von einer Messeinrichtung 103 erfasst und als erfasste Messwerte Umess, Imess an ein Filter 104 weitergeleitet. Das Filter 104 umfasst beispielsweise ein Bandpassfilter 105 zur Bereitstellung einer Spannung Uac und ein Bandpassfilter 106 zur Bereitstellung eines Stroms Iac. Die Spannung Uac und der Strom Iac werden in einer Einheit 107 zu einer Leistung Pac multipliziert.An energy storage 101 is from a test bench 102 driven. A voltage Uist of the energy store 101 and a current Iist of the energy storage are from a measuring device 103 recorded and as measured values Umess, Imess to a filter 104 forwarded. The filter 104 includes, for example, a bandpass filter 105 for providing a voltage Uac and a bandpass filter 106 to provide a current Iac. The voltage Uac and the current Iac are in one unit 107 multiplied to a performance Pac.

Eine Sollwert-Verlustleistung Psoll wird von einer Einheit 109 vorgegeben (oder an dieser eingestellt), wobei die Leistung Pac von der Sollwert-Verlustleistung Psoll in einer Einheit 108 subtrahiert wird. Die Leistungsdifferenz als Ergebnis dieser Subtraktion wird einem Integrator (I-Regler) 110 zugeführt. Die integrierte Leistungsdifferenz am Ausgang des Integrators 110 wird mit einem sinusförmigen Signal 111 in einer Einheit 112 multipliziert. Dieses multiplizierte (modulierte) Signal dient als Eingangssignal für einen Sollwert eines Stroms an den Prüfstand 102.A nominal power dissipation Psoll is provided by one unit 109 specified (or set to), where the power Pac of the setpoint power dissipation Psoll in one unit 108 is subtracted. The power difference as a result of this subtraction is given to an integrator (I-controller) 110 fed. The integrated power difference at the output of the integrator 110 comes with a sinusoidal signal 111 in one unit 112 multiplied. This multiplied (modulated) signal serves as an input to a set point of a current to the test bench 102 ,

Somit ermöglicht es der hier vorgestellte Ansatz, eine Verlustleistung des Energiespeichers aktiv zu regeln. Die Verlustleistung wird in Form eines modulierten, z. B. sinusförmigen, Signals eingeprägt. Eine Ruhespannung (OCV = ”open circuit voltage”) des eingeprägten Signals wird gefiltert und die Leistung wird anhand der Veränderung des Spannung und anhand des Stroms ermittelt.Consequently allows it is the approach presented here, a power loss of the energy storage to actively regulate. The power loss is in the form of a modulated, z. B. sinusoidal, Signal impressed. A Open circuit voltage (OCV = "open circuit voltage ") of the impressed Signal is filtered and the power is based on the change the voltage and the current determined.

Das Filter 104 kann als ein Hochpassfilter ausgeführt sein. Das Bandpassfilter hat den Vorteil, dass zusätzlich Messrauschen reduziert werden kann.The filter 104 can be implemented as a high-pass filter. The bandpass filter has the advantage that additional measurement noise can be reduced.

Anstelle der Anregung mit dem sinusförmigen Signal 111 kann ein beliebiges Signal, insbesondere ein Signal mit einem ladungsneutralen Profil (z. B. ein Dreieck- oder ein Rechtecksignal) verwendet werden. Das Signal weist vorzugsweise eine Frequenz auf, die groß gegenüber der thermischen Zeitkonstanten ist. Beträgt die Dauer für eine thermische Reaktion einige Sekunden bis Minuten, so kann die Periodendauer der Anregung im Bereich von (Zehntel)Sekunden oder weniger liegen. Bezogen auf die Frequenz des Signals erscheint die Veränderung des Systems dann (quasi-)stationär.Instead of the excitation with the sinusoidal signal 111 Any signal, in particular a signal with a charge-neutral profile (eg a triangular or square wave signal) can be used. The signal preferably has a frequency that is large compared to the thermal time constant. If the duration for a thermal reaction is a few seconds to minutes, then the period of the excitation may be in the range of (tenths) seconds or less. Relative to the frequency of the signal, the change of the system then appears (quasi) stationary.

Zwischen der Einheit 107 und der Einheit 108 kann auch ein Filter, z. B. ein Tiefpassfilter oder ein Mittelwertfilter, vorgesehen sein.Between the unit 107 and the unit 108 can also be a filter, for. As a low-pass filter or a mean value filter may be provided.

2 zeigt ein schematisches Diagramm mit einer periodisch oszillierenden Verlustleistung Pac sowie einer Sollwert-Verlustleistung Psoll. Eine Leistungsdifferenz 201 (Abweichung der Verlustleistung Pac von der Sollwert-Verlustleistung Psoll) wird von der Einheit 108 in 1 ermittelt und dem Integrator 110 zugeführt. Hierdurch erfolgt allmählich eine Anpassung der Verlustleistung Pac auf das Niveau der Sollwert-Verlustleistung Psoll. Vorzugsweise nutzt der Integrator 110 hierfür den Regelfaktor K anhand dessen eine Änderungsgeschwindigkeit in Richtung der Zielgröße (hier der Sollwert-Verlustleistung Psoll) einstellbar ist. 2 shows a schematic diagram with a periodically oscillating power loss Pac and a setpoint power dissipation Psoll. A power difference 201 (Deviation of the power loss Pac from the setpoint power dissipation Psoll) is determined by the unit 108 in 1 determined and the integrator 110 fed. As a result, an adaptation of the power loss Pac to the level of the setpoint power dissipation Psoll occurs gradually. Preferably, the integrator uses 110 For this purpose, the control factor K based on which a rate of change in the direction of the target size (here the setpoint power dissipation Psoll) is adjustable.

Beispielhaft könnte eine Regelung wie folgt durchgeführt werden: Ausgehend von einer Ruhespannung OCV = 3 V, einer Sollwert-Verlustleistung Psoll = 2 W, einem effektiven Anfangsstrom des Energiespeichers Iinit = 10 A, einem Innenwiderstand des Energiespeichers Ri = 10 mΩ und einer Frequenz des Stromsignals f = 100 Hz folgt:
Iac = 10 A (oszillierend mit f = 100 Hz);
Umess = Iac·Ri = 100 mV (oszillierend mit f = 100 Hz) mit OCV = 3 V;
Uac = Umess gefiltert, d. h. ohne OCV (also oszillierend um 0 V);
Pac = Iac·Uac = 0... 1 W (oszillierend mit f = 100 Hz, Mittelwert 0,5 W)).By way of example, a regulation could be carried out as follows: starting from a rest voltage OCV = 3 V, a nominal power dissipation Psoll = 2 W, an effective initial current of the energy accumulator Iinit = 10 A, an internal resistance of the energy accumulator Ri = 10 mΩ and a frequency of the current signal f = 100 Hz follows:
Iac = 10 A (oscillating with f = 100 Hz);
Umess = Iac · Ri = 100 mV (oscillating with f = 100 Hz) with OCV = 3 V;
Uac = Umess filtered, ie without OCV (thus oscillating around 0 V);
Pac = Iac · Uac = 0 ... 1 W (oscillating with f = 100 Hz, mean value 0.5 W)).

Somit wird das zwischen 0 W und 1 W oszillierende Signal Pac durch den Integrator 110 derart modifiziert, dass der zeitliche Mittelwert von Pac die Sollwert-Verlustleistung Psoll = 2 W erreicht.Thus, the signal Pac oscillating between 0 W and 1 W becomes the integrator 110 modified so that the time average of Pac reaches the setpoint power dissipation Psoll = 2W.

Hierbei ist es von Vorteil, dass eine Anpassung der Verlustleistung des Energiespeichers durchgeführt werden kann, ohne dass der Aufbau des Energiespeichers bekannt ist. Damit kann ein thermisches Modell des Energiespeichers bzw. einer oder mehrerer Zellen des Energiespeichers parametriert werden. Dieses thermische Modell kann vorteilhaft für die Auslegung von Energiespeichern, Schaltungen und/oder Systemen mit Energiespeichern, für Kühlkonzepte oder Konzepte betreffend ein Batteriemanagement eingesetzt werden.in this connection it is advantageous that an adjustment of the power loss of the Energy storage performed can be, without the structure of the energy storage is known. Thus, a thermal model of the energy storage or one or several cells of the energy storage are parameterized. This thermal model can be beneficial for the design of energy storage, Circuits and / or systems with energy storage, for cooling concepts or concepts relating to battery management.

Anstelle des Integrators 110 kann ein beliebiger Regler vorgesehen sein. Vorteilhaft ist hierfür am Ausgang der Einheit 107 ein Tiefpassfilter angeordnet. Vorzugseise kann der Regler als ein P-Regler, ein I-Regler oder als ein PI-Regler ausgeführt sein. Entfällt das Tiefpassfilter, ist vorzugsweise ein I-Regler als Integrator 110 angeordnet (wie in 1 gezeigt).Instead of the integrator 110 can be provided any regulator. This is advantageous for this purpose at the output of the unit 107 a low-pass filter arranged. Preferably, the controller may be implemented as a P controller, an I controller or as a PI controller. If the low-pass filter is omitted, an I-controller is preferably an integrator 110 arranged (as in 1 shown).

Die Berechnungen und Filterungen können prinzipiell in Form analoger Schaltungen und/oder mittels digitaler Schaltungen, insbesondere auf einem Digitalrechner implementiert werden. Dabei kann die Implementierung auf dem Digitalrechner von Vorteil sein, weil sie eine flexible und effiziente Adaption vorhandener Prüfstände ermöglicht, ohne dass Veränderungen an der Hardware notwendig sind.The Calculations and filtering can in principle in the form of analog circuits and / or by means of digital circuits, in particular be implemented on a digital computer. It can the implementation on the digital computer will be beneficial because It enables a flexible and efficient adaptation of existing test benches without any changes on the hardware are necessary.

Die Stellgröße für die Verlustleistung (Psoll) kann veränderlich sein, insbesondere kann sie für verschiedene Messverfahren zur Auswertung der thermischen Eigenschaften des Energiespeichers verändert bzw. moduliert werden. So kann die Stellgröße Psoll beispielsweise eine Sprungfunktion sein; eine Auswertung kann mittels einer Fast-Fourier Transformation (FFT) eines solchen Leistungssprungs und der gemessenen Temperatur erfolgen. Auch kann die Stellgröße Psoll sinusförmig moduliert sein (thermische Impedanzspektroskopie). Die Zeitkonstanten sind dabei vorzugsweise deutlich größer als die Periodendauer des Anregungssignals. Dies stellt jedoch bei den typischen thermischen Zeitkonstanten des Energiespeichers (im Bereich von einigen Sekunden bis Minuten) praktisch keine Einschränkung dar.The Control value for the power loss (Psoll) may be changeable In particular, it can be for different Measuring method for evaluating the thermal properties of the energy storage changed or be modulated. For example, the manipulated variable Psoll can be a Be a jump function; an evaluation can be carried out by means of a fast Fourier transformation (FFT) of such a power jump and the measured temperature respectively. Also, the manipulated variable Psoll sinusoidal be modulated (thermal impedance spectroscopy). The time constants are preferably significantly larger than the period of the Excitation signal. However, this presents with the typical thermal Time constants of the energy storage (in the range of a few seconds to minutes) is practically no restriction.

Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht es, mit Prüfgeräten die Verlustleistung innerhalb eines Energiespeichers verhältnismäßig genau einzustellen. Somit können Messungen des thermischen Verhaltens durchgeführt werden, bei denen die Erwärmung durch ein genau definiertes Verlustleistungsprofil ausgewertet wird. Die Verlustleistung entsteht vor allem im Inneren des Energiespeichers, also an dem Ort, der für die jeweilige Anwendung von Interesse ist. Durch das genaue Regeln dieser Verlustleistung lassen sich Messungen genauer und effizienter durchführen, die für die Entwicklung von Energiespeichersystemen oder deren Steuerung von Interesse sind.Of the approach proposed here makes it possible to with test equipment the Power loss within an energy storage relatively accurate adjust. Thus, you can Measurements of thermal behavior are carried out in which the heating by a precisely defined power loss profile is evaluated. The Power loss occurs mainly in the interior of the energy storage, so in the place for the particular application is of interest. By the exact rules This power loss makes measurements more accurate and efficient carry out, the for the development of energy storage systems or their control are of interest.

Beispiele für Energiespeicher sind: Lithium-Ionen-Zellen, Supercaps, Blei-Säure-Batterien oder Kondensatoren. Ebenfalls können elektrochemische Systeme wie Brennstoffzellen analysiert werden.Examples for energy storage are: lithium-ion cells, supercaps, lead-acid batteries or capacitors. Also can electrochemical systems such as fuel cells are analyzed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

101101
Energiespeicherenergy storage
102102
Prüfstandtest bench
103103
Messeinrichtungmeasuring device
104104
Filterfilter
105105
BandpassfilterBandpass filter
106106
BandpassfilterBandpass filter
107107
Einheit zur Bestimmung der Leistung Pacunit for determining the performance Pac
108108
Einheit zur Bestimmung der Leistungsdifferenz (Psoll-Pac)unit to determine the power difference (Psoll-Pac)
109109
Einheit zur Vorgabe der Sollwert-Verlustleistung Psollunit to specify the setpoint power dissipation Psoll
110110
Integrator (I-Regler)integrator (I-controller)
111111
Einheit zur Bereitstellung eines periodischen, insbesondere sinusförmigen Signalsunit for providing a periodic, in particular sinusoidal signal
112112
Einheit zur Multiplikation (Modulation) des von der Einheit 111 bereitgestellten Signals mit dem von dem Integrator 110 bereitgestellten Signalunit for the multiplication (modulation) of the one provided by the unit 111 Signal provided by the integrator 110 signal
201201
Leistungsdifferenzpower difference

Claims (15)

Verfahren zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers, a) bei dem der Energiespeicher mit einem Wechselstrom betrieben wird; b) bei dem ein Strom durch und eine Spannung an dem Energiespeicher gemessen werden; c) bei dem eine Verlustleistung mittels des Stroms und der Spannung ermittelt wird.Method for determining a power loss of a Energy storage, a) wherein the energy storage with a Alternating current is operated; b) in which a current through and a voltage is measured at the energy store; c) at which determines a power loss by means of the current and the voltage becomes. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem vor dem Schritt c) zumindest teilweise eine Ruhespannung aus der gemessenen Spannung mittels eines Filters herausgefiltert wird.The method of claim 2, wherein prior to step c) at least partially a rest voltage from the measured voltage is filtered out by means of a filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor dem Schritt c) ein Störsignal aus dem gemessenen Strom und/oder aus der gemessenen Spannung zumindest teilweise mittels eines Filters herausgefiltert wird.Method according to one of the preceding claims, in before the step c) an interference signal the measured current and / or from the measured voltage at least partially filtered out by means of a filter. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem das Filter ein Hochpassfilter und/oder ein Bandpassfilter ist.Method according to one of claims 3 or 4, wherein the filter a high pass filter and / or a band pass filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wechselstrom eine Periodendauer aufweist, die klein gegenüber einer zeitlichen Dauer für eine Temperaturveränderung des Energiespeichers ist.Method according to one of the preceding claims, in the alternating current has a period that is small compared to one time duration for a temperature change of the energy store is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Amplitude des Wechselstroms so eingestellt wird, dass ein Sollwert der Verlustleistung erreicht wird.Method according to one of the preceding claims, in the amplitude of the alternating current is set so that a Setpoint of the power loss is achieved. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Amplitude des Wechselstroms mittels eines Reglers, insbesondere eines I-Reglers, eingestellt wird, indem die ermittelte Verlustleistung von dem Sollwert der Verlustleistung subtrahiert und das Ergebnis der Subtraktion dem I-Regler zugeführt wird.Method according to Claim 6, in which the amplitude of the alternating current by means of a regulator, in particular an I regulator, is adjusted by the determined power loss of the setpoint the power dissipation subtracted and the result of the subtraction fed to the I-controller becomes. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Amplitude des Wechselstroms mittels eines Reglers, insbesondere eines P-Reglers oder eines PI-Reglers, eingestellt wird, indem die ermittelte Verlustleistung einer Vorverarbeitung zugeführt wird, das Ergebnis der Vorverarbeitung von dem Sollwert der Verlustleistung subtrahiert wird und das Ergebnis der Subtraktion dem P-Regler oder dem PI-Regler zugeführt wird.Method according to Claim 6, in which the amplitude of the alternating current by means of a regulator, in particular a P-controller or a PI controller, is set by the determined power loss of a Preprocessing supplied is subtracted, the result of the preprocessing of the target power loss and the result of the subtraction is fed to the P controller or the PI controller. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem abhängig die Verlustleistung des Energiespeichers mittels eines Prüfstands eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in dependent the power loss of the energy storage by means of a test bench is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wechselstrom ein Wechselsignal umfasst, insbesondere ein periodisches Wechselsignal, ein sinusförmiges Wechselsignal, ein rechteckiges Wechselsignal oder ein dreieckförmiges Wechselsignal.Method according to one of the preceding claims, in the alternating current comprises an alternating signal, in particular a periodic alternating signal, a sinusoidal alternating signal, a rectangular one Alternating signal or a triangular AC signal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem abhängig von der Verlustleistung des Energiespeichers ein System umfassend den Energiespeicher, eine Schaltung, ein Kühlkonzept und/oder ein Konzept zum Batteriemanagement ausgelegt wird.Method according to one of the preceding claims, in dependent of the power loss of the energy storage system comprising the Energy storage, a circuit, a cooling concept and / or a concept designed for battery management. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Energiespeicher mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst: – eine Lithium-Ionen Zelle, – einen Supercap; – eine Bleisäure-Batterie; – einen Kondensator; – eine Brennstoffzelle.Method according to one of the preceding claims, in the energy storage at least one of the following components includes: - one Lithium-ion cell, - one supercapacitor; - one Lead-acid battery; - one Capacitor; - one Fuel cell. Verfahren zur Einstellung eines Prüfstands abhängig von einer Verlustleistung eines Energiespeichers, wobei die Verlustleistung des Energiespeichers gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bestimmt wird.Method for setting a test bench depending on a power loss of an energy storage, the power loss of the energy store according to a of the preceding claims is determined. Vorrichtung zur Ermittlung einer Verlustleistung eines Energiespeichers, die derart eingerichtet ist, dass das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchführbar ist.Device for determining a power loss an energy storage device that is set up so that the process according to one of claims 1 to 12 feasible is. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung ein Prüfstand, insbesondere mit mindestens einem Digitalrechner, ist.The device of claim 14, wherein the device a test bench, in particular with at least one digital computer.
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