DE102009054547A1 - Method for determining inner resistance of cell of traction battery in e.g. hybrid vehicle, involves considering neutral voltage change of battery cell related to existing charging conditions of cell, before and after charging process - Google Patents
Method for determining inner resistance of cell of traction battery in e.g. hybrid vehicle, involves considering neutral voltage change of battery cell related to existing charging conditions of cell, before and after charging process Download PDFInfo
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.The present invention relates to a method and a device for determining the internal resistance of a battery cell of a battery, in particular a traction battery, according to the preambles of
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, z. B. bei Windkraftanlagen, als auch in Fahrzeugen z. B. in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. In der vorliegenden Beschreibung werden die Begriffe Batterie und Batteriesystem, dem üblichen Sprachgebrauch angepasst, für Akkumulator bzw. Akkumulatorsystem verwendet.It is becoming apparent that in the future, both in stationary applications, eg. B. in wind turbines, as well as in vehicles z. As in hybrid and electric vehicles, more new battery systems will be used. In the present specification, the terms battery and battery system, adapted to common usage, are used for accumulator system.
Der prinzipielle funktionale Aufbau eines Batteriesystems gemäß dem Stand der Technik ist in
Die in
Eine wesentliche Information für die Ermittlung des aktuellen Batteriezustands und für die Prädiktion des künftigen Verhaltens der Batterie
Der Innenwiderstand für einen 10 Sekunden andauernden Ladevorgang kann entsprechend durch Auswertung der Spannungs- und Stromwerte zu den Zeitpunkten 5 (t = 58 s) und 7 (t = 68 s) gemäß berechnet werden. Alle derzeit zum Einsatz kommenden Verfahren für die Ermittlung des Innenwiderstands der Batteriezellen
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren für die Ermittlung des Innenwiderstands der Einzelzellen eines Batteriesystems vorzustellen, mit dem die Batteriezustandserkennung und -prädiktion gegenüber dem heutigen Stand der Technik robuster und genauer realisiert werden kann.The object of the present invention is to present an improved method for determining the internal resistance of the individual cells of a battery system, with which the battery state detection and prediction can be realized more robustly and more accurately than the current state of the art.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass sie zur Bestimmung des Innenwiderstands von Batteriezellen ohne oder mit lediglich geringem zusätzlichen elektronischen Schaltungsaufwand zum Einsatz kommen können. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung haben gegenüber dem heutigen Stand der Technik den Vorteil, dass bei der Bestimmung des Innenwiderstands die Änderung der Ruhespannung der Batteriezellen – welche bei Lade- und Entladevorgängen auftritt – berücksichtigt wird. Dadurch wird eine im Hinblick auf die Beschreibung der in den Batteriezellen auftretenden Verluste (Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie) genaue Bestimmung des Innenwiderstands möglich.The inventive method with the features of claim 1 and the device according to the invention with the features of
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Besonders bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren, dass zur Berücksichtigung der Ruhespannungsänderung der Batteriezelle die durch den Lade- und/oder Entladevorgang hervorgerufene Ruhespannungsänderung von der durch den Lade- und/oder Entladevorgang hervorgerufenen Spannungsänderung subtrahiert wird und die erhaltene Differenz zur Bestimmung des Innenwiderstands verwendet wird. Demzufolge ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit zur Berücksichtigung der Ruhespannungsänderung der Batteriezelle die durch den Lade- und/oder Entladevorgang hervorgerufene Ruhespannungsänderung von der durch den Lade- und/oder Entladevorgang hervorgerufenen Spannungsänderung subtrahiert und die erhaltene Differenz zur Bestimmung des Innenwiderstands verwendet.The method according to the invention particularly preferably comprises, in order to take account of the rest voltage change of the battery cell, the static voltage change caused by the charging and / or discharging process being subtracted from the voltage change caused by the charging and / or discharging process and the difference obtained being used to determine the internal resistance. Accordingly, the device according to the invention is preferably characterized in that the arithmetic unit subtracts the quiescent voltage change caused by the charging and / or discharging process from the voltage change caused by the charging and / or discharging process to take into account the quiescent voltage change of the battery cell and the difference obtained for determining the internal resistance used.
Weiter umfasst das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt, dass der Innenwiderstand als Quotient der erhaltenen Differenz und der Stromflussänderung während des Lade- und/oder Entladevorgangs bestimmt wird. In der korrespondierenden bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt diese Berechnung in der Recheneinheit.Furthermore, the method according to the invention preferably comprises that the internal resistance is determined as a quotient of the difference obtained and the current flow change during the charging and / or discharging process. In the correspondingly preferred embodiment of the device according to the invention, this calculation takes place in the arithmetic unit.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst alternativ oder zusätzlich bevorzugt den Schritt der Ermittlung einer alterungsabhängigen Erhöhung des Innenwiderstands der Batteriezelle anhand einer bekannten Abhängigkeit des Innenwiderstands von einer während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Zellentemperatur und einem während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Ladezustand der Batteriezelle. Die korrespondierende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst hierfür bevorzugt eine zweite Tabelle, die eine Abhängigkeit des Innenwiderstands von einer während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Zellentemperatur und einem während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Ladezustand der Batteriezelle speichert, und eine zweite Auswerteeinheit, die eine alterungsabhängige Erhöhung des Innenwiderstands der Batteriezelle anhand des ermittelten Innenwiderstands und einer Abfrage der Tabelle bestimmt.The method according to the invention alternatively or additionally preferably comprises the step of determining an age-dependent increase in the internal resistance of the battery cell based on a known dependence of the internal resistance of an existing during the determination of the internal resistance cell temperature and during the determination of the internal resistance existing state of charge of the battery cell. For this purpose, the corresponding preferred development of the device according to the invention preferably comprises a second table which stores a dependence of the internal resistance on a cell temperature existing during the determination of the internal resistance and a state of charge of the battery cell during the determination of the internal resistance, and a second evaluation unit which provides an age-dependent increase the internal resistance of the battery cell determined on the basis of the determined internal resistance and a query of the table.
Alternativ zu der ersten und/oder zweiten Tabelle und der ersten und/oder zweiten Auswerteeinheit kann eine jeweils eine oder insgesamt eine zusätzliche Recheneinheit vorgesehen sein, die die Abhängigkeit der Ruhespannung von dem Ladezustand und/oder die Abhängigkeit des Innenwiderstands von der während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Zellentemperatur und dem während der Bestimmung des Innenwiderstands bestehenden Ladezustand der Batteriezelle anhand einer oder mehrerer mathematischer Gleichung(en) wiedergibt. Diese zusätzliche(n) Recheneinheit(en) können auch in die Recheneinheit integriert werden.As an alternative to the first and / or second table and the first and / or second evaluation unit, one or in total an additional arithmetic unit may be provided which determines the dependence of the rest voltage on the state of charge and / or the dependence of the internal resistance on that during the determination of the Internal resistance existing cell temperature and during the determination of the internal resistance existing state of charge of the battery cell using one or more mathematical equation (s). These additional arithmetic unit (s) can also be integrated into the arithmetic unit.
Zeichnung drawing
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen:Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing show:
Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the figures.
In
Diese umfasst eine Mess- oder Abfrageeinheit
In
Die Berücksichtigung des Einflusses der Ruhespannungsänderung wird bei der Innenwiderstandsermittlung erfindungsgemäß gemäß der folgenden Formel durchgeführt:
Zur Ermittlung der Ladezustandsänderung muss lediglich die Ladungsbilanz zwischen den beiden für die Innenwiderstandermittlung herangezogenen Zeitpunkte berechnet werden sowie ausgehend vom Ladezustand – den die Batterie zum ersten der beiden betrachteten Zeitpunkte aufweist – die Änderung der Ruhespannung gemäß der Ruhespannungskennlinie in
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich natürlich nicht nur für die Bestimmung des Innenwiderstands über definierte Entlade- und Ladepulse. Das Verfahren kann für eine Innenwiderstandsbestimmung bei den im normalen Fahrbetrieb von Hybrid- und Elektrofahrzeugen auftretenden Entlade- und Ladpulsen eingesetzt werden.Of course, the method according to the invention is not only suitable for determining the internal resistance via defined discharging and charging pulses. The method can be used for an internal resistance determination in the case of the discharge and charging pulses occurring in the normal driving operation of hybrid and electric vehicles.
Bei bekannter Abhängigkeit des Innenwiderstands von der Zelltemperatur und dem Ladezustand der Zelle, kann die alterungsabhängig Erhöhung des Innenwiderstands der Batteriezelle ermittelt werden. Hierzu ist die Recheneinheit
Alternativ zur Abfrage der ersten und/oder zweiten Tabelle kann eine weitere Recheneinheit angefragt werden, die die Abhängigkeit des Innenwiderstands von der Zelltemperatur und des Ladezustands anhand mathematischer Gleichungen abbildet.As an alternative to querying the first and / or second table, a further arithmetic unit can be requested which depicts the dependence of the internal resistance on the cell temperature and the state of charge using mathematical equations.
Das vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des Innenwiderstands kann z. B. auch bei abgestelltem Fahrzeug durchgeführt werden. Dadurch wird die Bestimmung des Innenwiderstands nicht durch den überlagerten „Normalbetrieb” der Batterie
Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird hier ausdrücklich auf die Offenbarung in den Figuren verwiesen.In addition to the above written disclosure, reference is expressly made to the disclosure in the figures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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