DE102010038017A1

DE102010038017A1 - Method for determining maximum possible current flow in accumulator e.g. lithium ion accumulator, involves determining specific processing concept by comparing temperature actual value with temperature reference value

Info

Publication number: DE102010038017A1
Application number: DE102010038017A
Authority: DE
Inventors: Mirco Küpper
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-10-07
Also published as: DE102010038017B4

Abstract

The current flow in accumulator for preset period of time is measured, to determine temperature of accumulator. The temperature of accumulator in preset period of time is computed based in preset processing concept (5). The temperature values of accumulator are compared, to determine temperature actual value. The temperature actual value is compared with temperature reference value, to determined specific processing concept (10). The maximum possible current flow in accumulator for preset period of time is determined based on specific processing concept. An independent claim is included for control device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, für einen definierten Zeitraum durch ein Steuergerät während des Betriebes der Batterie. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, für einen definierten Zeitraum während des Betriebes der Batterie.The present invention relates to a method for determining the maximum possible current flow of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period by a control device during operation of the battery. Furthermore, the invention relates to a control device for determining the maximum possible current flow of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period of time during the operation of the battery.

Batterien werden für vielfältige Anwendungen eingesetzt und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie Batterien in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen eingesetzt. Hierbei werden insbesondere Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, da Lithium-Ionen-Zellen eine hohe Leistungsdichte und aufgrund einer hohen Nennspannung eine hohe Energiedichte aufweisen. Ferner sind Lithium-Ionen-Batterien durch eine Zyklenfestigkeit, eine große Langlebigkeit sowie eine geringe Selbstentladung gekennzeichnet.Batteries are used for a variety of applications and are becoming increasingly important. For example, in the automotive industry batteries are used in hybrid or electric vehicles. Lithium-ion batteries are used in particular since lithium-ion cells have a high power density and, due to a high nominal voltage, a high energy density. Furthermore, lithium-ion batteries are characterized by a cycle stability, a long service life and a low self-discharge.

Die Leistungsabgabe und -aufnahme von Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, ist unter anderem durch die maximal zulässige Temperatur der Batterie begrenzt. Dies gilt im besonderen Maße für Hochleistungsbatterien in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, insbesondere bei Beschleunigungen sowie Dauer- oder Bremsbetrieb mit Regeneration.The power output and consumption of batteries, in particular lithium-ion batteries, is limited, among other things, by the maximum permissible temperature of the battery. This applies in particular to high-performance batteries in hybrid or electric vehicles, especially in accelerations and continuous or braking operation with regeneration.

Die Spitzentemperaturen werden in der Regel im Inneren der Batterie erreicht und sind der Messung beziehungsweise der Überwachung im Allgemeinen nicht zugänglich. Nur mittels eines physikalischen oder mathematischen Modells der Batterie, ist es im Betrieb der Batterie möglich, Überwachungswerte für Innentemperaturen online durch Simulation zu ermitteln. Hierzu ist es erforderlich, in einem Steuergerät ein geeignetes Modell für die Leistungs- und Wärmeentwicklung im Inneren der Batterie zu hinterlegen. Dieses Modell kann ein physikalisches Modell auf Basis von Differenzialgleichungen, ein mathematisches Ersatzmodel oder im einfachsten Falle ein Kennfeld sein. Derartige auf einem Steuergerät ablaufende Modelle sind häufig sehr komplex und abstrakt. Das heißt, derartige Modelle die das Verhalten technischer Systeme, wie Batterien, berechnen, sind mit geeigneten Systemparametern zu bedaten, welche in teils sehr aufwändigen Vorabmessungen bestimmt werden müssen. Dies ist nur unter hohem zeitlichen und kostenintensiven Aufwand möglich. Verändernde Systemeigenschaften über die Lebensdauer des Systems, insbesondere der Batterie, können in einem solchen Parametersatz nicht berücksichtigt werden.The peak temperatures are typically reached inside the battery and are generally inaccessible to measurement or monitoring. Only by means of a physical or mathematical model of the battery, it is possible during operation of the battery to determine monitoring values for indoor temperatures online by simulation. For this purpose, it is necessary to deposit in a control unit a suitable model for the performance and heat development inside the battery. This model can be a physical model based on differential equations, a mathematical replacement model or, in the simplest case, a map. Such models running on a controller are often very complex and abstract. That is, such models that calculate the behavior of technical systems, such as batteries, are to be used with suitable system parameters, which must be determined in some very complex preliminary measurements. This is only possible with high time and cost intensive effort. Changing system characteristics over the lifetime of the system, in particular the battery, can not be taken into account in such a parameter set.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie ein Steuergerät zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie für einen bestimmten Zeitraum während des Betriebes der Batterie zu schaffen, die die zuvor beschriebenen Nachteile vermeiden. Insbesondere soll ein derartiges Verfahren und ein derartiges Steuergerät geschaffen werden, die Prozessmodelle verwenden, die mit einem einfachen Vorabbedatungsaufwand auskommen und möglichst wenig Prozessmodellparameter erfordern.The object of the invention is therefore to provide a method and a control device for determining the maximum possible current flow of a battery for a certain period of time during operation of the battery, which avoid the disadvantages described above. In particular, such a method and such a control device is to be created, which use process models that manage with a simple Vorabbedatungsaufwand and require as little as possible process model parameters.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise genommen werden kann.This object is achieved by a method having the features according to the independent claim 1 and by a control device according to claim 5. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the method according to the invention apply, of course, also in connection with the control device according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is made or can be taken.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, für einen definierten Zeitraum durch ein Steuergerät während des Betriebes der Batterie gelöst. Das Verfahren ist durch folgende von dem Steuergerät durchgeführte Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Messen des Stromverbrauchs der Batterie durch eine Sensorik zu einem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt und Bestimmen der Erwärmung der Batterie zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt anhand der gemessenen Stromflüsse,
b) Berechnen der Erwärmung der Batterie zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt durch ein auf dem Steuergerät ablaufendes ersten Prozessmodell bei wenigstens einem vorgegebenen Prozessmodellparameter, wobei das erste Prozessmodell über Ansteuersignale für eine Aktuatorik und Sensorsignale der Sensorik des Steuergerätes angesteuert wird und das Verhalten der Batterie unter der Nutzung der Steuergeräteausgangszustände abbildet,
c) Vergleichen der bestimmten Erwärmung der Batterie mit der berechneten Erwärmung der Batterie und Ermitteln eines Temperaturerwärmung-Istwertes durch Bildung der Differenz zwischen der bestimmten Erwärmung der Batterie und der berechneten Erwärmung der Batterie,
d) Vergleichen des ermittelten Temperaturerwärmung-Istwertes mit einem Temperatur-Sollwert, wobei der Temperatur-Sollwert vorzugsweise den Wert Null aufweist oder eine Temperaturdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenzbereiches darstellt,
e) bei Feststellung einer Differenz zwischen dem Temperaturerwärmung-Istwert und dem Temperatur-Sollwert adaptiert ein Adaptionsregler des Steuergerätes automatisch den wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter und leitet diesen wenigstens einen adaptierten Prozessmodellparameter erneut dem ersten Prozessmodell sowie einem zweiten invertierten Prozessmodell, welches parallel zu dem ersten Prozessmodell auf dem Steuergerät abläuft, zu,
f) Berechnen des maximal möglichen Stromflusses für einen definierten Zeitraum durch das zweite invertierte Prozessmodell anhand des wenigstens einen adaptierten Prozessmodellparameters und einer vorgegebenen Höchsttemperatur der Batterie, die nicht überschritten werden darf.

According to the first aspect of the invention, the object is achieved by a method for determining the maximum possible current flow of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period by a control device during operation of the battery. The method is characterized by the following steps carried out by the control unit:

a) measuring the power consumption of the battery by a sensor at a first time and a second time and determining the heating of the battery between the first and the second time based on the measured current flows,
b) calculating the heating of the battery between the first and the second time by a run on the control unit first process model at least one predetermined process model parameters, wherein the first process model is controlled by control signals for an actuator and sensor signals of the sensor of the control unit and the behavior of the battery using the controller output states,
c) comparing the determined heating of the battery with the calculated heating of the battery and determining a temperature actual heating value by forming the difference between the determined heating of the battery and the calculated heating of the battery,
d) comparing the determined temperature heating actual value with a temperature setpoint, the temperature setpoint preferably the Has zero value or represents a temperature difference within a predetermined temperature difference range,
e) upon detection of a difference between the temperature heating actual value and the temperature setpoint, an adaptation controller of the controller automatically adapts the at least one predetermined process model parameter and redirects that at least one adapted process model parameter to the first process model and a second inverted process model parallel to the first process model on the controller expires, to,
f) calculating the maximum possible current flow for a defined period by the second inverted process model based on the at least one adapted process model parameter and a predetermined maximum temperature of the battery, which may not be exceeded.

Besonders bevorzugt erfolgt eine erneute Durchführung der Verfahrensschritte a) bis f) mit dem durch den Adaptionsregler des Steuergerätes adaptierten wenigstens einen Prozessmodelparameter solange der Temperaturerwärmung-Istwert vom Temperatur-Sollwert abweicht.Particularly preferably, the method steps a) to f) are carried out again with the at least one process model parameter adapted by the adaptation controller of the control unit as long as the actual temperature heating value deviates from the temperature setpoint.

Ein derartiges Verfahren ermöglicht die Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie für einen definierten Zeitraum während des Betriebs der Batterie mit einem sehr einfachen Vorabbedatungsaufwand beziehungsweise wenigen Prozessmodellparametern. Insbesondere ist durch das Verfahren ermöglicht, über die Lebensdauer der Batterie driftende beziehungsweise veränderte Batterieeigenschaften zu erkennen, zu adaptieren und bei der Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses der Batterie zu berücksichtigen. Durch das Verfahren ist eine sich auf verändernde Batterieeigenschaften anpassende Vorhersage des Batteriezustandes möglich. Das Verfahren ermöglicht die Adaption der Prozessmodelle beziehungsweise die Kalibrierung des wenigstens einen Prozessmodellparameters anhand von wenigen Messwerten, die an zugänglicher Stelle der Batterie gemessen werden und im ersten Prozessmodell ebenfalls als Ergebnis vorliegen. Durch den Vergleich der gemessenen beziehungsweise ermittelten Erwärmung der Batterie über zwei Zeitpunkte mit einer über den gleichen Zeitraum durch das Prozessmodell berechneten Erwärmung der Batterie können die Prozessmodelle angepasst werden. Dabei werden als Prozessmodellparameter physikalische Modellparameter und/oder Funktionskoeffizienten und/oder Kennfeldwerte durch den Adaptionsregler adaptiert.Such a method allows the determination of the maximum possible current flow of a battery for a defined period of time during operation of the battery with a very simple Vorabbedatungsaufwand or few process model parameters. In particular, it is made possible by the method to recognize drifting or changed battery properties over the life of the battery, to adapt and to take this into account when determining the maximum possible current flow of the battery. The method makes it possible to predict the battery condition which adapts to changing battery characteristics. The method makes it possible to adapt the process models or to calibrate the at least one process model parameter on the basis of a few measured values which are measured at the accessible location of the battery and are likewise available as a result in the first process model. By comparing the measured or determined heating of the battery over two points in time with a heating of the battery calculated over the same period by the process model, the process models can be adapted. In this case, physical model parameters and / or function coefficients and / or characteristic map values are adapted by the adaptation controller as process model parameters.

In einem ersten Schritt misst eine Sensorik des Steuergerätes den Stromfluss der Batterie beziehungsweise durch die Batterie zu einem ersten Zeitpunkt und zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt. Anschließend bestimmt das Steuergerät die Erwärmung der Batterie zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt anhand der gemessenen Stromflüsse und der Zeit. Ein auf dem Steuergerät ablaufendes erstes Prozessmodell berechnet zusätzlich die Erwärmung der Batterie zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt. Die Berechnung durch das erste Prozessmodell erfolgt aufgrund wenigstens eines vorgegebenen Prozessmodellparameters. Auf dem Steuergerät liegen nunmehr zwei Werte für die Erwärmung der Batterie zwischen zwei Zeitpunkten vor. In einer Vergleichseinheit des Steuergerätes wird die aufgrund der Messung des Stromflusses ermittelte Erwärmung der Batterie mit der durch das erste Prozessmodell berechneten Erwärmung der Batterie verglichen. Die Differenz zwischen der bestimmten Erwärmung der Batterie und der berechneten Erwärmung der Batterie ist der sogenannte Temperaturerwärmung-Istwert. Im Idealfall ist die Differenz zwischen der bestimmten Erwärmung der Batterie und der berechneten Erwärmung der Batterie gleich Null, das heißt, das erste Prozessmodell würde im Idealfall exakt die durch die Sensorik ermittelte Temperaturerwärmung zwischen zwei Zeitpunkten bei einer bestimmten Aktorikansteuerung liefern. Im Normalfall weicht die bestimmte Erwärmung der Batterie von der durch das erste Prozessmodell berechneten Erwärmung der Batterie ab. Der Temperaturerwärmung-Istwert wird einem Regelungskreislauf zugeführt. Das heißt, der Temperaturerwärmung-Istwert wird mit dem Temperatur-Sollwert, der den Wert Null aufweist, verglichen. Solange der Temperaturerwärmung-Istwert nicht Null ist, adaptiert der Adaptionsregler des Steuergerätes automatisch den wenigstens einen Prozessmodelparameter und leitet diesen erneut dem ersten Prozessmodell zu. Ferner leitet der Adaptionsregler des Steuergerätes den adaptierten wenigstens einen Prozessmodellparameter einem zweiten invertierten Prozessmodell, welches ebenfalls auf dem Steuergerät abläuft, zu. Dieses zweite invertierte Prozessmodell berechnet den maximal möglichen Stromfluss für einen definierten Zeitraum anhand des von dem Adaptionsregler adaptierten wenigstens einen Prozessmodellparameters sowie einer vorgegebenen Höchsttemperatur der Batterie, die diese nicht überschreiten darf. Es ist auch denkbar, dass der Temperatur-Sollwert eine Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenzbereiches darstellt. In diesem Fall wird der Temperaturerwärmung-Istwert mit dem Temperatur-Sollwert, der einen von Null abweichenden Wert aufweist, verglichen. Dabei liegen die Werte des Temperaturdifferenzbereiches in der Regel knapp unter 0°C bis knapp über 0°C, beispielsweise in einem Toleranzband von –1°C bis +1°C. Solange der Temperaturerwärmung-Istwert nicht in diesem Temperaturdifferenzbereich ist, adaptiert der Adaptionsregler des Steuergerätes automatisch den wenigstens einen Prozessmodelparameter und leitet diesen erneut dem ersten Prozessmodell zu. Durch die Vorgabe des Temperatur-Sollwertes kann dem Prozessmodell ein bestimmtes Verhalten verliehen werden. Ein negativer Temperatur-Sollwert sorgt für ein tendenzielles ”zu hoch”-Schätzen des Prozessmodells, ein positiver Sollwert für ein tendenzielles ”zu niedrig”-Schätzen. Für die Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses der Batterie und damit die Leistungsvorhersage bedeutet dies ein „konservatives” bzw. „optimistisches” Schätzverhalten. Durch den Temperaturdifferenzbereich beziehungsweise das Toleranzband kann ein Bereich für den Temperatur-Sollwert beziehungsweise eine Abweichungstoleranz zwischen dem Temperaturerwärmung-Istwert und dem Temperatur-Sollwert definiert werden, unterhalb der kein Adaptionsvorgang durchgeführt wird bzw. nicht erforderlich ist. Dies spart Berechnungskapazitäten auf dem Steuergerät.In a first step, a sensor of the control unit measures the current flow of the battery or by the battery at a first time and at a second, later time. Subsequently, the controller determines the heating of the battery between the first and the second time based on the measured current flows and the time. An executing on the control unit first process model additionally calculates the heating of the battery between the first and the second time. The calculation by the first process model is based on at least one predetermined process model parameter. There are now two values for the heating of the battery between two times on the control unit. In a comparison unit of the control unit, the heating of the battery determined on the basis of the measurement of the current flow is compared with the heating of the battery calculated by the first process model. The difference between the specific heating of the battery and the calculated heating of the battery is the so-called temperature heating actual value. Ideally, the difference between the particular heating of the battery and the calculated heating of the battery is zero, that is, the first process model would ideally provide exactly the temperature heating sensed by the sensor between two times at a particular actuator control. Normally, the specific heating of the battery deviates from the heating of the battery calculated by the first process model. The temperature heating actual value is fed to a control circuit. That is, the actual temperature heating value is compared with the temperature setpoint having the value zero. As long as the temperature heating actual value is not zero, the adaptation controller of the control unit automatically adapts the at least one process model parameter and redirects it to the first process model. Furthermore, the adaptation controller of the control unit forwards the adapted at least one process model parameter to a second inverted process model, which also runs on the control unit. This second inverted process model calculates the maximum possible current flow for a defined period of time on the basis of the adaption controller adapted at least one process model parameter and a predetermined maximum temperature of the battery, which may not exceed this. It is also conceivable that the temperature setpoint represents a temperature within a predetermined temperature difference range. In this case, the actual temperature heating value is compared with the temperature setpoint having a non-zero value. The values of the temperature difference range are generally just below 0 ° C to just above 0 ° C, for example within a tolerance band of -1 ° C to + 1 ° C. As long as the temperature heating actual value is not in this temperature difference range, the adaptation controller of the control unit automatically adapts the at least one process model parameter and redirects it to the first process model. By specifying the temperature Target value, the process model can be given a certain behavior. A negative temperature setpoint will tend to over-estimate the process model, a positive setpoint will tend to over-estimate. For the determination of the maximum possible current flow of the battery and thus the power prediction this means a "conservative" or "optimistic" estimation behavior. By the temperature difference range or the tolerance band, an area for the temperature setpoint or a deviation tolerance between the temperature heating actual value and the temperature setpoint can be defined below which no adaptation process is carried out or is not required. This saves calculation capacities on the control unit.

Der Adaptionsregler der Steuereinheit adaptiert den wenigstens einen Prozessmodellparameter solange, bis die aufgrund der Messung des Stromflusses der Batterie zu zwei verschiedenen Zeitpunkten bestimmte Erwärmung der Batterie der durch das erste Prozessmodell berechneten Erwärmung der Batterie entspricht. Durch die ständige Regelung beziehungsweise Adaption des wenigstens einen Prozessmodellparameters kann eine Echtzeit-Vorausberechnung des maximal möglichen Stromflusses für einen definierten Zeitraum durch das zweite invertierte Prozessmodell erfolgen. Hierdurch lässt sich jederzeit eine aktuelle Aussage über den Zustand der Batterie, insbesondere der Lithium-Ionen-Batterie, tätigen. Dies ermöglicht, dass eine Überhitzung der Batterie, das heißt eine Überschreitung einer kritischen Innentemperatur der Zellen der Batterie, rechtzeitig verhindert werden kann.The adaptation controller of the control unit adapts the at least one process model parameter until the heating of the battery determined on the basis of the measurement of the current flow of the battery at two different times corresponds to the heating of the battery calculated by the first process model. Due to the continuous regulation or adaptation of the at least one process model parameter, a real-time prediction of the maximum possible current flow for a defined period of time can be performed by the second inverted process model. This makes it possible at any time to make a current statement about the condition of the battery, in particular the lithium-ion battery. This allows overheating of the battery, that is, exceeding a critical internal temperature of the cells of the battery, can be prevented in good time.

Das Verfahren ermöglicht die Nutzung eines invertierten zweiten Prozessmodells zur Vorausbestimmung der erlaubten elektrischen Ströme bei einer Batterie in Anbetracht der Temperatur im Inneren der Batterie. Die Nutzung des invertierten zweiten Prozessmodells gewährleistet eine erhöhte Rechengeschwindigkeit während des Betriebes der Batterie. Anstatt, wie bei bekannten Verfahren, jedes Mal mittels einer Iteration den maximal möglichen Stromfluss zu ermitteln, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einmal offline das invertierte zweite Prozessmodell mathematisch gebildet, beispielsweise durch eine invertierte Übertragungsmatrix, dieses wird in die Regelung einbezogen und dann online während des Betriebes der Batterie benutzt.The method allows the use of an inverted second process model for predicting the allowable electric currents in a battery in consideration of the temperature inside the battery. The use of the inverted second process model ensures an increased computing speed during operation of the battery. Instead, as in known methods, each time by means of an iteration to determine the maximum possible current flow, once the inverted second process model is mathematically formed in the inventive method, for example by an inverted transfer matrix, this is included in the scheme and then online during the Operation of the battery used.

Das in der Regelschleife adaptierte erste Prozessmodell wird durch den Adaptionsregler so abgeglichen, dass es aus einem bestimmten Stromfluss für eine bestimmte Zeit das Aufheizverhalten der Batterie sehr genau abbildet. Nach jedem Aufheizvorgang, das heißt jedem Strompuls für eine bestimmte Zeit, wird die Erwärmung der Batterie gemessen, mit dem berechneten Wert des ersten Prozessmodells verglichen und die Abweichung in der Regelschleife zur Adaption des wenigstens einen Prozessmodellparameters verwendet.The first process model adapted in the control loop is adjusted by the adaptation controller in such a way that it accurately maps the heating behavior of the battery from a specific current flow for a specific time. After each heating process, ie each current pulse for a certain time, the heating of the battery is measured, compared with the calculated value of the first process model and the deviation in the control loop used to adapt the at least one process model parameter.

Dieses erste Prozessmodell wird auf dem Steuergerät parallel in seiner invertierten Form zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses für eine bestimmte Zeit t verwendet. Das zweite invertierte Prozessmodell berechnet den maximal möglichen Strom, der für eine bestimmte Zeit bei bekannter Temperaturerwärmung, woraus sich die maximale Temperaturerwärmung ergibt, bei nicht zu überschreitender Maximaltemperatur fließen darf, ohne diese Maximaltemperatur zu überschreiten. In Elektro- und Hybridfahrzeugen kann diese Information zur thermischen Leistungsvorhersage der dort verwendeten Hochleistungsbatterie genutzt werden. Das inverse zweite Prozessmodell greift dabei auf den durch die Regelschleife adaptierten Prozessmodellparametersatz zurück, wodurch dieser direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Leistungsvorhersage hat. Das zweite invertierte Prozessmodell weist daher die Eigenschaft der eindeutigen Invertierbarkeit nach dem maximalen Stromfluss auf. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist keine iterative Rechnung des maximal zulässigen Stroms erforderlich, sondern der maximal zulässige Stromfluss kann in einem einzigen Rechenschritt auf dem Steuergerät berechnet werden. Dies spart Zeit, Kosten sowie Steuergeräteressourcen.This first process model is used on the control unit in parallel in its inverted form for determining the maximum possible current flow for a certain time t. The second inverted process model calculates the maximum possible current that may flow for a given time at known temperature warming, resulting in the maximum temperature heating at maximum temperature not to exceed, without exceeding this maximum temperature. In electric and hybrid vehicles, this information can be used for thermal performance prediction of the high-performance battery used there. The inverse second process model uses the process model parameter set adapted by the control loop, which has a direct influence on the accuracy of the performance prediction. The second inverted process model therefore has the property of unique invertibility after the maximum current flow. The inventive method does not require an iterative calculation of the maximum permissible current, but the maximum permissible current flow can be calculated in a single calculation step on the control unit. This saves time, costs and ECU resources.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass als Prozessmodellparameter ein Wärmeeintragsparameter, auch als Wärmekoeffizient bezeichnet, vorgegeben und adaptiert wird, wobei der Wärmeeintragsparameter angibt, mit welcher Systemantwort die Zellen der Batterie beziehungsweise die Zellentemperaturen auf eine Strombelastung reagieren. Das heißt, der Wärmeeintragsparameter gibt das Übertragungsverhalten beziehungsweise die Empfindlichkeit der Zellen der Batterie an.According to a preferred further development of the invention, it may be provided in the method that a heat input parameter, also referred to as heat coefficient, is specified and adapted as the process model parameter, the heat input parameter indicating with which system response the cells of the battery or the cell temperatures react to a current load. That is, the heat input parameter indicates the transmission behavior or the sensitivity of the cells of the battery.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass bei Feststellung einer Differenz zwischen dem Temperaturerwärmung-Istwert und dem Temperatur-Sollwert der Adaptionsregler des Steuergerätes automatisch den wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter adaptiert und diesen wenigstens einen adaptierten Prozessmodellparameter erneut dem ersten Prozessmodell sowie dem zweiten invertierten Prozessmodell zuleitet. Nach der Weiterleitung des wenigstens einen adaptierten Prozessmodellparameters, insbesondere des Wärmeeintragsparameters, zu dem ersten Prozessmodell, führt das Steuergerät die Verfahrensschritte a) bis f) gemäß Patentanspruch 1 erneut durch. Das heißt, das Steuergerät beziehungsweise eine Sensorik des Steuergerätes misst erneut den Stromfluss der Batterie zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten und bestimmt die Erwärmung der Batterie von dem ersten zu dem zweiten Zeitpunkt anhand der gemessenen Stromflüsse und der Zeitdifferenz. Parallel dazu berechnet das erste Prozessmodell des Steuergerätes die Erwärmung der Batterie zwischen den gleichen Zeitpunkten. Ein erneuter Vergleich der durch Messung des Stromflusses bestimmten Erwärmung der Batterie mit der durch das erste Prozessmodell berechneten Erwärmung der Batterie ergibt einen erneuten Temperaturerwärmung-Istwert, der in dem Regelkreis mit dem Temperatur-Sollwert, der den Wert Null aufweist, erneut verglichen wird. Vorzugsweise führt der Adaptionsregler, der insbesondere als PID-Regler oder als I-Glied mit Tiefpasseigenschaften ausgebildet ist, diesen Vergleich durch. Auf diese Art und Weise erfolgt eine permanente Adaptierung des wenigstens einen Prozessmodellparameters, insbesondere des Wärmeeintragsparameters, wodurch eine echtzeitgenaue Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses für einen definierten Zeitraum durch das zweite invertierte Prozessmodell ermöglicht ist.According to a particularly preferred further development of the invention, it may be provided in the method that, when a difference between the temperature heating actual value and the temperature setpoint is detected, the adaptation controller of the control unit automatically adapts the at least one predefined process model parameter and redesigns the at least one adapted process model parameter to the first process model and the second inverted process model. After forwarding the at least one adapted process model parameter, in particular the heat input parameter, to the first process model, the control unit carries out the method steps a) to f) according to claim 1 again. That is, the controller or A sensor of the controller again measures the current flow of the battery at two different times and determines the heating of the battery from the first to the second time based on the measured current flows and the time difference. In parallel, the first process model of the controller calculates the heating of the battery between the same times. A re-comparison of the heating of the battery determined by measuring the current flow with the heating of the battery calculated by the first process model results in a renewed temperature heating actual value, which is compared again in the control loop with the temperature setpoint having the value zero. The adaptation controller, which is designed in particular as a PID controller or as an I-element with low-pass characteristics, preferably performs this comparison. In this way, a permanent adaptation of the at least one process model parameter, in particular the heat input parameter, whereby a real-time accurate determination of the maximum possible current flow for a defined period by the second inverted process model is made possible.

Bevorzugt ist ferner bei dem zuvor genannten Verfahren, dass bei Überschreitung des maximal möglichen Stromflusses für einen definierten Zeitraum das Steuergerät ein Warnsignal abgibt. Dieses Warnsignal wird vorzugsweise zu einer Anzeigeeinrichtung gesendet, die ein akustisches und/oder optisches Signal aussenden kann. Hierdurch ist eine sofortige Anzeige einer Überbelastung der Batterie möglich. Ein Nutzer der Batterie beziehungsweise eines Fahrzeuges, in dem die Batterie eingebaut ist, erhält unmittelbar ein Feedback über den Zustand der Batterie und kann entsprechend reagieren.Furthermore, in the case of the aforementioned method, it is preferred that when the maximum possible current flow is exceeded for a defined period of time, the control unit emits a warning signal. This warning signal is preferably sent to a display device, which can emit an acoustic and / or optical signal. As a result, an immediate indication of an overload of the battery is possible. A user of the battery or a vehicle in which the battery is installed, receives immediate feedback on the condition of the battery and can respond accordingly.

Gemäß einer besonderes bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass bei Überschreitung des maximal möglichen Stromflusses, und damit der Innentemperatur der Batterie beziehungsweise der Innentemperatur der Zellen der Batterie, für einen definierten Zeitraum das Steuergerät ein Abschaltsignal zum Abschalten des Betriebes der Batterie abgibt. Hierdurch kann automatisch eine Beschädigung der Batterie aufgrund eines zu hohen Stromflusses beziehungsweise einer damit verbundenen zu hohen Innentemperatur in der Batterie verhindert werden.According to a particularly preferred further development of the invention, it can be provided in the method that, when the maximum possible current flow, and thus the internal temperature of the battery or the internal temperature of the cells of the battery, for a defined period of time, the control unit, a shutdown for switching off the operation of the battery emits. As a result, damage to the battery due to excessive current flow or an associated high internal temperature in the battery can be prevented automatically.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass der Adaptionsregler des Steuergerätes den wenigstens einen vorgegeben Prozessmodellparameter nur dann automatisch adaptiert und diesen wenigstens einen adaptierten Prozessmodellparameter erneut dem ersten Prozessmodell sowie dem zweiten invertierten Prozessmodell zuleitet, wenn ein bestimmter Energieumsatz in der Batterie beziehungsweise in den Zellen der Batterie oder eine bestimmte Temperaturansteuerung zu der Batterie beziehungsweise zu den Zellen der Batterie stattgefunden hat. Das heißt, das Verfahren ermöglicht eine Überprüfung dahingehend, ob ein Adaptionsvorgang Sinn macht. Die Durchführung des Adaptionsvorgangs hängt davon ab, ob ein ausreichend hoher Energieumsatz, dessen Grenzwert zuvor festgelegt werden kann, in den Zellen der Batterie stattgefunden hat, wobei der Energieumsatz vom Strom, vom Innenwiderstand und der Zeit abhängig ist. Alternativ kann die Durchführung des Adaptionsvorgangs davon abhängig gemacht werden, ob eine ausreichend hohe Temperaturansteuerung in den Zellen der Batterie stattgefunden hat. Beispielsweise kann die Analyse des Energieumsatzes oder der Temperaturansteuerung dazu genutzt werden, eine differenzierte Freigabe des Adaptionsvorgangs zu generieren, die aussagt, wann ein Adaptionsvorgang zielführend ist.According to a further preferred development of the invention, it can be provided in the method that the adaptation controller of the control unit automatically adapts the at least one predetermined process model parameter and feeds this at least one adapted process model parameter again to the first process model and the second inverted process model, if a specific energy conversion in the battery or in the cells of the battery or a specific temperature control has taken place to the battery or to the cells of the battery. That is, the method allows a check as to whether an adaptation process makes sense. The implementation of the adaptation process depends on whether a sufficiently high energy conversion, the limit of which can be set beforehand, has taken place in the cells of the battery, the energy conversion being dependent on the current, the internal resistance and the time. Alternatively, the implementation of the adaptation process can be made dependent on whether a sufficiently high temperature control has taken place in the cells of the battery. For example, the analysis of the energy conversion or the temperature control can be used to generate a differentiated release of the adaptation process, which states when an adaptation process is expedient.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Steuergerät eine Batteriekühlung, die beispielsweise über eine Klimaanlage versorgt beziehungsweise betrieben wird, ein- oder ausschaltet, wobei die Ansteuersignale zu der Batteriekühlung im Prozessmodell verwendet werden, um die Kühlung der Batterie bei der Temperaturermittlung zu berücksichtigen.According to another preferred further development of the invention, the method may additionally or alternatively provide for the control unit to switch on or off battery cooling, which is supplied or operated, for example, via an air conditioning system, the drive signals being used for battery cooling in the process model to consider the cooling of the battery during the temperature determination.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Steuergerät zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, für einen definierten Zeitraum während des Betriebes der Batterie gelöst, wobei das Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Das heißt, das Steuergerät weist eine Sensorik zur Messung des Stromflusses der Batterie zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf. Ferner weist das Steuergerät eine Recheneinheit auf, die die Erwärmung der Batterie zwischen den zwei Zeitpunkten anhand der gemessenen Stromflüsse und der Zeitdifferenz zwischen den beiden Zeitpunkten bestimmt. Ferner weist das Steuergerät ein auf dem Steuergerät ablaufendes erstes Prozessmodell auf, welches zur Berechnung der Erwärmung der Batterie zwischen zwei Zeitpunkten dient. Hierzu greift das erste Prozessmodell auf wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter sowie ein entsprechendes mathematisches Modell zurück. Das erste Prozessmodell kann über Ansteuersignale einer Aktuatorik und Sensorsignale der Sensorik des Steuergerätes angesteuert werden und bildet das Verhalten der Batterie unter Nutzung der Steuergeräteausgabezustände ab. Ein Ansteuersignal stellt ein Triggersignal für die Ansteuerung eines oder mehrerer Aktuatoren dar. Die Ansteuersignale und die Sensorsignale dienen als Eingangsgrößen für das Prozessmodell. Ferner weist das Steuergerät eine Vergleichseinheit auf. Die Vergleichseinheit vergleicht die aufgrund der Messung der Stromflüsse bestimmte Erwärmung der Batterie mit der durch das erste Prozessmodell berechneten Erwärmung. der Batterie miteinander und ermittelt einen Temperaturerwärmung-Istwert durch Bildung der Differenz zwischen der durch Messung bestimmten Erwärmung und der berechneten Erwärmung der Batterie. In der gleichen Vergleichseinheit oder in einer zusätzlichen Vergleichseinheit des Steuergerätes, insbesondere des Adaptionsreglers des Steuergerätes, findet ein Vergleich des ermittelten Temperaturerwärmung-Istwertes mit einem Temperatur-Sollwert statt, wobei der Temperatur-Sollwert vorzugsweise den Wert Null aufweist oder eine Temperaturdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenzbereiches darstellt. Der Temperatur-Sollwert ist vorzugsweise ein Sollwert für eine Temperaturdifferenz, die auf 0 geregelt werden soll. Anstatt einer Regelung auf den Wert Null kann eine Regelung auf eine Temperaturdifferenz, die innerhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenzbereiches liegt, erfolgen. Durch das Zulassen eines gewissen Toleranzbandes für den Temperatur-Sollwert, ist gewährleistet, dass der Adaptionsregler nicht ununterbrochen bei sehr kleinen Temperaturdifferenzen herumregelt. Daher kann der Temperatur-Sollwert auch von Null abweichende Werte aufweisen. Der vorgegebene Temperaturdifferenzbereich erstreckt sich vorteilhafterweise zwischen einer Temperaturdifferenz von knapp unter 0°C und knapp über 0°C. Vorteilhafterweise ist die Vergleichseinheit Teil des Adaptionsreglers des Steuergerätes. Der Adaptionsregler des Steuergerätes adaptiert bei Feststellung einer Differenz zwischen dem Temperaturerwärmung-Istwert und dem Temperatur-Sollwert automatisch den wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter und leitet diesen erneut dem ersten Prozessmodell sowie dem zweiten invertierten Prozessmodell des Steuergerätes, welches parallel zu dem ersten Prozessmodell auf dem Steuergerät abläuft, zu. Das zweite invertierte Prozessmodell ist zur Berechnung des maximal möglichen Stromflusses für einen definierten Zeitraum ausgebildet. Dabei greift das zweite invertierte Prozessmodell auf den wenigstens einen von dem Adaptionsregler adaptierten Prozessmodellparameter sowie einer vorgegebenen Höchsttemperatur der Batterie, die diese nicht überschreiten darf, zurück. Das Steuergerät beziehungsweise der Adaptionsregler des Steuergerätes, der vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet ist, führt solange eine Adaption des wenigstens einen Prozessmodellparameters durch, solange der Temperaturerwärmung-Istwert vom Temperatur-Sollwert abweicht.According to the second aspect of the invention, the object is achieved by a control device for determining the maximum possible current flow of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period of time during operation of the battery, wherein the controller for performing the method according to the first Aspect of the invention is formed. That is, the controller has a sensor for measuring the current flow of the battery at different times. Furthermore, the control unit has an arithmetic unit which determines the heating of the battery between the two points in time on the basis of the measured current flows and the time difference between the two points in time. Furthermore, the control unit has a running on the control unit first process model, which is used to calculate the heating of the battery between two times. For this purpose, the first process model uses at least one predetermined process model parameter and a corresponding mathematical model. The first process model can be controlled via control signals of an actuator system and sensor signals of the sensor system of the control unit and maps the behavior of the battery using the control unit output states. A drive signal represents a trigger signal for driving one or more actuators. The drive signals and the sensor signals serve as Input variables for the process model. Furthermore, the control unit has a comparison unit. The comparison unit compares the heating of the battery determined on the basis of the measurement of the current flows with the heating calculated by the first process model. the battery together and determines a temperature heating actual value by forming the difference between the measured heating and the calculated heating of the battery. In the same comparison unit or in an additional comparison unit of the control unit, in particular the adaptation controller of the control unit, a comparison of the determined temperature heating actual value takes place with a temperature setpoint, wherein the temperature setpoint preferably has the value zero or a temperature difference within a predetermined temperature difference range represents. The temperature setpoint is preferably a setpoint for a temperature difference that is to be regulated to zero. Instead of a control to the value zero, a control to a temperature difference, which is within a predetermined temperature difference range, take place. By allowing a certain tolerance band for the temperature setpoint, it is ensured that the adaptation controller does not continuously regulate at very small temperature differences. Therefore, the temperature setpoint can also have values deviating from zero. The predetermined temperature difference range advantageously extends between a temperature difference of just below 0 ° C and just above 0 ° C. Advantageously, the comparison unit is part of the adaptation controller of the control unit. The adaptation controller of the control unit automatically adapts the at least one predetermined process model parameter upon detection of a difference between the temperature heating actual value and the temperature setpoint and redirects it to the first process model and the second inverted process model of the control unit, which runs parallel to the first process model on the control unit , too. The second inverted process model is designed to calculate the maximum possible current flow for a defined period of time. In this case, the second inverted process model accesses the at least one process model parameter adapted by the adaptation controller and a predetermined maximum temperature of the battery, which may not exceed this. The control unit or the adaptation controller of the control unit, which is preferably designed as a PID controller, as long as performs an adaptation of the at least one process model parameter, as long as the temperature heating actual value deviates from the temperature setpoint.

Ein derart ausgebildetes Steuergerät ist konstruktiv einfach und klein ausgebildet. Das Steuergerät ermöglicht eine so genannte Online-Adaption laufender Prozessmodelle während des Betriebes einer Batterie, das heißt eine aktive Überwachung der Batterie. Das Steuergerät beziehungsweise die Prozessmodelle des Steuergerätes kommen mit sehr wenig Vorabbedatungsaufwand beziehungsweise sehr wenigen Prozessmodellparametern aus. Ferner ermöglicht ein derartiges Steuergerät die Erkennung von Systemeigenschaften, insbesondere driftenden Systemeigenschaften, über die gesamte Batterielebensdauer.Such a trained control device is structurally simple and small. The control unit allows a so-called online adaptation of running process models during operation of a battery, that is, an active monitoring of the battery. The control unit or the process models of the control unit manage with very little preliminary outlay expenditure or very few process model parameters. Furthermore, such a control device allows the detection of system properties, in particular drifting system properties, over the entire battery life.

Die Erfindung sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt schematisch:The invention and its advantages are explained below with reference to the drawings. It shows schematically:

1 in einem Blockschaltbild den Regelkreislauf des erfindungsgemäßen Steuergerätes, welches zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses einer Batterie ausgebildet ist. 1 in a block diagram of the control circuit of the control device according to the invention, which is designed to determine the maximum possible current flow of a battery.

1 zeigt schematisch in einem Blockschaltbild den Regelkreislauf des erfindungsgemäßen Steuergerätes 1, welches zur Bestimmung des maximal möglichen Stromflusses I_{_max} einer Batterie ausgebildet ist. Das Steuergerät 1 weist eine Sensorik 2 zur Messung des Stromflusses I der Batterie zu unterschiedlichen Zeitpunkten t auf. Ferner weist das Steuergerät 1 eine Recheneinheit 3 auf, die die Erwärmung ΔT der Batterie zwischen den zwei Zeitpunkten t anhand der gemessenen Stromflüsse I und der Zeitdifferenz Δt zwischen den beiden Zeitpunkten t bestimmt. Ferner weist das Steuergerät 1 ein auf dem Steuergerät 1 ablaufendes erstes Prozessmodell 5 auf, welches zur Berechnung der Erwärmung ΔT' der Batterie zwischen zwei Zeitpunkten t dient. Hierzu greift das erste Prozessmodell 5 auf wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter 9, der insbesondere ein Wärmeeintragsparameter beziehungsweise ein Wärmekoeffizient ist und der angibt, mit welcher Systemantwort die Zellen der Batterie beziehungsweise die Zellentemperaturen auf eine Strombelastung reagieren, sowie ein entsprechendes in dem ersten Prozessmodell 5 hinterlegtes mathematisches Modell zurück. Das erste Prozessmodell 5 kann über eine bestimmte. Aktorikansteuerung 4 und Sensorik 2 des Steuergerätes 1 angesteuert werden und bildet das Verhalten der Batterie unter Nutzung der Steuergeräteausgabezustände ab. Ferner weist das Steuergerät 1 eine Vergleichseinheit 6 auf. Die Vergleichseinheit 6 vergleicht die aufgrund der Messung der Stromflüsse I bestimmte Erwärmung ΔT der Batterie mit der durch das erste Prozessmodell 5 berechneten Erwärmung ΔT' der Batterie miteinander und ermittelt einen Temperaturerwärmung-Istwert 11 durch Bildung der Differenz zwischen der durch Messung bestimmten Erwärmung ΔT und der berechneten Erwärmung ΔT' der Batterie. In der gleichen Vergleichseinheit 6 oder in einer zusätzlichen Vergleichseinheit 7 des Steuergerätes 1, insbesondere des Adaptionsreglers 8 des Steuergerätes 1, findet ein Vergleich des ermittelten Temperaturerwärmung-Istwertes 11 mit einem Temperatur-Sollwert 12 statt, wobei der Temperatur-Sollwert 12 vorzugsweise den Wert Null aufweist. Alternativ kann eine Regelung auf eine Temperaturdifferenz, die innerhalb eines vorgegebenen Temperaturdifferenzbereiches liegt, erfolgen. Durch das Zulassen eines gewissen Toleranzbandes für den Temperatur-Sollwert 12, ist gewährleistet, dass der Adaptionsregler 8 nicht ununterbrochen bei sehr kleinen Temperaturdifferenzen herumregelt. Daher kann der Temperatur-Sollwert 12 auch von Null abweichende Werte aufweisen. Der vorgegebene Temperaturdifferenzbereich erstreckt sich vorteilhafterweise zwischen einer Temperaturdifferenz von knapp unter 0°C und knapp über 0°C. Vorteilhafterweise ist die Vergleichseinheit 6 oder die zusätzliche Vergleichseinheit 7 Teil des Adaptionsreglers 8 des Steuergerätes 1. Der Adaptionsregler 8 des Steuergerätes 1 adaptiert bei Feststellung einer Differenz zwischen dem Temperaturerwärmung-Istwert 11 und dem Temperatur-Sollwert 12 automatisch den wenigstens einen vorgegebenen Prozessmodellparameter 9 und leitet diesen erneut dem ersten Prozessmodell 5 sowie dem zweiten invertierten Prozessmodell 10 des Steuergerätes 1, welches parallel zu dem ersten Prozessmodell 5 auf dem Steuergerät 1 abläuft, zu. Das zweite invertierte Prozessmodell 10 ist zur Berechnung des maximal möglichen Stromflusses I_{_max} für einen definierten Zeitraum Δt ausgebildet. Dabei greift das zweite invertierte Prozessmodell 10 auf den wenigstens einen von dem Adaptionsregler 8 adaptierten Prozessmodellparameter 9 sowie einer vorgegebenen Höchsttemperatur der Batterie, die diese nicht überschreiten darf, zurück. Das Steuergerät 1 beziehungsweise der Regler 8 des Steuergerätes 1, der vorzugsweise als PID-Regler oder als I-Glied mit Tiefpasseigenschaften ausgebildet ist, führt solange eine Adaption des wenigstens einen Prozessmodellparameters 9 durch, solange der Temperaturerwärmung-Istwert 11 vom Temperatur-Sollwert 12 abweicht. 1 shows schematically in a block diagram the control circuit of the control device according to the invention 1 , which is designed to determine the maximum possible current flow I _{_max} a battery. The control unit 1 has a sensor 2 for measuring the current flow I of the battery at different times t. Furthermore, the controller has 1 an arithmetic unit 3 which determines the heating ΔT of the battery between the two times t on the basis of the measured current flows I and the time difference Δt between the two times t. Furthermore, the controller has 1 one on the control unit 1 expiring first process model 5 which serves to calculate the heating ΔT 'of the battery between two times t. This is where the first process model comes in 5 to at least one predetermined process model parameter 9 which is in particular a heat input parameter or a heat coefficient and which indicates with which system response the cells of the battery or the cell temperatures react to a current load, as well as a corresponding one in the first process model 5 deposited mathematical model back. The first process model 5 can have a specific. Aktorikansteuerung 4 and sensors 2 of the control unit 1 and maps the behavior of the battery using controller output states. Furthermore, the controller has 1 a comparison unit 6 on. The comparison unit 6 compares the heating ΔT of the battery determined by the measurement of the current flows I with that by the first process model 5 calculated heating ΔT 'of the battery together and determines a temperature heating actual value 11 by taking the difference between the measured heating ΔT and the calculated heating ΔT 'of the battery. In the same comparison unit 6 or in an additional comparison unit 7 of the control unit 1 , in particular of the adaptation controller 8th of the control unit 1 , finds a comparison of the determined temperature heating actual value 11 with a temperature setpoint 12 instead, taking the temperature setpoint 12 preferably has the value zero. Alternatively, a control to a temperature difference, which is within a predetermined temperature difference range, take place. By allowing a certain tolerance band for the temperature setpoint 12 , it is guaranteed that the adaptation controller 8th not uninterrupted at very small temperature differences. Therefore, the temperature set point 12 also have values deviating from zero. The predetermined temperature difference range advantageously extends between a temperature difference of just below 0 ° C and just above 0 ° C. Advantageously, the comparison unit 6 or the additional comparison unit 7 Part of the adaptation controller 8th of the control unit 1 , The adaptation controller 8th of the control unit 1 adapted upon detection of a difference between the temperature heating actual value 11 and the temperature setpoint 12 automatically the at least one predetermined process model parameter 9 and redirects this to the first process model 5 as well as the second inverted process model 10 of the control unit 1 which is parallel to the first process model 5 on the control unit 1 expires, too. The second inverted process model 10 is designed to calculate the maximum possible current flow I _{_max} for a defined period of time .DELTA.t. The second inverted process model takes effect here 10 to the at least one of the adaptation controller 8th adapted process model parameters 9 and a predetermined maximum temperature of the battery, which may not exceed this, back. The control unit 1 or the controller 8th of the control unit 1 , which is preferably designed as a PID controller or as an I-element with low-pass characteristics, as long as an adaptation of the at least one process model parameter 9 through, as long as the temperature heating actual value 11 from the temperature setpoint 12 differs.

Ein derart ausgebildetes Steuergerät 1 ist konstruktiv einfach und klein ausgebildet. Das Steuergerät 1 ermöglicht eine so genannte Online-Adaption der Prozessmodelle 5, 10 während des Betriebes einer Batterie, das heißt eine aktive Überwachung der Batterie. Das Steuergerät 1 beziehungsweis die Prozessmodelle 5, 10 des Steuergerätes 1 kommen mit sehr wenig Vorabbedatungsaufwand beziehungsweise sehr wenigen Prozessmodellparametern 9 aus. Ferner ermöglicht ein derartiges Steuergerät 1 die Erkennung von Systemeigenschaften, insbesondere driftenden Systemeigenschaften, über die gesamte Batterielebensdauer.Such a trained control unit 1 is structurally simple and small. The control unit 1 enables a so-called online adaptation of the process models 5 . 10 during operation of a battery, that is active monitoring of the battery. The control unit 1 or the process models 5 . 10 of the control unit 1 come with very little advance effort or very few process model parameters 9 out. Furthermore, such a control device allows 1 the detection of system properties, especially drifting system properties, over the entire battery life.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Steuergerätcontrol unit
22: Sensoriksensors
33: Recheneinheitcomputer unit
44: AktorikansteuerungAktorikansteuerung
55: erstes Prozessmodellfirst process model
66: Vergleichseinheitcomparing unit
77: zusätzliche Vergleichseinheitadditional comparison unit
88th: Adaptionsregler/PID-ReglerAdaptation controller / PID controller
99: ProzessmodellparameterProcess model parameters
1010: zweites Prozessmodellsecond process model
1111: Temperaturerwärmung-IstwertTemperature heating-value
1212: Temperatur-SollwertTemperature setpoint
ΔT.DELTA.T: bestimmte Erwärmung der Batteriecertain heating of the battery
ΔT'.DELTA.T ': berechnete Erwärmung der Batteriecalculated heating of the battery
II: Stromfluss/StromstärkeCurrent flow / current
tt: ZeitTime
I_{_max} I _{_max}: maximal möglicher Stromfluss/Stromstärkemaximum possible current flow / current
ΔT_max ΔT _max: maximal zulässige Temperaturdifferenzmaximum permissible temperature difference

Claims

Method for determining the maximum possible current flow (I _{_max} ) of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period of time (Δt) by a control unit ( 1 ) during operation of the battery, characterized by the following from the control unit ( 1 ) carried out process steps: a) measuring the current flow of the battery by a sensor ( 2 at a first time and a second time, and determining the heating (ΔT) of the battery between the first and second times based on the measured current flows; b) calculating the heating (ΔT ') of the battery between the first and the second time by a on the control unit ( 1 ) proceeding first process model ( 5 ) in at least one predetermined process model parameter ( 9 ), whereby the first process model ( 5 ) via control signals for an actuator system and sensor signals of the sensor system ( 2 ) of the control unit ( 1 ) and maps the behavior of the battery using the controller output states; c) comparing the determined heating (ΔT) of the battery with the calculated heating (ΔT ') of the battery and determining a temperature heating actual value ( 11 by taking the difference between the determined heating (ΔT) of the battery and the calculated heating (ΔT ') of the battery; d) comparing the determined temperature heating actual value ( 11 ) with a temperature setpoint ( 12 ), whereby the temperature setpoint ( 12 ) has the value zero or represents a temperature difference within a predetermined temperature difference range; e) if a difference between the temperature heating actual value ( 11 ) and the Temperature setpoint ( 12 ) adapts an adaptation controller ( 8th ) of the control unit ( 1 ) automatically the at least one predetermined process model parameter ( 9 ) and forwards this at least one adapted process model parameter ( 9 ) again the first process model ( 5 ) and a second inverted process model ( 10 ), which is parallel to the first process model ( 5 ) on the control unit ( 1 ) expires, too; f) calculating the maximum possible current flow (I _{_max} ) for a defined period of time (Δt) by the second inverted process model ( 10 ) based on the at least one adapted process model parameter ( 9 ) and a predetermined maximum temperature of the battery, which must not be exceeded;

A method according to claim 1, characterized in that the method steps a) -f) with the by the adaptation controller ( 8th ) of the control unit ( 1 ) adapted at least one process model parameter ( 9 ) are carried out again as long as the temperature heating actual value ( 11 ) from the temperature setpoint ( 12 ) deviates.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that as process model parameters ( 9 ) a heat input parameter is specified and adapted, wherein the heat input parameter indicates with which system response the cells of the battery or the cell temperatures react to a current load.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that upon detection of a difference between the temperature heating actual value ( 11 ) and the temperature setpoint ( 12 ) the adaptation controller ( 8th ) of the control unit automatically the at least one predetermined process model parameters ( 9 ) and at least one adapted process model parameter ( 9 ) again the first process model ( 5 ) as well as the second inverted process model ( 10 ).

Method according to Claim 4, characterized in that the adaptation controller ( 8th ) is an I-element with low-pass characteristics or a PID regulator.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that when the maximum possible current flow (I _{_max} ) is _exceeded for a defined period of time (Δt), the control _device ( 1 ) emits a warning signal.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that when the maximum possible current flow (I _{_max} ) is _exceeded for a defined period of time (Δt) the control _device ( 1 ) emits a shutdown signal to shut down the operation of the battery.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the adaptation controller ( 8th ) of the control unit ( 1 ) the at least one predetermined process model parameter ( 9 ) are automatically adapted and these at least one adapted process model parameter ( 9 ) again the first process model ( 5 ) as well as the second inverted process model ( 10 ), if a certain energy conversion in the battery or a certain temperature control to the battery has taken place.

Method according to at least one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the control unit ( 1 ) a battery cooling on or off, wherein the drive signals are used to the battery cooling in the process model to take into account the cooling of the battery in the temperature determination.

Control unit ( 1 ) for determining the maximum possible current flow (I _{_max} ) of a battery, in particular a lithium-ion battery, for a defined period (.DELTA.t) during operation of the battery, characterized in that the control unit ( 1 ) is designed to carry out the method according to at least one of the preceding claims 1 to 9.