DE102013000572A1 - Method for determining model parameters of electrochemical energy storage of e.g. electric vehicle, involves defining parameter record variant as new reference dataset to describe battery model and to determine maximum power of storage - Google Patents

Method for determining model parameters of electrochemical energy storage of e.g. electric vehicle, involves defining parameter record variant as new reference dataset to describe battery model and to determine maximum power of storage Download PDF

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Wladislaw Waag
Christian Fleischer
Dirk Uwe Sauer
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Abstract

The dynamic behavior is described in operation by an electric reference model (M) comprised of a capacitor (C) and the associated resistor (R1). Deviation of the sum of over-voltages and the initial voltage with respect to the currently measured voltage is determined and integrated. The parameter data set version with the smallest square error is assigned. The parameter record variant is defined as a new reference dataset for the description of battery model and for the predictive determination of the maximum power of the energy storage. The dynamic behavior is described in operation by an electric reference model. The reference model is comprised of a capacitor and the associated resistors. The parameter values are added to form a parameter data set and are adapted to the current state during the operation of energy storage. Starting from a reference parameter data set, several parameter data record variants are formed for each of the iteration based on the measured current and over-voltage (Umodell-t) of the energy storage. Deviation of the sum of over-voltages and the initial voltage with respect to the currently measured voltage is determined and integrated. The parameter data set version with the smallest square error is assigned. The parameter record variant is defined as a new reference dataset for the description of battery model and for the predictive determination of the maximum power of energy storage. An independent claim is included for a battery management system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Modellparameter eines elektrochemischen Energiespeichers wie einer Batterie, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, dessen dynamisches Verhalten im Betrieb durch ein elektrisches Referenzmodell beschrieben wird, zumindest umfassend eine Kapazität und einen damit verbundenen ersten Widerstand, die Parameter des Referenzmodells sind und in das Referenzmodell beschreibenden mathematischen Gleichungen miteinander verknüpft sind, wobei die Parameterwerte der Parameter gemeinsam einen Parameterdatensatz bilden und während des Betriebes des Energiespeichers an dessen aktuellen Zustand angepasst werden.The invention relates to a method and a system for determining the model parameters of an electrochemical energy storage such as a battery, in particular for electric or hybrid vehicles, the dynamic behavior is described in operation by an electrical reference model, at least comprising a capacitance and a first resistor associated therewith Parameters of the reference model are linked and in the reference model descriptive mathematical equations, wherein the parameter values of the parameters together form a parameter data set and adapted during operation of the energy storage device to its current state.

Bevorzugtes technisches Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine selbstadaptierende, prädikative Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehende, maximale Leistung des Energiespeichers. Dies spielt insbesondere bei Batterien eine entscheidende Rolle, deren Leistung von sogenannten Batteriemanagementsystemen (BMS) überwacht und prädiziert wird.The preferred technical field of application of the method according to the invention is a self-adapting, predicative determination of the maximum power of the energy store available for a predefined time. This plays a decisive role especially in batteries, whose performance is monitored and predicted by so-called battery management systems (BMS).

Jedes Batteriesystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeuge besitzt ein derartiges Batteriemanagementsystem, welches zur Aufgabe hat, den Zustand der Batterie, insbesondere ihre Leistungsfähigkeit zu bestimmen bzw. für einen definierten Zeitraum zu prognostizieren. Dabei werden außerdem ihr Ladezustand, Alterungszustand und applikationsspezifische Zustände wie die verfügbare maximale Leistung bestimmt und diese Informationen einem übergeordneten Energiemanagementsystem zur Verfügung gestellt. Diese Aufgabe wird besonders dadurch erschwert, dass sich die charakteristischen Eigenschaften der Batterie während des Betriebs und über die Zeit aufgrund der Alterung signifikant ändern. Es ist deshalb von Vorteil, das Batteriemanagementsystem selbstadaptierend auszugestalten, um diese Änderungen nachverfolgen und bei der Leistungsberechnung berücksichtigen zu können.Each battery system of an electric or hybrid vehicle has such a battery management system, which has the task of the state of the battery, in particular to determine their performance or to forecast for a defined period. In addition, their state of charge, aging state and application-specific states such as the available maximum power are determined and this information is made available to a higher-level energy management system. This task is particularly complicated by the fact that the characteristic properties of the battery change significantly during operation and over time due to aging. It is therefore advantageous to design the battery management system self-adaptively in order to be able to track these changes and to be able to take these into account in the power calculation.

Da die Batteriezustände nicht direkt messbar sind, werden direkt zugängliche Batteriegrößen wie Strom, Spannung und Temperatur im laufenden Betrieb gemessen und entsprechende Algorithmen herangezogen, um daraus die gesuchten Batteriezustände zu bestimmen. In Elektro- und Hybridfahrzeugen gehört dazu insbesondere die Bestimmung der Leistungsfähigkeit der Batterie. Diese wird typischerweise als eine Vorhersage der maximalen Leistung definiert, die die Batterie für eine vordefinierte Zeit liefern kann.Since the battery conditions are not directly measurable, directly accessible battery sizes such as current, voltage and temperature are measured during operation and appropriate algorithms are used to determine the desired battery conditions. In electric and hybrid vehicles this includes in particular the determination of the performance of the battery. This is typically defined as a prediction of the maximum power that the battery can supply for a predefined time.

Die maximale Leistung ist von folgenden Faktoren abhängig:

  • – Maximal zulässiger Strom. Für eine Batterie werden vom Hersteller die maximal zulässigen Ströme definiert. Diese können temperatur- und/oder zeitabhängig, d. h. abhängig von der Dauer der Strombelastung definiert sein.
  • – Bei einer Strombelastung wird die Batterie geladen oder entladen. Dabei sinkt oder erhöht sich der Ladezustand. Der Ladezustand muss in bestimmten Grenzen gehalten werden, um ein Überladen bzw. Tiefentladen der Batterie zu vermeiden.
  • – Maximal zulässige untere und obere Spannungsgrenzen an jeder Batteriezelle im Batteriepack. Beim Entladen einer Batterie sinkt deren Spannung, entsprechend erhöht sich diese bei einem Ladevorgang. Diese Spannungen müssen aus Sicherheitsgründen in bestimmten Grenzen gehalten werden.
  • – Maximal zulässige Temperatur. Bei einer Strombelastung erwärmt sich die Batterie, darf sich jedoch nicht über die maximal zulässige Vorgabe des Herstellers bewegen.
The maximum performance depends on the following factors:
  • - Maximum permissible current. For a battery, the manufacturer defines the maximum permissible currents. These can be temperature- and / or time-dependent, ie defined depending on the duration of the current load.
  • - At a current load, the battery is charged or discharged. The state of charge drops or increases. The state of charge must be kept within certain limits in order to avoid overcharging or over-discharging the battery.
  • - Maximum permissible lower and upper voltage limits at each battery cell in the battery pack. When a battery is discharged, its voltage drops, and it increases accordingly during a charging process. For safety reasons, these voltages must be kept within certain limits.
  • - Maximum permissible temperature. At a current load, the battery heats up, but must not exceed the maximum permissible specification of the manufacturer.

Die Herausforderung ist dabei immer die Berücksichtigung der Spannungsgrenzen, für die eine exakte Batteriespannung vorhergesagt werden muss. Als ein Referenzfall für die Bestimmung der maximal verfügbaren Leistung wird typischerweise ein Strompuls mit einer frei wählbaren Dauer Δt definiert. Ausgehend davon wird die Stromstärke I(t) gesucht, so dass die Batteriespannung bei der Belastung der Batterie mit diesem Strom nicht die vorgegebenen Grenzen überschreitet.The challenge is always the consideration of the voltage limits, for which an exact battery voltage must be predicted. As a reference case for the determination of the maximum available power, a current pulse with a freely selectable duration Δt is typically defined. Based on this, the current intensity I (t) is sought, so that the battery voltage does not exceed the predetermined limits when the battery is charged with this current.

Heutzutage werden verschiedene Verfahren verwendet, um die maximal verfügbare Leistung der Batterie im Betrieb vorherzusagen. Eine erste Möglichkeit ist die Verwendung statischer Kennfelder. Hier erfolgt eine Vermessung der Batterie in Labor beispielsweise mittels sogenannter HPPC Tests, welche die Leistungsfähigkeit der Batterie bei verschiedenen Bedingungen wie Ladezustand (State-of-Charge – SoC) und Temperatur bestimmen. Die Ergebnisse werden in einem Kennfeld, z. B. in Form einer Look-Up Tabelle oder approximiert durch eine oder mehrere Funktionen wie in dem US Patent 7,518,375 B1 beschrieben, gespeichert. Im Betrieb der Batterie wird entsprechend der Betriebsbedingung (SoC, Temperatur) ein Wert aus diesem Kennfeld ausgelesen und als verfügbare Leistung ausgegeben. Nachteilig ist hierbei die Vernachlässigung der sich über die Lebensdauer signifikant ändernden Eigenschaften der Batterie. Denn im Vergleich zum Neuzustand, sinkt die Leistungsfähigkeit der Batterie zum Ende der Lebensdauer auf nur ca. 50% des Anfangswertes. Damit können diese nicht adaptiven Verfahren nur für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit der Batterie im Neuzustand zuverlässig genutzt werden.Today, various methods are used to predict the maximum available power of the battery during operation. A first possibility is the use of static maps. Here is a measurement of the battery in the laboratory for example by means of so-called HPPC tests, which determine the performance of the battery under different conditions such as state of charge (SoC) and temperature. The results are displayed in a map, e.g. In the form of a look-up table or approximated by one or more functions as in the US Patent 7,518,375 B1 described, stored. During operation of the battery, a value from this map is read out according to the operating condition (SoC, temperature) and output as available power. The disadvantage here is the neglect of the over the life significantly changing properties of the battery. Because compared to the new condition, the performance of the battery at the end of the life decreases to only about 50% of the initial value. In order to For example, these non-adaptive methods can be reliably used only for determining the performance of the battery when new.

Eine bekannte Erweiterung der genannten ersten Möglichkeit besteht darin, das Kennfeld dynamisch zu gestalten. Das bedeutet, dass dieses Kennfeld im Betrieb kontinuierlich adaptiert wird. Jedes Mal, wenn die Batterie eine Leistung liefert und dabei die Spannungsgrenze erreicht wird, wird diese Leistung als maximale verfügbare Leistung definiert. Diese wird mit dem im Kennfeld gespeicherten Wert verglichen. Wird eine Abweichung festgestellt, erfolgt eine Anpassung des Werts im Kennfeld an die tatsächlich gemessene Leistung. Ein Nachteil adaptiver Kennfelder besteht darin, dass nur dann verlässliche Ergebnisse geliefert werden, wenn regelmäßig die maximale Leistung abgerufen wird, da nur dann die Möglichkeit einer Kennfeldadaptierung besteht. Das ist aber in meisten Anwendungen ein sehr seltenes Ereignis. Beispielsweise erreichen Elektrofahrzeuge die Leistungsgrenze nur nach einer längeren Beschleunigungsphase, die im Stadtverkehr so gut wie nie vorkommt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Adaption des Kennfeldes nur in dem jeweiligen aktuellen Arbeitspunkt (Temperatur, Ladezustand, Stromstärke) stattfinden kann, da das Verfahren keine Information über die Grundeigenschaften der Batterie in Form eines Models etc. besitzt. Nachteilige Auswirkungen bei der Implementierung ergeben sich auch daher, dass das hinterlegte Kennfeld aus mehreren Dimensionen (SoC, Temperatur, Belastungsdauer, Stromstärke) besteht und auch höher aufgelöst werden muss, was zu einer großen Anzahl von Stützpunkten führt und dadurch zu einem großen Speicherbedarf auf dem Mikrocontroller.A known extension of said first option is to make the map dynamic. This means that this map is continuously adapted during operation. Each time the battery delivers power while reaching the voltage limit, that power is defined as the maximum available power. This is compared with the value stored in the map. If a deviation is detected, the value in the map is adjusted to the actually measured power. A disadvantage of adaptive maps is that reliable results are only delivered if the maximum power is regularly called up, since only then is the possibility of map adaptation possible. But this is a very rare event in most applications. For example, electric vehicles only reach the power limit after a longer acceleration phase, which almost never occurs in city traffic. Another disadvantage is that the adaptation of the map can take place only in the respective current operating point (temperature, state of charge, current), since the method has no information about the basic characteristics of the battery in the form of a model, etc. Another disadvantageous aspect of the implementation is that the stored characteristic map consists of several dimensions (SoC, temperature, load duration, current intensity) and must also be resolved higher, which leads to a large number of interpolation points and thus to a large storage requirement on the microcontroller.

Eine alternative Möglichkeit für die Leistungsprädikation ist die Verwendung von vereinfachten Batteriemodellen, welche bei einem vorgegebenen Strom die Spannung der Batterie nachmodellieren, siehe beispielsweise WO2005050810 . Bei diesem Verfahren wird als ein Referenzfall für die Bestimmung der maximal verfügbaren Leistung typischerweise ein Strompuls mit einer frei wählbarer Dauer Δt definiert. Ausgehend davon wird die Stromstärke I(t) gesucht, so dass die Batteriespannung bei der Belastung der Batterie mit diesem Strom nicht die vorgegebenen Grenzen überschreitet. Dabei wird ein vereinfachtes Batteriemodell verwendet. Wenn dieser Strom bestimmt wurde, wird dieser mit dem maximal erlaubten Strom bei gegebenen Bedingungen (Temperatur und/oder Strompulsdauer) verglichen. Von beiden Werten wird das Minimum gewählt. Mit dem resultierenden Wert wird wiederum mit dem Batteriemodell die verfügbare Leistung berechnet, indem die Spannung am Pulsende mit der Stromstärke des Pulses aus dem Batteriemodell multipliziert wird. Bei diesem Verfahren wird vor allem ein genaues Batteriemodell vorausgesetzt, um aus einem Strom die Batteriespannung zu berechnen. Die Parameter des Batteriemodells können im Labor bestimmt werden.An alternative power prediction capability is the use of simplified battery models that model the voltage of the battery for a given current, see for example WO2005050810 , In this method, a current pulse having a freely selectable duration Δt is typically defined as a reference case for determining the maximum available power. Based on this, the current intensity I (t) is sought, so that the battery voltage does not exceed the predetermined limits when the battery is charged with this current. A simplified battery model is used. When this current has been determined, it is compared with the maximum allowable current given conditions (temperature and / or current pulse duration). From both values the minimum is chosen. With the resulting value, the available power is again calculated with the battery model by multiplying the voltage at the end of the pulse by the current of the pulse from the battery model. Above all, this method requires an exact battery model in order to calculate the battery voltage from a current. The parameters of the battery model can be determined in the laboratory.

Es sind verschiedene Techniken bekannt, diese Verfahren zu erweitern, insbesondere indem die Parameter des Batteriemodells während des Batteriebetriebes an den aktuellen Zustand der Batterie angepasst werden. Dieses Vorgehen liefert die vielversprechendsten Ergebnisse und bietet daher das beste Potential, weshalb es zurzeit als das aussichtsreichste Verfahren in sicherheitsrelevanten und anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt wird. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt vor allem davon ab, wie gut das Adaptionsverfahren die Modellparameter an den Zustand der Batterie anpasst. Zum anderem entscheidet die Komplexität des verwendeten Batteriemodells über die Genauigkeit.Various techniques are known to extend these methods, in particular by adapting the parameters of the battery model to the current state of the battery during battery operation. This approach provides the most promising results and therefore offers the best potential, which is why it is currently being used as the most promising method in safety-critical and demanding applications. The accuracy of the method depends primarily on how well the adaptation method adapts the model parameters to the state of the battery. On the other hand, the complexity of the battery model used determines the accuracy.

Einer der größten Nachteile bei den bisher eingesetzten Modellen ist allerdings die nicht berücksichtigte Stromabhängigkeit des Batteriewiderstandes. Die Leistungsgrenzen der Batterie werden vor allem bei großen Strömen und tieferen Temperaturen erreicht, weswegen die Stromabhängigkeit berücksichtigt werden sollte. In 1 ist beispielhaft die Stromabhängigkeit des Batteriewiderstandes für eine neuwertige und eine gealterte 40 Ah Batterie dargestellt. Das nicht Betrachten der Stromabhängigkeit liegt an den eingesetzten Adaptionsverfahren:
Besonders verbreitet ist die Verwendung von Kalman-Filter basierten Techniken, siehe beispielhaft die Veröffentlichung „ Gregory L. Plett, ”Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs: Part 3. State and parameter estimation”, Journal of Power Sources, Band 134, Nr. 2, S. 277–292, 2004 , und „ M. Urbain, S. Rael, B. Davat, and P. Desprez, ”State Estimation of a Lithium-Ion Battery Through Kalman Filter”, Juni 2007, S. 2804–2810 ”. Auch ähnliche adaptive digitale Filter, wie in US 7,486,079 B1 beschrieben, kommen zum Einsatz.
One of the biggest drawbacks of the models used so far, however, is the unaccounted for current dependence of the battery resistance. The performance limits of the battery are achieved especially at high currents and lower temperatures, so the current dependence should be considered. In 1 exemplifies the current dependence of the battery resistance for a new and aged 40 Ah battery. Not considering the current dependence is due to the adopted adaptation method:
Especially widespread is the use of Kalman filter based techniques, see for example the publication " Gregory L. Plett, "Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs: Part 3. State and parameter estimation", Journal of Power Sources, Vol. 134, No. 2, pp. 277-292, 2004 , and " M. Urbain, S. Rael, B. Davat, and P. Desprez, "State Estimation of a Lithium Ion Battery Through Kalman Filter," June 2007, pp. 2804-2810 ". Also similar adaptive digital filters, like in US Pat. No. 7,486,079 B1 described, are used.

Das Kalman-Filter wurde zunächst nur für lineare Modelle entwickelt. Allerdings existieren heute auch entsprechende Erweiterungen wie Extended Kalman Filter oder Unscented Kalman Filter, die auf nichtlineare Modelle angepasst wurden. Solche Methoden approximieren jedoch nur die Nichtlinearität und konvergieren nur dann zuverlässig und stabil, wenn der Arbeitspunkt, in dem die Linearisierung stattfindet, sich langsam über die Zeit ändert. Da sich aber der Strom dynamisch sehr schnell ändert, kann die mit dem Strom zusammenhängende Nichtlinearität der Batterie so nicht berücksichtigt werden. Lediglich die Nichtlinearität zwischen Ruhespannung der Batterie und ihrem Ladezustand wird sinnvoll berücksichtigt. Sie ist jedoch für die Leistungsvorhersage kaum relevant. Außerdem wird die Annahme getroffen, dass die Störgrößen einschließlich der Modellungenauigkeit eine Gauss-Verteilung einnehmen, was allerdings eine idealisierte Approximation ist und in der Realität so nicht auftreten muss. Ein weiterer Nachteil des Kalman-Filters besteht darin, dass die Berechnung der entsprechenden Kalman-Gleichungen mit einem hohen Rechenaufwand verbunden ist. Hier müssen unter anderem auch Matrizen berechnet werden. Damit hängt auch eine geringe numerische Stabilität zusammen, wenn die Berechnung auf einem Mikrokontroller bei geringer Genauigkeit der Zahlendarstellung stattfinden muss.The Kalman filter was initially developed only for linear models. However, extensions such as Extended Kalman Filter or Unscented Kalman Filter have been adapted to nonlinear models. However, such methods only approximate the non-linearity and converge reliably and stably only when the operating point in which the linearization takes place changes slowly over time. However, since the current changes dynamically very rapidly, the nonlinearity of the battery associated with the current can not be taken into account. Only the non-linearity between the voltage at rest of the battery and its state of charge is meaningfully taken into account. She is however for the Performance forecast hardly relevant. In addition, it is assumed that the disturbances including the model inaccuracy assume a Gaussian distribution, which however is an idealized approximation and in reality does not have to occur in this way. Another disadvantage of the Kalman filter is that the calculation of the corresponding Kalman equations involves a high computation effort. Among other things, matrices must be calculated here. This is also associated with a low numerical stability, if the calculation must take place on a microcontroller with low accuracy of the number representation.

Eine weitere Technik neben den Kalman Filtern sind rekursive Last-Square Algorithmen (RLS), siehe beispielsweise DE 10 2009 049 320 A1 . Die Anwendung eines solchen Algorithmus für die Bestimmung einer Batterieimpedanz erfordert eine Hochpassfilterung und eine Transformation der Parameter zwischen dem Frequenz- und Zeitbereich. Beide Operationen sind nur auf lineare Systeme anwendbar. In DE 10 2009 049 320 A1 ist gezeigt, dass man mehrere Instanzen des Algorithmus für verschiedene Strombereiche anwenden kann, um die Stromabhängigkeit zu berücksichtigen. Jedoch ist es unklar, wie die Verfälschung der Stromabhängigkeit durch die Hochpassfilterung (grundsätzlich nur an lineare Systeme anwendbar) berücksichtigt wird. Allerdings ist nur eine sehr grobe Berücksichtigung der Stromabhängigkeit in wenigen Strombereichen überhaupt möglich. Der Algorithmus verfügt auch über keine Prädiktionsfähigkeit, weil keine grundlegende Information über die Stromanhängigkeit der Modellparameter im Verfahren verwendet wird. Das bedeutet, dass die Modellparameter bei großen Strömen, die sehr selten im Betrieb auftreten, entsprechend selten adaptiert werden.Another technique besides the Kalman filters are recursive load-square algorithms (RLS), see for example DE 10 2009 049 320 A1 , The application of such an algorithm for the determination of a battery impedance requires a high-pass filtering and a transformation of the parameters between the frequency and time domain. Both operations are applicable only to linear systems. In DE 10 2009 049 320 A1 It is shown that one can apply multiple instances of the algorithm for different current ranges to account for current dependency. However, it is unclear how the falsification of the current dependency by the high-pass filtering (basically applicable only to linear systems) is taken into account. However, only a very rough consideration of the current dependence in a few current ranges is even possible. The algorithm also has no prediction capability because no basic information about the current dependence of the model parameters is used in the procedure. This means that the model parameters are seldom adapted for large currents that occur very seldom during operation.

Auch eine direkte Bestimmung des Batteriewiderstandes aus Strom- und Spannungsänderungen ist alternativ zur Kalman-Filterung zu nennen, wie sie beispielsweise in US 6,832,171 , DE 10 2009 054 547 A1 , US 6,469,512 B und US 2011/0172939 beschrieben ist. Diese Verfahren bieten eine relativ einfache Umsetzung, durch die Bestimmung nur eines Parameters, nämlich des Batteriewiderstandes. Die Dynamik der Batterie wird demnach nicht berücksichtigt. Das führt insbesondere bei tieferen Temperaturen und gealterten Batterien zu großen Ungenauigkeiten. Die Berücksichtigung der Stromabhängigkeit ist prinzipiell möglich, wenn der Widerstand für mehrere Strombereiche separat bestimmt wird.Also, a direct determination of the battery resistance from current and voltage changes is to call alternative to Kalman filtering, as for example in US 6,832,171 . DE 10 2009 054 547 A1 . US 6,469,512 B and US 2011/0172939 is described. These methods offer a relatively simple implementation, by the determination of only one parameter, namely the battery resistance. The dynamics of the battery is therefore not considered. This leads to large inaccuracies, especially at lower temperatures and aged batteries. The consideration of the current dependence is possible in principle if the resistance is determined separately for several current ranges.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und effektives Verfahren zur Bestimmung der aktuellen Parameter eines das dynamische Verhalten des Energiespeichers beschreibenden Modells respektive eine Anpassung der Parameter dieses Modells im laufenden Betrieb des Energiespeichers bereitzustellen, das für die sehr gute prädikative Bestimmung der maximal verfügbaren Leistung des Energiespeichers für eine vordefinierte Dauer (Δt) ausgehend von dem aktuellen Arbeitspunkt einsetzbar ist.It is the object of the present invention to provide a simple and effective method for determining the current parameters of a model describing the dynamic behavior of the energy store or adapting the parameters of this model during operation of the energy store, which is responsible for the very good predicative determination of the maximum available power of the energy store for a predefined duration (.DELTA.t) can be used starting from the current operating point.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous developments of the method are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung der Modellparameter eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, dessen dynamisches Verhalten im Betrieb durch ein elektrisches Referenzmodell beschrieben wird, zumindest umfassend eine Kapazität (C) und einen damit verbundenen ersten Widerstand (R1, R2), die Parameter (C, R1, R2) des Referenzmodells sind und in das Referenzmodell beschreibenden mathematischen Gleichungen miteinander verknüpft sind, wobei die Parameterwerte der Parameter (C, R1, R2) gemeinsam einen Parameterdatensatz bilden und während des Betriebes des Energiespeichers an dessen aktuellen Zustand angepasst werden, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • a. Verwendung eines initialen Parameterdatensatzes (Pstart) als Referenzparameterdatensatz (Pref) für das Referenzmodell,
  • b. Messen des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)),
  • c. Bildung einer Mehrzahl (N) an Parameterdatensatzvarianten (Pi, mit i = 1 bis N),
  • d. Berechnung der sich aus dem Referenzmodell infolge eines fließenden Stroms (I(t)) ergebenden Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) am Energiespeicher für jeden der Parameterdatensatzvarianten (Pi) unter Verwendung der aktuellen Strommesswerte (Imess(t)) und
  • e. Berechnung einer Anfangsspannung (U0,Pi) aus der Differenz (U0,Pi = Umess(t) – Umodell(Imess(t), Pi)) dieser Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und der gemessenen Spannung (Umess(t)), wobei die Spannung (Uc,Pi(t)) über der Kapazität (C) für jede Parameterdatensatzvariante (Pi) gleich der Spannung (Uc,Pref(t)) über der Kapazität (C) gesetzt wird, die sich aus dem Referenzmodell bei der Verwendung des Referenzparameterdatensatzes (Pref) ergibt,
  • f. erneutes Messen des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)) sowie
  • g. erneute Berechnung der sich aus dem Referenzmodell (1) für jede Parameterdatensatzvariante (Pi) ergebende Spannung (Uc,Pi(t)) über der Kapazität (C) und der Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) am Energiespeicher,
  • h. Berechnung einer Abweichung (ΔQPi) zwischen der gemessenen Spannung (Umess(t)) und der Summe aus Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und Anfangsspannung (U0,Pi) für jeden der Parameterdatensatzvarianten (Pi) mittels einer Funktion, die umso größere Werte liefert, je höher die Differenz zwischen der gemessenen Spannung (Umess(t)) und der Summe aus Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und Anfangsspannung (U0,Pi) ist, und
  • i. Wiederholung der Schritte f. bis h. so oft, bis zumindest eine zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die jeweils neu berechnete Abweichung (ΔQPi) bei jeder Wiederholung der Schritte zu der zuvor berechneten Abweichung (QPi_alt) addiert wird (QPi_neu = QPi_alt + ΔQPi), und
  • j. Bestimmung derjenigen Parameterdatensatzvariante (Pn, n ∊ [1...N]), die die kleinste Abweichung (QPi_neu neu = QPi_alt + ΔQPi) besitzt, wobei diese bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) unmittelbar oder mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird.
According to the invention, a method for determining the model parameters of an electrochemical energy store, in particular for electric or hybrid vehicles whose dynamic behavior is described in operation by an electrical reference model, at least comprising a capacitance (C) and a first resistor (R 1 , R 2 ), which are parameters (C, R 1 , R 2 ) of the reference model and mathematical equations describing the reference model, wherein the parameter values of the parameters (C, R 1 , R 2 ) together form a parameter data set and during operation of the Energy storage adapted to its current state, and wherein the method comprises the following steps:
  • a. Use of an initial parameter data record (P start ) as a reference parameter data record (P ref ) for the reference model,
  • b. Measuring the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)),
  • c. Formation of a plurality (N) of parameter data set variants (P i , with i = 1 to N),
  • d. Calculation of the overvoltage (U model (I mess (t), P i )) resulting from the reference model as a result of a flowing current (I (t)) at the energy store for each of the parameter data set variants (P i ) using the current current measured values (I mess (t)) and
  • e. Calculation of an initial voltage (U 0, Pi ) from the difference (U 0, Pi = U mess (t) - U model (I mess (t), P i )) of this overvoltage (U model (I mess (t), P i )) and the measured voltage (U mess (t)), wherein the voltage (U c, Pi (t)) across the capacitance (C) for each parameter data set variant (P i ) equal to the voltage (U c, Pref (t )) is set above the capacity (C) resulting from the reference model when using the reference parameter data set (P ref ),
  • f. again measuring the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)) and
  • G. recalculation resulting from the reference model ( 1 ) for each parameter data set variant (P i ) resulting voltage (U c, Pi (t)) over the capacitance (C) and the overvoltage (U model (I mess (t), P i )) at the energy storage,
  • H. Calculating a deviation (.DELTA.Q Pi) between the measured voltage (U mess (t)) and the sum of surge (U model (I mess (t), P i)) and initial voltage (U 0, Pi) (for each of the parameter data set variants P i ) by means of a function which delivers the greater values, the higher the difference between the measured voltage (U mess (t)) and the sum of overvoltage (U model (I mess (t), P i )) and initial voltage ( U 0, Pi ), and
  • i. Repetition of steps f. until h. so often until at least a second condition is satisfied, wherein the respectively newly calculated deviation (ΔQ Pi ) is added to the previously calculated deviation (Q Pi_old ) at each repetition of the steps (Q Pi_new = Q Pi_old + ΔQ Pi ), and
  • j. Determining the parameter data set variant (P n , n ε [1 ... N]) which has the smallest deviation (Q Pi_new new = QP i_old + ΔQ Pi ), this specific parameter data set variant (P n ) being used directly or indirectly as a new reference parameter data set ( P ref ) is defined.

Mit der im letzten Schritt gefundenen Parameterdatensatzvariante zur Implementierung des Referenzmodells ist dieses an das tatsächliche dynamische Verhalten des Energiespeichers angepasst worden, so dass Berechnungen anhand dieses Referenzmodells insbesondere zur prädikativen Bestimmung der für einen bestimmten Zeitraum zur Verfügung stehenden maximalen Leistung des Energiespeichers bestmögliche Ergebnisse liefern.With the parameter data set variant found in the last step for implementing the reference model, this has been adapted to the actual dynamic behavior of the energy store, so that calculations based on this reference model provide the best possible results, in particular for the predicative determination of the maximum power of the energy store available for a certain period of time.

Dabei ist ein besonderer Vorteil, dass die Adaption der Parameter während des Betriebes des Energiespeichers erfolgt, so dass alterungsbedingte, temperaturbedingte und/oder witterungsbedingte Eigenschaftsänderungen des Energiespeichers unmittelbar durch die Parameteranpassung im Referenzmodell berücksichtigt werden können.In this case, a particular advantage is that the adaptation of the parameters takes place during operation of the energy store, so that age-related, temperature-related and / or weather-related property changes of the energy store can be taken into account directly by the parameter adaptation in the reference model.

Im Gegensatz zu dem Verfahren mittels Kalman-Filter müssen hier keine aufwendigen Berechnungen, die hauptsächlich aus Matrizen-Operationen bestehen, durchgeführt werden. Dadurch ist die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Mikrocontroller gegeben.In contrast to the method using a Kalman filter, no complex calculations, which mainly consist of matrix operations, need to be carried out here. As a result, the implementation of the method according to the invention is given on a microcontroller.

Durch eine direkte Berechnung des Referenzmodells respektive der das Modell bildenden Gleichungen mit mehreren Parameterdatensätzen, d. h. mit den Parameterdatensatzvarianten (Pi), und die anschließende, direkte Auswahl einer der Parameterdatensatzvarianten (Pn), d. h. einer passenden Kombination variierter Parameterwerten konvergiert das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren überaus stabil.By a direct calculation of the reference model or of the model-forming equations with a plurality of parameter data sets, ie with the parameter data set variants (P i ), and the subsequent, direct selection of one of the parameter data set variants (P n ), ie a suitable combination of varied parameter values, the inventive adaptation method converges greatly stable.

Der Energiespeicher kann eine Batterie mit einer oder mehreren Zellen sein. Es kann sich bei dem Energiespeicher aber auch um eine einzelne Zelle einer solchen Batterie handeln. Ferner kann das Verfahren für jede Zelle einer Batterie separat durchgeführt werden. Dabei bildet die Kapazität (C) des Referenzmodells die Doppelschichtkapazität der Batterie bzw. einer Zelle ab, der Widerstand (R1, R2) des Referenzmodells stellt den Innenwiderstand der Batterie dar. Alternativ kann der Energiespeicher ein Doppelschichtkondensator sein.The energy store may be a battery with one or more cells. However, the energy store can also be a single cell of such a battery. Further, the method may be performed separately for each cell of a battery. In this case, the capacitance (C) of the reference model reproduces the double-layer capacitance of the battery or a cell, the resistance (R 1 , R 2 ) of the reference model represents the internal resistance of the battery. Alternatively, the energy store can be a double-layer capacitor.

Vorzugsweise findet die Anpassung der Parameter (R1, R2, C) nur während eines Auswerteintervalls statt, welches dann initiiert wird, wenn zumindest eine der gemessenen Größen (Imess(t), Umess(t)) und/oder zumindest eine daraus berechnete veränderliche Größe (IC(t)) des Referenzmodells (M) eine erste Bedingung erfüllt. Zur Initiierung des Auswerteintervalls kann also entweder eine der beiden oder beide gemessenen Größen Strom und Spannung oder zumindest eine daraus berechnete veränderliche Größe des Referenzmodells verwendet werden. Als erste Bedingung kann beispielsweise verwendet werden, dass sich der gemessene Strom (Imess(t)) durch den Energiespeicher nur langsam ändert. Wird für die erste Bedingung die veränderliche Größe (IC(t)) herangezogen, kann deren Berechnung vor Schritt c. unter Verwendung des Referenzparameterdatensatzes (Pref) und der gemessenen Größen Strom (Imess(t)) und Spannung (Umess(t)) erfolgen.Preferably, the adaptation of the parameters (R 1 , R 2 , C) takes place only during an evaluation interval, which is initiated when at least one of the measured quantities (I mess (t), U mess (t)) and / or at least one variable variable (I C (t)) of the reference model (M) calculated from this satisfies a first condition. To initiate the evaluation interval, either one of the two or both measured quantities of current and voltage or at least one variable of the reference model calculated therefrom can be used. The first condition that can be used is, for example, that the measured current (I mess (t)) changes only slowly by the energy store. If the variable (I C (t)) is used for the first condition, its calculation before step c. using the reference parameter data set (P ref ) and the measured quantities current (I mess (t)) and voltage (U mess (t)).

Als veränderliche Größe kann der in der Kapazität (C) fließende Strom (IC(t)) verwendet werden, wobei dann bevorzugt die erste Bedingung derart ist, dass dieser Strom (IC(t)) innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums im Verhältnis zum maximalen Strom (imax) durch den Energiespeicher klein ist. Dies bedeutet physikalisch, dass der Gradient der in der Kapazität gespeicherten Energie, d. h. die aktuelle Änderung der gespeicherten Energie über der Zeit, klein ist. Wenn der gesamte Batteriestrom konstant ist oder sich sehr langsam ändert, dann fließt er vor allem durch den Wiederstand, der parallel zur Kapazität im Referenzmodell ist. Die Spannung und damit die Energie in der Kapazität ändert sich dann nicht, wohl jedoch die gesamte Energie der Batterie, d. h. ihre Ruhespannung. Ist die genannte erste Bedingung erfüllt, wird dem Energiespeicher folglich Leistung entzogen.As a variable, the current flowing in the capacitance (C) (I C (t)) can be used, and then preferably the first condition is such that this current (I C (t)) within a predetermined period in relation to the maximum Current (i max ) through the energy storage is small. This means physically that the gradient of the energy stored in the capacitance, ie the current change in the stored energy over time, is small. If the total battery current is constant or changes very slowly, it flows primarily through the resistance, which is parallel to the capacitance in the reference model. The voltage and thus the energy in the capacity does not change then, but probably the total energy of the battery, ie its rest voltage. If the said first condition is met, power is thus withdrawn from the energy store.

Die Prüfung dieser ersten Bedingung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass geprüft wird, ob der Strom IC(t) in der Kapazität für einige Messwerte oder über einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise eine oder mehrere Sekunden, unterhalb eines Grenzwerts liegt. Dieser Grenzwert ist eine festgelegte Auslegungskonstante und kann relativ zum maximalen Strom (imax) angegeben werden, beispielsweise mit 2% des Maximalstroms. Alternativ kann auch ein absoluter Grenzwert vorgegeben werden, beispielsweise 3A bis 5A, vorzugsweise 4A. The examination of this first condition can be carried out, for example, by checking whether the current I C (t) lies below a limit in the capacitance for a few measured values or over a predetermined period of time, for example one or more seconds. This limit is a fixed design constant and can be specified relative to the maximum current (i max ), for example, 2% of the maximum current. Alternatively, an absolute limit value can also be specified, for example 3A to 5A, preferably 4A.

Grundsätzlich kann ein beliebiges Modell als Referenzmodell des Energiespeichers verwendet werden, das die Impedanz des Energiespeichers beschreibt. Das Referenzmodell kann als elektrisches Ersatzschaltbild enthaltend eine Parallelschaltung aus der Kapazität (C) und dem ersten Widerstand (R2) grafisch veranschaulicht werden. Wird die Ruhespannung des Energiespeichers berücksichtigt, liegt in dem Ersatzschaltbild eine Spannungsquelle in Reihe mit der genannten Parallelschaltung. Ein genaueres Modell der Impedanz erhält man, wenn zusätzlich ein zweiter Widerstand (R1) betrachtet wird, der in Reihe zu der Parallelschaltung liegt. Da dieser zweite Widerstand (R1) bei moderaten und niedrigen Temperaturen deutlich kleiner als der erste Widerstand (R2) ist, kann auf den zweiten Widerstand (R1) verzichtet werden.In principle, any model can be used as reference model of the energy storage, which describes the impedance of the energy storage. The reference model may be graphically illustrated as an equivalent electrical circuit diagram including a parallel connection of the capacitance (C) and the first resistor (R 2 ). If the quiescent voltage of the energy store is taken into account, a voltage source is connected in series with said parallel circuit in the equivalent circuit diagram. A more accurate model of impedance is obtained by additionally considering a second resistor (R 1 ) in series with the parallel circuit. Since this second resistor (R 1 ) at moderate and low temperatures is significantly smaller than the first resistor (R 2 ), can be dispensed with the second resistor (R 1 ).

Es ist besonders vorteilhaft, wenn in dem Referenzmodell eine Stromabhängigkeit des ersten Widerstands (R2) berücksichtigt wird, d. h. der Parameterwert des ersten Widerstands (R2) nicht als konstant betrachtet wird, was für die Genauigkeit der darauf basierenden Leistungsvorhersage sehr wichtig ist. So kann der Parameterwert des ersten Widerstands (R2) in Abhängigkeit des durch ihn fließenden Stroms in einen stromabhängigen Widerstandswert (R2(I)) umgerechnet und dieser stromabhängige Widerstandswert (R2(I)) in dem Referenzmodell (1) für die verfahrensgemäßen Berechnungen verwendet werden. Allerdings werden bei der Verwendung des Stroms durch den ersten Widerstand (R2) die Berechnungen für die Leistungsvorhersage deutlich komplexer und komplizierter, weil diese nur iterativ und nicht durch eine geschlossene Formel berechnet werden müssten. Der erste Widerstand (R2) kann daher vereinfacht als vom Gesamtstrom (I(t)) durch den Energiespeicher abhängig modelliert werden, d. h. vom gemessenen Strom. Damit wird der Energiespeicher im Modell etwas schlechter abgebildet, aber immer noch gut genug, und das ermöglicht einfachere Berechnungen.It is particularly advantageous if in the reference model a current dependence of the first resistor (R 2 ) is taken into account, ie the parameter value of the first resistor (R 2 ) is not considered to be constant, which is very important for the accuracy of the power prediction based thereon. Thus, the parameter value of the first resistor (R 2 ) can be converted into a current-dependent resistance value (R 2 (I)) depending on the current flowing through it, and this current-dependent resistance value (R 2 (I)) in the reference model (1) for the method according to the invention Calculations are used. However, when using the current through the first resistor (R 2 ), the power prediction calculations become much more complex and complicated because they would only have to be calculated iteratively and not by a closed formula. The first resistor (R 2 ) can therefore be simplified as a function of the total current (I (t)) modeled by the energy storage, ie the measured current. This maps the energy storage in the model a little less well, but still good enough, allowing easier calculations.

Die Umrechnung bzw. Berücksichtigung der Stromabhängigkeit kann gemäß der Gleichung

Figure DE102013000572A1_0002
oder gemäß der Gleichung
Figure DE102013000572A1_0003
mit

R2:
stromunabhängiger Widerstandswert
R2(I):
stromabhängiger Widerstandswert
a:
wählbare Konstante
kI:
Stromfaktor
I:
gemessener Strom Imess(t) durch den Energiespeicher
IB:
Bezugsstromwert
erfolgen.The conversion or consideration of the current dependence can according to the equation
Figure DE102013000572A1_0002
or according to the equation
Figure DE102013000572A1_0003
With
R 2 :
current-independent resistance value
R 2 (I):
current-dependent resistance value
a:
selectable constant
kI:
power factor
I:
measured current I mess (t) through the energy storage
I B :
Reference current value
respectively.

Der stromunabhängige Widerstandswert R2 ist dabei derjenige Parameterwert, der bei der Bildung der Mehrzahl an Parameterdatensatzvarianten (Pi) variiert wird. Im Gegensatz zu einem RLS Algorithmus mit Hochpassfilterung und mehreren Strombereichen zur Berücksichtigung der Stromabhängigkeit, wird die Stromabhängigkeit des Parameters R2 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine empirische Formel (erste Gleichung) oder eine physikalisch begründete Formel (zweite Gleichung) berücksichtigt. Dadurch verfügt das Algorithmus über eine sehr gute Prädiktions- und Interpolationsfähigkeit für Ströme, die im Laufe der Parameteradaption bisher nicht oder sehr selten aufgetreten sind.The current-independent resistance value R 2 is the parameter value that is varied during the formation of the plurality of parameter data record variants (P i ). In contrast to a RLS algorithm with high-pass filtering and multiple current ranges to account for the current dependence, the current dependence of the parameter R 2 is taken into account in the inventive method by an empirical formula (first equation) or a physically justified formula (second equation). As a result, the algorithm has a very good prediction and interpolation capability for currents that have not or rarely occurred in the course of the parameter adaptation.

Der Stromfaktor kI ist eine mathematische Skalierungsgröße für die Stromabhängigkeit. In den beiden Gleichungen ist der Stromfaktor jeweils anders definiert. Er ist dimensionslos in der ersten Gleichung 1 und hat die Dimension [1/A] in der zweiten Gleichung. Entsprechend sind die Werte dann auch ganz unterschiedlich. Der Stromfaktor kann grundsätzlich als Konstante definiert werden. Da sich jedoch die Stromabhängigkeit mit der Betriebstemperatur und über die Lebensdauer der Batterie ändert, ist es von Vorteil, den Stromfaktor kI ebenfalls als variierbaren Parameter zu behandeln, der einen zusätzlichen Parameter des Referenzparameterdatensatzes (Pref) darstellt und der bei der Bildung der Mehrzahl (N) an Parameterdatensatzvarianten (Pi) ebenfalls variiert wird. Auf diese Weise kann auch die Stromabhängigkeit des zweiten Widerstands besser an die tatsächlichen elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers angepasst werden. The current factor kI is a mathematical scaling variable for the current dependence. In both equations, the current factor is defined differently. It is dimensionless in the first equation 1 and has the dimension [1 / A] in the second equation. Accordingly, the values are quite different. The current factor can basically be defined as a constant. However, since the current dependency changes with the operating temperature and over the life of the battery, it is advantageous to treat the current factor kI as a variable parameter which represents an additional parameter of the reference parameter data set (P ref ) and which in the formation of the plurality ( N) is also varied according to parameter data set variants (P i ). In this way, the current dependence of the second resistor can be better adapted to the actual electrical properties of the energy storage.

Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass auch der Parameterwert des zweiten Widerstands (R1) in Abhängigkeit des durch den zweiten Widerstand (R1) fließenden Stroms in einen stromabhängigen Widerstandswert (R1(I)) gemäß einer der genannten Gleichungen umgerechnet wird und dieser stromabhängige Widerstandswert (R1(I)) in dem Referenzmodell verwendet wird. Auf diese Weise kann auch bei dem zweiten Widerstand (R1) eine Anpassung der Stromabhängigkeit an die tatsächlichen Eigenschaften des Energiespeichers erfolgen.It may further be provided that also the parameter value of the second resistor (R 1 ) is converted into a current-dependent resistance value (R 1 (I)) in accordance with one of the equations as a function of the current flowing through the second resistor (R 1 ), and this current-dependent resistance value (R 1 (I)) is used in the reference model. In this way, an adaptation of the current dependence to the actual properties of the energy store can also take place in the case of the second resistor (R 1 ).

Für eine unabhängige Betrachtung der Stromabhängigkeiten können für den ersten und den zweiten Widerstand (R1, R2) jeweils eine eigene Gleichung R(I) und/oder ein eigener Stromfaktor kIR1, kIR2 verwendet werden, der jeweils variiert werden kann. Hierdurch ergibt sich ein weitere Parameter kIR2, der ebenfalls zu variieren ist.For independent consideration of the current dependencies, a separate equation R (I) and / or a separate current factor kI R1 , kI R2 can be used for the first and the second resistor (R 1 , R 2 ), each of which can be varied. This results in a further parameter kI R2 , which is also to be varied.

Alternativ ist es jedoch auch möglich, für den ersten und den zweiten Widerstand (R1, R2) einen identischen Parameterwert R zu verwenden. Wird die Stromabhängigkeit des ersten Widerstands berücksichtigt, können für den ersten und den zweiten Widerstand zusätzlich oder alternativ auch identische Stromabhängigkeitsgleichungen, d. h. identische Gleichungen zur Berechnung der Stromabhängigkeit und ein identischer Stromfaktor kI verwendet werden. Auf diese Weise vereinfacht sich das Referenzmodell und es ist nur ein einziger Widerstandswert (R) zu variieren und hinsichtlich der Stromabhängigkeit bzw. hinsichtlich des Stromfaktors kI zu berücksichtigen.Alternatively, however, it is also possible to use an identical parameter value R for the first and the second resistor (R 1 , R 2 ). If the current dependence of the first resistor is taken into account, identical or different current dependency equations, ie identical equations for calculating the current dependency and an identical current factor kI, can additionally or alternatively be used for the first and the second resistor. In this way, the reference model is simplified and only a single resistance value (R) is to be varied and taken into account with regard to the current dependence or with regard to the current factor kI.

Der Stromfaktor (kI) kann bei jeder der beschriebenen Ausführungsvarianten für positive und negative Ströme (I(t)) unterschiedlich definiert sein. Hierdurch wird eine ungleiche Stromabhängigkeit für Lade- und Entladeströme (unsymmetrische Funktion in 1), die bei einigen Batterien beobachtet wird, berücksichtigt.The current factor (kI) can be defined differently in each of the described embodiments for positive and negative currents (I (t)). As a result, an uneven current dependence for charging and discharging currents (unbalanced function in 1 ), which is observed on some batteries.

Der initiale Parameterdatensatz (Pstart) enthält Startwerte für die Parameter (R1, R2, C, kI), die beispielsweise zuvor messtechnisch ermittelt und abgespeichert wurden. Auf eine hohe Genauigkeit dieser Startwerte kommt es hierbei nicht an, da die Parameterwerte ohnehin während des Betriebs des Energiespeichers angepasst werden. Somit kann es sich bei den Startwerten auch um grobe Schätzwerte handeln. Dies hat besondere Vorteile, da nicht mehr jeder Energiespeicher oder Energiespeichertyp zur Ermittlung der Startwerte getestet werden muss. Herstellungsbedingte Unterschiede der Parameterwerte bei Energiespeichern insbesondere desselben Typs wirken sich damit später nicht auf die Güte einer Leistungsprädiktion aus.The initial parameter data set (P start ) contains start values for the parameters (R 1 , R 2 , C, kI), which were previously determined and stored by measurement, for example. High accuracy of these starting values is not important since the parameter values are adjusted anyway during the operation of the energy store. Thus, the starting values may also be rough estimates. This has particular advantages, since it is no longer necessary to test each energy storage or energy storage type for determining the starting values. Manufacturing-related differences of the parameter values in energy stores of the same type in particular do not affect the quality of a performance prediction later.

Die Verwendung messtechnisch ermittelter oder geschätzter Startwerte für den Initialparameterdatensatz (Pstart) ist bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Energiespeichers von Bedeutung, d. h. wenn das erfindungsgemäße Verfahren erstmalig ausgeführt wird. Ist das Verfahren bereits ausgeführt worden, ist es sinnvoll, die nach dem letzten Ausführen ausgewählten Parameterdatensatzvariante (Pn) als Initialparameterdatensatz (Pstart) für die nächste Ausführung des Verfahrens zu verwenden. Dies bedeutet, dass der initiale Parameterdatensatz (Pstart) der letzten, nach dem Auswerteintervall als Referenzdatensatz (Pref) ausgewählten Parameterdatensatzvariante (Pn) entspricht.The use of metrologically determined or estimated starting values for the initial parameter data set (P start ) is important when the energy store is first put into operation, ie when the method according to the invention is carried out for the first time. If the method has already been carried out, it makes sense to use the parameter data record variant (P n ) selected after the last execution as the initial parameter data record (P start ) for the next execution of the method. This means that the initial parameter data set (P start ) corresponds to the last parameter data set variant (P n ) selected as reference data record (P ref ) after the evaluation interval.

Die Bildung der Parameterdatensatzvarianten (Pi) kann auf verschiedene Art erfolgen. Beispielsweise kann jeweils wenigstens einer der Parameter (R1, R2, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes (Pref) ein oder mehrmals variiert werden und daraus entsprechend eine Parameterdatensatzvariante (Pi) gebildet werden, bestehend aus der Variante des variierten Parameters (R1,i, R2,1, Ci, kIi) sowie den anderen Parametern (R1, R2, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes Pref.The formation of the parameter data record variants (P i ) can take place in various ways. For example, in each case at least one of the parameters (R 1 , R 2 , C, kI) of the reference parameter data record (P ref ) can be varied one or more times and from this a parameter data set variant (P i ) can be formed, consisting of the variant of the varied parameter (R 1, i , R 2,1 , C i , k i ) and the other parameters (R 1 , R 2 , C, kI) of the reference parameter data set P ref .

Bei einer einfachen Parameteradaption braucht beispielsweise nur einer der Parameter variiert werden. Dies wird vor allem dann ausreichen, wenn bei einem der Parameter bekannt ist, dass er sich abhängig vom Betriebsfall (Ladezustand, Temperatur) und Alter stark ändert, wohingegen die übrigen Parameter annährend gleich bleiben. Auch könnte eine einzige Variation genügen, sofern bekannt ist, dass die der entsprechende Parameter ohnehin nur in eine Richtung ändert. So könnte beispielsweise bei der Kapazität C eine Variation nach unten, beispielsweise zwischen 1 und 10%, vorzugsweise 5% erfolgen: Ci = 0,95·C, mit i = 1. Daraus kann dann entsprechend eine Parameterdatensatzvariante (Pi) gebildet werden, bestehend aus dieser Variante des variierten Parameters Ci sowie den anderen, unveränderten Parametern des Referenzparameterdatensatzes Pref, P1 = (R1, R2, 0,95·C, kI).In a simple parameter adaptation, for example, only one of the parameters needs to be varied. This will be sufficient especially if one of the parameters is known to change significantly depending on the operating case (state of charge, temperature) and age, whereas the remaining parameters remain approximately the same. Also, a single variation could be sufficient, if it is known that the corresponding one Anyway changes parameters in one direction only. Thus, for example, in the case of the capacitance C, a variation downwards, for example between 1 and 10%, preferably 5%, could take place: C i = 0.95 * C, with i = 1. From this a parameter data set variant (P i ) can then be formed consisting of this variant of the varied parameter C i and the other, unchanged parameters of the reference parameter data set P ref , P 1 = (R1, R2, 0.95 · C, kI).

Dieses Vorgehen kann für die übrigen Parameter (R1, R2, kI) widerholt werden. So kann beispielsweise der erste Widerstand R2 um 2% erhöht, der zweite Widerstand R1 um 6% reduziert werden. Daraus können ebenfalls jeweils Parameterdatensatzvarianten Pi gebildet werden, bestehend aus dem variierten Parametern und den nicht veränderten Parametern des Referenzparameterdatensatzes: P2 = (1,02·R1, R2, C, kI), P3 = (R1, 0,94·R2, C, kI), usw.This procedure can be repeated for the other parameters (R1, R2, kI). So can be increased by 2%, for example, the first resistor R 2, the second resistor R 1 are reduced by 6%. From this also parameter data set variants P i can be formed in each case, consisting of the varied parameters and the unmodified parameters of the reference parameter data set: P 2 = (1.02 × R 1, R 2 , C, k I), P 3 = (R 1, 0.94 × R2, C, kI), etc.

Um mehr Parameterdatensatzvarianten Pi zu erhalten, und damit eine schnellere Konvergenz des Verfahrens zu erhalten, kann ein Parameter auch zwei oder mehr Mal variiert werden. So kann z. B. der erste Widerstand um +2%, +4% und +6% erhöht werden, so dass entsprechend weitere Parameterdatensatzvarianten Pi aus diesen Varianten und den übrigen Parametern des Referenzdatensatzes Pref erstellt werden können: P2 = (1,02·R1, R2, C, kI), P4 = (1,04·R1, R2, C, kI), P5 = (1,06·R1, R2, C, kI).In order to obtain more parameter data set variants P i , and thus to obtain a faster convergence of the method, a parameter can also be varied two or more times. So z. B. the first resistor by + 2%, + 4% and + 6% are increased, so that correspondingly further parameter data set variants P i can be created from these variants and the other parameters of the reference data set P ref : P 2 = (1.02 · R1, R2, C, kI), P 4 = (1.04 · R1, R2, C, kI), P5 = (1.06 · R1, R2, C, kI).

Um die Konvergenz des Verfahrens in jedem Fall zu gewährleisten, ist es sinnvoll, den Parameterwert (R1, R2, C, kI) des zu variierenden Parameters ausgehend von seinem Wert im Referenzparameterdatensatz Pref um einen Wert nach oben und einen Wert nach unten zu ändern. Dies kann insbesondere jedoch nicht zwingend um betraglich gleiche Werte erfolgen, beispielsweise ±1%, ±2% oder ±5%. In entsprechender Weise wie zuvor können dann Parameterdatensatzvarianten Pi aus diesen Varianten und den übrigen Parametern des Referenzdatensatzes Pref erstellt werden: P1 = (1,05·R1, R2, C, kI), P2 = (0,95·R1, R2, C, kI), P3 = (R1, 1,05·R2, C, kI), P3 = (R1, 0,95·R2, C, kI), usw. Die Höhe der Änderung ist auch hier empirisch und kann beispielsweise zischen 1% und 10% liegen.In order to ensure the convergence of the method in each case, it makes sense to increase the parameter value (R 1 , R 2 , C, kI) of the parameter to be varied by one value upwards and one value downwards, starting from its value in the reference parameter data set P ref to change. However, this can not be done in particular by the same values, for example ± 1%, ± 2% or ± 5%. In a corresponding manner as before, parameter data set variants P i can be created from these variants and the other parameters of the reference data set P ref : P 1 = (1.05 × R1, R2, C, kI), P 2 = (0.95 × R1 , R2, C, kI), P 3 = (R1, R2 1.05 ·, C, kI), P 3 = (R1, R2 0.95 *, C, kI), etc. the amount of change is here empirically and can hiss for example 1% and 10%.

Insgesamt ergeben sich für K Parameter des Referenzmodells und V Varianten jedes Parameters N = K·V Parameterdatensätze. Ein Vorteil ist dabei die geringe Anzahl der Parametersätze. Nachteilig ist allerdings, dass in jedem Optimierungsschritt die Korrelation zwischen Variationen mehreren Parameter nicht berücksichtigt wird, was zu langsamer Konvergenz und Instabilität führen kann.Overall, K parameters of the reference model and V variants of each parameter result in N = K * V parameter data sets. An advantage is the small number of parameter sets. The disadvantage, however, is that in each optimization step, the correlation between variations of several parameters is not taken into account, which can lead to slow convergence and instability.

Zur Bildung der Parameterdatensatzvarianten (Pi) kann deshalb vorzugsweise jeder der Parameter (R1, R2, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes (Pref) jeweils ein oder mehrmals, insbesondere wie zuvor erläutert um einen Betrag nach oben und einen Betrag nach unten, variiert werden, wobei dann für jede Variante eines Parameters (R1,i, R2,i, Ci, kIi) jeweils eine Parameterdatensatzvariante (Pi) gebildet wird, bestehend aus dieser Variante des variierten Parameters (R1,i, R2,i, Ci, kIi) sowie anderen variierten Parametern (R1,i, R2,i, Ci, kIi). Auf diese Weise wird eine vollständige Permutation zwischen allen Varianten aller Parametervarianten gebildet, d. h. jede Parametervariante wird in einer Parameterdatensatzvariante mit einer Parametervariante eines anderen Parameters verknüpft. Insgesamt ergeben sich dann bei K Parametern des Referenzmodells und V Varianten N = VK Parameterdatensätze. Nachteilig ist hier zwar die große Anzahl entstehender Parameterdatensätzen. Diese kann jedoch durch Reduktion der Parameteranzahl verringert werden, beispielsweise indem für den ersten und den zweiten Widerstand identische Widerstandswerte, und gegebenenfalls eine identische Stromabhängigkeit verwendet wird. Vorteilhaft ist bei dieser permutationsbasierten Parameterdatensatzbildung aber, dass jede mögliche Permutation berücksichtigt und dadurch schnellere und stabile Konvergenz erreicht wird.For the formation of the parameter data record variants (P i ), therefore, preferably each of the parameters (R 1 , R 2 , C, kI) of the reference parameter data set (P ref ) may be one or more times, in particular as previously explained, by an amount upwards and an amount downwards can be varied, in which case a parameter data record variant (P i ) is formed for each variant of a parameter (R 1, i , R 2, i , C i , k i ), consisting of this variant of the varied parameter (R 1, i , R 2, i , C i , k i i ) and other varied parameters (R 1, i , R 2, i , C i , k i ). In this way, a complete permutation is formed between all variants of all parameter variants, ie each parameter variant is linked in a parameter data record variant with a parameter variant of another parameter. Overall, K parameters of the reference model and V variants N = V K result in parameter data records. The disadvantage here is indeed the large number of resulting parameter data sets. However, this can be reduced by reducing the number of parameters, for example, by using identical resistance values for the first and the second resistor, and possibly an identical current dependency. However, it is advantageous in this permutation-based parameter data record formation that every possible permutation is taken into account, thereby achieving faster and stable convergence.

Die Anzahl der Variationen eines der Parameter (R1,i, R2,i, Ci, kIi) und/oder der Grad der Variation muss/müssen während des Verfahrens nicht zwangsläufig fest sein. Vielmehr ist es von Vorteil, wenn die Anzahl und/oder der Grad in Abhängigkeit der Ergebnisse vorheriger Berechnungen dynamisch festgelegt wird. So kann beispielsweise die Variation eines Parameterwerts eines Parameters (R1,i, R2,i, Ci, kIi), der mehrmals nacheinander in Richtung größere oder kleinere Werte adaptiert wurde, im nächsten Auswerteintervalls in die entsprechende Richtung stärker gewählt werden, um eine beschleunigte Konvergenz zu dem tatsächlichen Wert zu ermöglichen.The number of variations of one of the parameters (R 1, i , R 2, i , C i , k i ) and / or the degree of variation need not necessarily be fixed during the process. Rather, it is advantageous if the number and / or the degree is determined dynamically depending on the results of previous calculations. Thus, for example, the variation of a parameter value of a parameter (R 1, i , R 2, i , C i , kI i ), which has been adapted several times successively in the direction of larger or smaller values, can be stronger in the next evaluation interval in the corresponding direction, to allow accelerated convergence to the actual value.

Die zweite Bedingung dient der Feststellung, ob das Auswerteintervall zu beenden ist. Als zweite Bedingung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die Überprüfung verwendet werden, ob die Dauer des Auswerteintervalls eine vorgegebene Maximaldauer erreicht hat. Dann erst können genügend Informationen vorliegen, um die Abweichungen auswerten zu können. Die maximale Dauer kann eine Zeitangabe sein, beispielsweise zwischen 5 und 20 Sekunden, vorzugsweise ca. 10 Sekunden betragen. Alternativ kann die maximale Dauer durch Angabe der Anzahl der Wiederholungen der Schritte h., i. und j. ausgedrückt werden. In diesem Fall wird ein Zähler verwendet. Werden die Messwerte beispielsweise in 0,1 Sekunden Schritten erfasst, ergeben hundert Wiederholungen der Schritte eine maximale Dauer von ca. 10 Sekunden.The second condition is to determine if the evaluation interval is to be ended. As a second condition, in the method according to the invention, it is preferable to use the check as to whether the duration of the evaluation interval has reached a predetermined maximum duration. Only then can enough information be available to evaluate the deviations. The maximum duration may be a time indication, for example between 5 and 20 seconds, preferably about 10 seconds. alternative can determine the maximum duration by specifying the number of repetitions of steps h., i. and J. be expressed. In this case, a counter is used. If the measured values are recorded, for example, in 0.1 second steps, one hundred repetitions of the steps result in a maximum duration of approx. 10 seconds.

Zusätzlich oder alternativ kann als zweite Bedingung die Überprüfung verwendet werden, ob die Dauer des Auswerteintervalls eine vorgegebene Minimaldauer, beispielsweise zwischen 2 und 5 Sekunden, vorzugsweise 3 Sekunden, erreicht hat, und gleichzeitig die erste Bedingung für das Initiieren eines neuen Auswerteintervalls erfüllt ist. Denn auch wenn die Dauer des Auswerteintervalls nicht die maximale Dauer überschritten hat, jedoch eine minimale Dauer erreich hat und die Bedingung für das Starten der nächsten Intervalls erfüllt ist, d. h. insbesondere der aktuelle Strom in der Kapazität C des Referenzmodells in einem vordefinierten Zeitraum klein ist, kann der Auswerteintervall beendet und ausgewertet werden, weil dann direkt danach das neue Auswerteintervall gestartet werden kann.Additionally or alternatively, as a second condition, the check can be used as to whether the duration of the evaluation interval has reached a predetermined minimum duration, for example between 2 and 5 seconds, preferably 3 seconds, and at the same time the first condition for initiating a new evaluation interval is fulfilled. Even if the duration of the evaluation interval has not exceeded the maximum duration, but has reached a minimum duration and the condition for starting the next interval is fulfilled, d. H. In particular, the current in the capacitance C of the reference model is small in a predefined period of time, the evaluation interval can be terminated and evaluated, because then immediately after the new evaluation interval can be started.

Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn Schritt j. nur dann durchgeführt wird, wenn die Änderung des Stroms (I(t)) durch den Energiespeicher im Auswerteintervall größer als ein vordefinierter Minimalwert (ΔImin) war. Dies bedeutet, dass das Auswerteintervall nach Schritt i. gegebenenfalls beendet aber nicht ausgewertet wird oder gegebenenfalls ausgewertet aber die Parameterdatensatzvariant Pn mit der kleinsten Abweichung nicht als neuer Referenzparameterdatensatz Pref übernommen wird, wenn in den Messwerten Imess(t), Umess(t) des aktuellen Intervalls nicht genug Informationen über die Batterieimpedanz vorliegt. Das ist vor allem dann der Fall, wenn die Stromänderung im Auswerteintervall kleiner als der vordefinierte Minimalwert (ΔImin) war. Daher sollte dieser vordefinierte Minimalwert (ΔImin) überschritten sein, wenn der aktuelle Referenzdatensatz Pref geändert wird.It is further advantageous if step j. is carried out only if the change in the current (I (t)) by the energy store in the evaluation interval was greater than a predefined minimum value (ΔI min ). This means that the evaluation interval after step i. if necessary, but not evaluated, or evaluated if necessary, but the parameter data set variant P n with the smallest deviation is not adopted as a new reference parameter data set P ref , if in the measured values I mess (t), U mess (t) of the current interval not enough information about the Battery impedance is present. This is especially the case when the current change in the evaluation interval was smaller than the predefined minimum value (ΔI min ). Therefore, this predefined minimum value (ΔI min ) should be exceeded when the current reference data set P ref is changed.

Alternativ oder kumulativ zu der vorgenannten Bedingung des Überschreitens eines vordefinierten Minimalwerts (ΔImin) für den Strom (I(t)) durch den Energiespeicher kann eine minimale vordefinierte Spannungsänderung (ΔUmin) für die Spannung an der Kapazität (C) oder für die gemessene Gesamtspannung (Umess(t)) gefordert werden. Die gemessene Gesamtspannung (Umess(t)) zu verwenden ist allerdings einfacher. Die beiden Minimalwerte ΔImin, ΔUmin müssen an die Eigenschaften des Messsystems (Quantisierungsgenauigkeit (Auflösung) bei den Messwerten) angepasst werden. Beispielsweise sollten die minimalen Änderungen etwa größer als das 10 bis 20-fache der Auflösung sein.Alternatively or cumulatively to the aforementioned condition of exceeding a predefined minimum value (ΔI min ) for the current (I (t)) by the energy store, a minimum predefined voltage change (ΔU min ) for the voltage at the capacitance (C) or for the measured Total voltage (U mess (t)) are required. However, using the measured total voltage (U mess (t)) is easier. The two minimum values ΔI min , ΔU min must be adapted to the properties of the measuring system (quantization accuracy (resolution) for the measured values). For example, the minimum changes should be greater than about 10 to 20 times the resolution.

Bei der Berechnung der Abweichung wird erfindungsgemäß eine Funktion verwendet, die umso größere Werte liefert, je höher die Differenz zwischen der gemessenen Spannung (Umess(t)) und der Summe aus Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und Anfangsspannung (U0,Pi) ist. Beispielsweise kann hier eine quadratische Abweichung verwendet werden, d. h. eine Funktion, bei der die Differenz quadriert wird. Dies hat den Vorteil, dass höhere Abweichungen stärker gewichtet werden. Alternativ könnte jedoch auch der Betrag der Differenz oder die Potenz 4 verwendet werden.In the calculation of the deviation, according to the invention, a function is used which delivers the greater the higher the difference between the measured voltage (U mess (t)) and the sum of overvoltage (U model (I mess (t), P i ) ) and initial voltage (U 0, Pi ). For example, a quadratic deviation can be used here, ie a function in which the difference is squared. This has the advantage that higher deviations are weighted more heavily. Alternatively, however, the amount of the difference or the power 4 could also be used.

Gemäß einem anderen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei der Berechnung der Abweichung die Änderung der Ruhespannung (ΔOCV) des Energiespeichers berücksichtigt werden. Hierzu kann der gemessene Strom (Imess(t)) des Energiespeichers während des Auswerteintervalls integriert und die Änderung der Ruhespannung (ΔOCV) berechnet basierend auf diesem Intergral, bei der Bestimmung der quadratischen Abweichung (ΔQPi) zu der gemessenen Spannung Umess(t) addiert werden: QPi_neu = QPi_alt + ΔQPi ΔQPi = (Umodell,Pi + U0,Pi – Umess + ΔOCV(∫I(t)))2 According to another aspect of the method according to the invention, the change in the quiescent voltage (ΔOCV) of the energy store can be taken into account in the calculation of the deviation. For this purpose the measured current (I mess (t)) of the energy store can be integrated during the evaluation interval and the change of the rest voltage (ΔOCV) calculated on the basis of this integral, in the determination of the quadratic deviation (ΔQ Pi ) to the measured voltage U mess (t ) are added: Q Pi_new = Q Pi_old + ΔQ Pi ΔQ Pi = (U model, Pi + U 0, Pi - U mess + ΔOCV (∫I (t))) 2

Das Integral (∫I(t)) stellt einen Amperestundenumsatz dar. ΔOCV(∫I(t)) beschreibt eine funktionale Abhängigkeit der Ruhespannung von diesem Amperestundenumsatz.The integral (∫I (t)) represents an ampere-hour conversion. ΔOCV (∫I (t)) describes a functional dependence of the rest voltage on this ampere-hour conversion.

Zur Ruhespannung sei folgendes erläutert: Die Gesamtspannung einer Batterie setzt sich aus der Ruhespannung (Spannung, wenn kein Strom fließt, engl: open circuit voltage (OCV)), einer sich langsam ändernden Diffusionsspannung und der Spannung über der Batterieimpedanz, die hier als Überspannung (Umodell(t))) bezeichnet wird, zusammen. Als Anfangsspannung wird im Sinne der vorliegenden Beschreibung die Summe aus Ruhespannung und Diffusionsspannung verstanden. Ein vollständiges Batteriemodell würde man demnach erhalten, wenn die in 2 dargestellte Batterieimpedanz durch eine damit in Serie liegende Spannungsquelle erweitert wird, die die zeitlich langsam ändernde Ruhespannung darstellt. Eine Diffusionsüberspannung kann man vereinfacht ganz vernachlässigen bzw. annehmen, dass diese auch in dieser Spannungsquelle enthalten sind. Wenn nun die Batterie geladen/entladen wird, ändert sich die Ruhespannung langsam.For the rest voltage, the following is explained: The total voltage of a battery is composed of the rest voltage (voltage when no current flows, open circuit voltage (OCV)), a slowly changing diffusion voltage and the voltage across the battery impedance, here as overvoltage ( U model (t))), together. For the purposes of the present description, the term initial voltage is understood to be the sum of the quiescent voltage and the diffusion voltage. A complete battery model would therefore be obtained if the in 2 shown battery impedance is extended by a voltage source lying in series, which represents the temporally slowly changing rest voltage. A diffusion overvoltage can be simplified neglect or assume that they are also included in this voltage source. Now, when the battery is charged / discharged, the quiescent voltage changes slowly.

Für eine Lithium-Ionen Batterie die Ruhespannung beträgt ca. 3,5 V im entladenen Zustand und 4,2 V im geladenen Zustand. Die Abhängigkeit der Ruhespannung von dem Ladezustand OCV(SoC) nennt man die Entladekurve. Diese ist durch die Batterietechnologie bedingt und kann im Labor vermessen werden. For a lithium-ion battery, the quiescent voltage is about 3.5 V in the discharged state and 4.2 V in the charged state. The dependence of the rest voltage on the state of charge OCV (SoC) is called the Entladekurve. This is due to the battery technology and can be measured in the laboratory.

Bisher wurde angenommen, dass die Ruhespannung in der Anfangsspannung (U0,Pi = Umess(t) – Umodell(Imess(t), Pi)) implizit enthalten ist und über die Dauer eines Auswerteintervalls konstant bleibt. De facto ändert sich diese aber geringfügig. Um dies zu berücksichtigen, kann aus einer Ruhespannungskurve, die beispielsweise im Labor gemessenen wurde und im Batteriemanagementsystem hinterlegt ist, die Änderung der Ruhespannung ΔOCV infolge der Änderung des Ladezustandes, welcher der Amperestundenumsatz/Batteriekapazität ist, bestimmt werden: ΔOCV = f(∫I(t)). Der Gleichungsbestandteil ΔOCV(∫I(t)) beschreibt damit eine funktionelle Abhängigkeit. Durch diese Berücksichtigung wird die Bestimmung genauer.Previously, it was assumed that the rest voltage in the initial voltage (U 0, Pi = U mess (t) - U model (I mess (t), P i )) is implicit and remains constant over the duration of an evaluation interval. In fact, this changes slightly. In order to take this into account, the change in the rest voltage ΔOCV as a result of the change in the state of charge, which is the ampere hourly charge / battery capacity, can be determined from a rest voltage curve, which has been measured, for example, in the laboratory and stored in the battery management system: ΔOCV = f (∫I ( t)). The equation component ΔOCV (∫I (t)) describes a functional dependence. This consideration makes the determination more accurate.

Zusätzlich oder alternativ zu den vorgenannten Weiterbildungen kann bei der Berechnung der Spannungsabweichung eine Gewichtung der jeweils neu berechneten Abweichung (ΔQPi) mit einem Gewichtungsfaktor (G) erfolgen, wobei die Abweichung (ΔQPi) erst dann zu der zuvor berechneten Abweichung (QPi_alt) addiert wird, (QPi = QPi + G·ΔQPi). Dieser Gewichtungsfaktor (G) steuert den Grad der Adaption. Insbesondere kann dieser Gewichtungsfaktor stromabhängig implementiert werden, insbesondere derart, dass er für größere. Ströme höher ist und für kleinere Ströme kleiner ist. In diesem Fall wird die Adaption so gesteuert, dass das Modell vor allem bei großen Strömen besser die Eigenschaften der Batterie nachbildet. Als Strom kann vorzugsweise der Gesamtstrom durch den Energiespeicher verwendet werden.In addition or as an alternative to the above-mentioned further developments, a weighting of the respectively newly calculated deviation (ΔQ Pi ) with a weighting factor (G) can take place during the calculation of the voltage deviation, the deviation (ΔQ Pi ) only then becoming the previously calculated deviation (Q Pi_old ). is added, (Q Pi = Q Pi + G · ΔQ Pi ). This weighting factor (G) controls the degree of adaptation. In particular, this weighting factor can be implemented depending on the current, in particular such that it is suitable for larger ones. Currents is higher and smaller for smaller currents. In this case, the adaptation is controlled so that the model emulates better the properties of the battery, especially at high currents. As a current, preferably the total current can be used by the energy storage.

Wie in Schritt j. des Verfahrens genannt, kann die gefundene Parameterdatensatzvariante (Pn) unmittelbar oder mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert werden. Unmittelbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) direkt als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird (Pref_neu = Pn).As in step j. called the method, the found parameter data set variant (P n ) can be defined directly or indirectly as a new reference parameter data set (P ref ). Immediately in this context means that the particular parameter data set variant (P n ) is defined directly as a new reference parameter data set (P ref ) (P ref_new = P n ).

Alternativ kann die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) durch eine Tiefpassfilterung mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Vorgeschichte der Impedanz des Energiespeichers mit berücksichtigt wird und etwaige Fehler in der Parameterbestimmung über die Zeit geglättet werden. Vorzugsweise wird hierbei der alte Referenzparameterdatensatz (Pref,alt) mit einem Gewichtungsfaktor (k) multipliziert und die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) mit dem Komplement (1 – k) zu Eins dieses Gewichtungsfaktors (k) multipliziert. Die Summe aus den so gewichteten Parameterdatensätzen (Pref,alt, Pn) wird dann als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref_neu = k·Pref_alt + (1 – k)·Pn) definiert. Der Gewichtungsfaktor (k) hat einen Wert zwischen null und eins. Für den Wert null (k = 0) ergibt sich die Ausführungsvariante, bei der die gefundene Parameterdatensatzvariante (Pn) unmittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird.Alternatively, the specific parameter data set variant (P n ) can be indirectly defined by a low-pass filtering as a new reference parameter data record (P ref ). This has the advantage that the history of the impedance of the energy storage is taken into account and any errors in the parameter determination are smoothed over time. In this case, the old reference parameter data set (P ref, old ) is preferably multiplied by a weighting factor (k) and the specific parameter data record variant (P n ) multiplied by the complement (1-k) to one of this weighting factor (k). The sum of the thus weighted parameter data sets (P ref, old , P n ) is then defined as a new reference parameter data set (P ref_new = k * P ref_old + (1-k) * P n ). The weighting factor (k) has a value between zero and one. For the value zero (k = 0) results in the embodiment variant in which the found parameter data set variant (P n ) is defined directly as a new reference parameter data record ( Pref ).

Die Tiefpassfilterung kann für alle Parameter des Referenzparameterdatensatzes (Pref) gleich sein, d. h. dass für alle Parameter (R1,n, R2,n, Cn, kIn) der bestimmten Parameterdatensatzvariante (Pn) derselbe Gewichtungsfaktor (k) gilt. Dies vereinfacht die Berechnung und reduziert entsprechend die Rechenleistung. Um eine genauere Adaption der Parameter (R1, R2, C, kI) zu erhalten und jeweilige Konvergenz der Parametersuche sicherzustellen, ist es von Vorteil, die Tiefpassfilterung parameterspezifisch durchzuführen. Hierzu kann jedem Parameter (R1, R2, C, kI) ein eigener Gewichtungsfaktor (kX) zugeordnet werden. Vorzugsweise wird dann jeder Parameter (R1, R2, C, kI) des alten Referenzparameterdatensatz (Pref,alt) mit seinem Gewichtungsfaktor (kX) multipliziert und die Parameter (R1,n, R2,n, Cn, kIn) der bestimmten Parameterdatensatzvariante (Pn) mit dem Komplement (1 – kX) zu Eins des jeweiligen Gewichtungsfaktors (kX) multipliziert. Anschließend werden die jeweiligen Summen aus den so gewichteten Parametern ([R1, R1,n], [R2, R2,n], [C, Cn], [kI, kIn]) als Parameterwerte des neuen Referenzparameterdatensatz Pref_neu definiert.The low-pass filtering can be the same for all parameters of the reference parameter data set (P ref ), ie the same weighting factor (k) applies to all parameters (R 1, n , R 2, n , C n , k n ) of the particular parameter data set variant (P n ) , This simplifies the calculation and reduces the computing power accordingly. In order to obtain a more precise adaptation of the parameters (R 1 , R 2 , C, kI) and to ensure respective convergence of the parameter search, it is advantageous to carry out the low-pass filtering on a parameter-specific basis. For this purpose, each parameter (R 1 , R 2 , C, kI) can be assigned its own weighting factor (k X ). Preferably, then, each parameter (R 1, R 2, C, kI) of the old reference parameter data set (P ref, old) multiplied by its weighting factor (k X) and the parameters (R 1, n, R 2, n, C n, kI n ) of the determined parameter data set variant (P n ) is multiplied by the complement (1 - k X ) to one of the respective weighting factor (k X ). Subsequently, the respective sums of the parameters so weighted ([R 1 , R 1, n ], [R 2 , R 2, n ], [C, C n ], [kI, kI n ]) become parameter values of the new reference parameter data set P ref_neu defined.

Wie bereits angesprochen wurde, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders für eine Anwendung im Rahmen einer prädikativen Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehende, maximale Leistung des Energiespeichers, wie sie insbesondere in Batteriemanagementsysteme implementiert sind, da hierfür ein zu jedem Zeitpunkt an den tatsächlichen Zustand des Energiespeichers angepasstes Referenzmodell besonders wichtig ist, um zuverlässige, genaue Prädiktionswerte zu liefern. Es wird daher die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur prädikativen Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehende maximale Leistung des Energiespeichers vorgeschlagen.As already mentioned, the method according to the invention is particularly suitable for use in the context of a predicative determination of the maximum power of the energy store available for a predefined time, as implemented in particular in battery management systems, since this is done at the actual time State of the energy storage adapted reference model is particularly important to provide reliable, accurate prediction values. It is therefore proposed to use the method according to the invention for the predicative determination of the maximum power of the energy store available for a predefined time.

Des Weiteren wird ein Batteriemanagementsystem zur selbstadaptierenden, prädikativen Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehenden, maximalen Leistung eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, vorgeschlagen, umfassend Mittel zur Messung des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)) sowie einen Mikrocontroller, auf den ein Programm mit Instruktionen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geladen ist.Furthermore, a battery management system is proposed for the self-adapting, predicative determination of the maximum power of an electrochemical energy store available for a predefined time, in particular for electric or hybrid vehicles, comprising means for the measurement the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)) and a microcontroller to which a program is loaded with instructions for carrying out the method according to the invention.

Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung der Figuren erläutert. Es zeigen:Further advantages and features of the method according to the invention are explained below with reference to an embodiment using the figures. Show it:

1: Stromabhängigkeit des Batteriewiderstandes am Beispiel einer 40 Ah Lithium-Ionen Batterie; links: für eine neuwertige Zelle; rechts: für eine gealterte Zelle. 1 : Current dependence of the battery resistance using the example of a 40 Ah lithium-ion battery; left: for a new cell; right: for an aged cell.

2: Ersatzschaltbild zur Nachbildung der dynamischen Eigenschaften einer Batterie 2 : Equivalent circuit diagram to simulate the dynamic characteristics of a battery

3: Ablaufdiagramm für die Leistungsvorhersage einer Batterie 3 : Flow chart for the performance prediction of a battery

4: Algorithmus zur Adaption der Modellparameter 4 : Algorithm for adapting the model parameters

5: Für ein Ausführungsbeispiel verwendetes Modell der Batterieimpedanz 5 : Battery impedance model used for one embodiment

6: Kurvenverläufe zur Verifikation des Verfahrens 6 : Curves for the verification of the process

7: Vergrößerung der Kurvenverläufe aus 6 7 : Enlargement of the curves 6

8: Vergrößerung der Kurvenverläufe aus 6 8th : Enlargement of the curves 6

1 veranschaulicht die alterungsbedingte Änderung der Stromabhängigkeit des Innenwiderstands xR(I1) einer 40 Ah Batterie für ein Fahrzeug bei den Temperaturen 15°C, 10°C und 0°C, die messtechnisch ermittelt wurde. Das linke Bild zeigt die Stromabhängigkeit einer neuen Batterie, dort Zelle genannt, das rechte Bild zeigt die Stromabhängigkeit einer gealterten Batterie. Es sei angemerkt, dass die Batterie aus mehreren in Serie geschalteten Zellen besteht. Bei der Serienschaltung bleibt jedoch die Batteriekapazität (in Ah) wie bei einer Zelle (hier 40 Ah). Abgesehen von der Erkenntnis, dass die Abhängigkeit des Innenwiderstandes xR(I1) vom Strom I umso größer ist, je tiefer die Temperatur ist, veranschaulicht 1, dass die Stromabhängigkeit bei einer gealterten Batterie bei gleicher Temperatur stärker ausgeprägt ist. Dies ist an der Steilheit der Kurven erkennbar. Dies bedeutet, dass die Verwendung eines konstanten Widerstandswerts in einem zugrunde liegenden Batteriemodell für die Prädiktion der Leistungsfähigkeit der Batterie nicht geeignet ist bzw. zu schlechten Prädiktionswerten führt, die mit zunehmendem Alter der Batterie immer schlechter werden. Aus diesem Grunde wird in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel die Stromabhängigkeit des Innenwiderstandes des Energiespeichers, hier einer Batterie, berücksichtigt, d. h. in dem Batteriemodell mit modelliert. 1 illustrates the age-related change in the current dependence of the internal resistance xR (I 1 ) of a 40 Ah battery for a vehicle at the temperatures 15 ° C, 10 ° C and 0 ° C, which was determined by measurement. The left picture shows the current dependence of a new battery, called cell there, the right picture shows the current dependency of an aged battery. It should be noted that the battery consists of several cells connected in series. When connected in series, however, the battery capacity remains (in Ah) as in a cell (here 40 Ah). Apart from the knowledge that the dependence of the internal resistance xR (I 1 ) of the current I is greater, the lower the temperature, illustrated 1 in that the current dependency in an aged battery is more pronounced at the same temperature. This is recognizable by the steepness of the curves. This means that the use of a constant resistance value in an underlying battery model is not suitable for the prediction of the performance of the battery or leads to poor prediction values, which become increasingly worse with increasing age of the battery. For this reason, in the following embodiment, the current dependence of the internal resistance of the energy storage, here a battery, taken into account, ie modeled in the battery model.

2 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Impedanz einer Lithium-Ionen-Batterie, das als Modell verwendet wird. Es umfasst einen reellen Innenwiderstand R1, der den ohmschen Widerstand der Batterie beschreibt, und eine damit in Reihe liegende Kapazität C, die die Doppelschichtkapazität der Batterie abbildet. Ein weiterer Widerstand R2(I) ist parallel zur Kapazität C liegend modelliert und bildet den Widerstand der Ladungstransferreaktion ab. Dieser ist im Gegensatz zu R1 stromabhängig und deshalb hier als von dem durch den Energiespeicher fließenden Strom abhängig modelliert. Wenn allgemein von der Batterieimpedanz gesprochen wird, ist damit in der Regel die Summe R1 + R2 aus den beiden Widerständen R1, R2 gemeint. So ist auch hinsichtlich 1 allgemein von der Stromabhängigkeit des Innenwiderstandes die Rede, obwohl bekannterweise nur der zur Kapazität parallele Widerstand R2 eine Stromabhängigkeit besitzt. Eine Berechnung des stromabhängigen Widerstandswerts erfolgt mit der empirischen Gleichung

Figure DE102013000572A1_0004
oder abgeleitet von der sogenannten Buttler-Volmer Gleichung
Figure DE102013000572A1_0005
wobei R2 der stromunabhängige Widerstandswert, R2(I) der stromabhängige Widerstandswert, a ein an die gegebene Batterie anzupassender, statischer Parameter, kI ein Stromfaktor, I der berechnete Strom durch den Widerstand R2 und IB ein Bezugsstromwert ist. Der Stromfaktor kI definiert die Abhängigkeit des ersten Widerstandes R2 vom Strom I. IB ist der einstündige Entladestrom, d. h. derjenige Strom, der erforderlich ist, um die Batterie in einer Stunde von 100% auf 0% zu entladen. Als Bezugsgröße kann grundsätzlich auch eine andere Stromstärke gewählt werden. 2 shows a simplified equivalent circuit of the impedance of a lithium-ion battery used as a model. It includes a real internal resistance R 1, which describes the ohmic resistance of the battery, and a capacitor C connected in series therewith, which maps the double layer capacitance of the battery. Another resistor R 2 (I) is modeled parallel to capacitance C and maps the resistance of the charge transfer reaction. This is in contrast to R 1 current-dependent and therefore modeled here as dependent on the current flowing through the energy storage current. Generally speaking, when referring to the battery impedance, it is meant the sum of R 1 + R 2 from the two resistors R 1 , R 2 . So is also in terms of 1 Generally speaking of the current dependence of the internal resistance, although it is known that only the resistor R 2, which is parallel to the capacitance, has a current dependency. A calculation of the current-dependent resistance value takes place with the empirical equation
Figure DE102013000572A1_0004
or derived from the so-called Buttler-Volmer equation
Figure DE102013000572A1_0005
where R 2 is the current-independent resistance value, R 2 (I) is the current-dependent resistance value, a is a static parameter to be fitted to the given battery, kI is a current factor, I is the calculated current through the resistor R 2, and I B is a reference current value. The current factor kI defines the dependence of the first resistor R 2 on the current I. I B is the one-hour discharge current, ie the current required to discharge the battery from 100% to 0% in one hour. As a reference, in principle, another current can be selected.

Der erste Widerstand R2, der zweite Widerstand R1, die Kapazität C und der Stromfaktor kI bilden Parameter des Ersatzschaltbildes, respektive des Modells, deren genaue Werte für die korrekte Beschreibung der Batterie entscheidend sind. Es ist bekannt, dass diese Parameter allesamt nicht konstant sind, sondern von der Temperatur der Batterie, von ihrem Ladezustand und von ihrem Alter abhängen. Daher können in einem komplexeren Modell auch alle Parameter stromabhängig und zusätzlich oder alternativ auch temperaturabhängig modelliert sein. Dies sei der Einfachheit halber hier jedoch vernachlässigt.The first resistor R 2 , the second resistor R 1 , the capacitance C and the current factor kI form parameters of the equivalent circuit diagram or of the model whose exact values are decisive for the correct description of the battery. It is known that these parameters are not all constant, but depend on the temperature of the battery, its state of charge and its age. Therefore, in a more complex model, all parameters can also be current-dependent and additionally or alternatively also temperature-dependent modeled. However, this is neglected here for the sake of simplicity.

Nachfolgend wird ein Batteriemanagementsystem betrachtet, das in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug zur Überwachung der Batterie eingesetzt wird, um die maximale Leistung abzuschätzen, die die Batterie für einen zukünftigen Zeitraum liefern kann. 3 zeigt einen Ablaufplan dieses Prädiktionsverfahrens. Das Batteriemanagementsystem verwendet ein Modell der Batterieimpedanz gemäß 2 mit entsprechenden Parametern R1, R2, C und kI und Parameterwerten hierfür. Erfindungsgemäß werden die Parameter des Ersatzschaltbildes im laufenden Betrieb an den Alterungszustand der Batterie angepasst.The following is a battery management system used in an electric or hybrid vehicle to monitor the battery to estimate the maximum power the battery can deliver for a future period of time. 3 shows a flowchart of this prediction method. The battery management system uses a battery impedance model according to FIG 2 with corresponding parameters R 1 , R 2 , C and kI and parameter values for this. According to the parameters of the equivalent circuit diagram are adapted during operation to the aging state of the battery.

In einem ersten Schritt 1 erfolgt das Messen von Gesamtstrom Imess(t), Gesamtspannung Umess(t) der Batterie und. In einem zweiten Schritt 2 erfolgt die erfindungsgemäße automatische Adaption der Parameter an den tatsächlichen Zustand der Batterie.In a first step 1 the measurement of total current I mess (t), total voltage U mess (t) of the battery and. In a second step 2 the automatic adaptation of the parameters according to the invention to the actual state of the battery takes place.

Es schließen sich Schritte 3, 4 und 5 zur Berechnung des maximalen Ladestroms ILAD und des maximalen Entladestroms IELA jeweils unter Berücksichtigung der Spannungsgrenzen, der Ladezustandsgrenzen (SoC) und der Stromgrenzen an.There are steps closing 3 . 4 and 5 for calculating the maximum charging current I LAD and the maximum discharging current I ELA, each taking into account the voltage limits, the state of charge limits (SoC) and the current limits.

Schritt 3:
Zunächst wird die Startspannung der Batterie berechnet, die als Schätzung der Ruhespannung interpretiert werden kann): Ustart = Umess(t) – Umodell(Imess(t)) mit Umodell(Imess(t)) = R1·Imess(t) + (Imess(t) – Ic(t))·R2(Imess(t)), wobei Ic(t) der geschätzte Strom in der Kapazität C ist.
step 3 :
First, the starting voltage of the battery is calculated, which can be interpreted as an estimate of the rest voltage): U start = U mess (t) - U model (I mess (t)) With U model (I mess (t)) = R 1 * I mess (t) + (I mess (t) -I c (t)) * R 2 (I mess (t)), where I c (t) is the estimated current in the capacitance C.

Dann wird für den Entladefall die Differenz zu einer unteren Spannungsgrenze Umin und für den Ladefall zu einer oberen Spannungsgrenze Umax berechnet: ΔUELA = Ustart – Umin, ΔULAD = Umax – Ustart. Then, for the discharge case, the difference to a lower voltage limit U min and for the load case to an upper voltage limit U max is calculated: ΔU ELA = U start - U min , ΔU LAD = U max - U start .

Danach werden jeweils mit einem beliebigen Iterationsverfahren (z. B. Newton-Raphson Suchverfahren [ P. Deuflhard, Newton Methods for Nonlinear Problems. Affine Invariance and Adaptive Algorithms. Berlin: Springer, 2004 ]) ILAD,V und IELA,V gesucht, so dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind: Umodell(ILAD,V, Δt) = ΔULAD Umodell(IELA,V, Δt) = ΔUELA. Thereafter, each time using an iterative method (eg Newton-Raphson search method [ P. Deuflhard, Newton Methods for Nonlinear Problems. Affine Invariance and Adaptive Algorithms. Berlin: Springer, 2004 ]) I LAD, V and I ELA, V searched so that the following conditions are met: U model (I LAD, V , Δt) = ΔU LAD U model (I ELA, V , Δt) = ΔU ELA .

Dabei sind Umax, Umin die vordefinierten Spannungsgrenzen, Umodell(ILAD,V, Δt) und Umodell(IELA,V, Δt) die aus dem Modell der Batterieimpedanz berechnete Spannungen, wenn entsprechend die Ströme ILAD,V und IELA,V über eine vordefinierte Dauer Δtpulse (in sec.) angelegt werden: Umodell(ILAD,V, Δtpulse) = R1·ILAD,V + R2(ILAD,V)·ILAD,V·(1 – exp(–Δtpulse/(R2(ILAD,V)·C))) + R2(ILAD,V)·Ic(t)·exp(–Δtpulse/(R2(ILAD,V)·C)); Umodell(IELA,V, Δtpulse) = R1·IELA,V + R2(IELA,V)·IELA,V·(1 – exp(–Δtpulse/(R2(IELA,V)·C))) – R2(IELA,V)·lc(t)·exp(–Δtpulse/(R2(IELA,V)·C)); Here, U max , U min are the predefined voltage limits, U model (I LAD, V , Δt) and Umodell (I ELA, V , Δt) calculated from the model of battery impedance voltages, if appropriate, the currents I LAD, V and I. ELA, V are applied over a predefined duration Δt pulse (in sec.): U model (I LAD, V , Δt pulse ) = R 1 * I LAD, V + R 2 (I LAD, V ) * I LAD, V * (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD, V ) * C))) + R 2 (I LAD, V ) * I c (t) * exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD, V ) * C)); U model (I ELA, V , Δt pulse ) = R 1 * I ELA, V + R 2 (I ELA, V ) * I ELA, V * (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I ELA, V ) * C))) - R 2 (I ELA, V ) * l c (t) * exp (-Δt pulse / (R 2 (I ELA, V ) * C));

Schritt 4: ILAD,SOC = (SOCmax – SOC(t))/100·Cbat·3600/Δtpulse IELA,SOC = (SOC(t) – SOCmin)/100·Cbat·3600/Δtpulse step 4 : I LOAD, SOC = (SOC max -SOC (t)) / 100 * C bat * 3600 / Δt pulse I ELA, SOC = (SOC (t) - SOC min ) / 100 * C bat * 3600 / Δt pulse

Dabei sind SOCmax und SOCmin die vordefinierten SOC Grenzen in %, Cbat ist die Batteriekapazität in Ah, was nicht zu verwechseln ist mit der Doppelschichtkapazität C im Modell.Here, SOC max and SOC min are the predefined SOC limits in%, C bat is the battery capacity in Ah, which is not to be confused with the double-layer capacitance C in the model.

Schritt 5:
ILAD,I und ILAD,I werden aus einem vorparametrierten Kennfeld in Abhängigkeit der Batterietemperatur bestimmt.
step 5 :
I LAD, I and I LAD, I are determined from a pre-parameterized map as a function of the battery temperature.

Diese Schritte 3, 4, 5 unterliegenden keiner bestimmten Reihenfolge und sind untereinander folglich vertauschbar. Es werden somit jeweils drei maximale Ladeströme ILAD,V, ILAD,SoC, ILAD,I und drei maximale Entladeströme IELA,V, IELA,SoC, IELA,I berechnet. Anschließend werden Minima gebildet, jeweils für die Ladeströme ILAD = min(ILAD,V, ILAD,SoC, ILAD,I) und für die Entladeströme IELA = min(IELA,V, IELA,SoC, IELA,I), Schritt 6.These steps 3 . 4 . 5 are not subject to any particular order and are therefore interchangeable. Thus, in each case three maximum charging currents I LAD, V , I LAD, SoC , I LAD, I and three maximum discharge currents I ELA, V , I ELA, SoC , I ELA, I are calculated. Subsequently, minima are formed, respectively for the charging currents I LAD = min (I LAD, V , I LAD, SoC , I LAD, I ) and for the discharge currents I ELA = min (I ELA, V , I ELA, SoC , I ELA , I ), step 6 ,

In Schritt 7 wird die Batteriespannung für die ermittelten Minimalströme berechnet, ULAD = f(ILAD), UELA = f(IELA):In step 7 the battery voltage is calculated for the determined minimum currents, U LAD = f (I LAD ), U ELA = f (I ELA ):

Zunächst wird für den in Schritt 6 berechneten Strom ILAD die Modellspannung am Ende der Strompulsdauer Δtpulse berechnet: ΔULAD = Umodell(ILAD, Pref) ΔULAD = R1·ILAD + R2(ILAD)·ILAD·(1 – exp(-Δtpulse/(R2(ILAD)·C))) + R2(ILAD)·Ic(t)·exp(–Δtpulse/(R2(ILAD)·C)); First, for the step in 6 calculated current I LAD the model voltage calculated at the end of the current pulse duration Δt pulse : ΔU LAD = U model (I LAD , P ref ) ΔU LAD = R 1 × I LAD + R 2 (I LAD ) × I LAD × (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD ) × C))) + R 2 (I LAD ) × I c (t) · exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD ) · C));

Für den in Schritt 6 berechneten Strom IELA wird die Modellspannung am Ende der Strompulsdauer Δtpulse berechnet: ΔUELA = Umodell(IELA, Pref). ΔUELA = R1·IELA + R2(IELA)·IELA·(1 – exp(–Δtpulse/(R2(IELA)·C))) – R2(IELA)·Ic(t)·exp(–Δtpulse/(R2(IELA)·C)); For the one in step 6 calculated current I ELA , the model voltage at the end of the current pulse duration .DELTA.t pulse is calculated: .DELTA.U ELA = U model (I ELA , P ref ). ΔU ELA = R 1 × I ELA + R 2 (I ELA ) × I ELA × (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I ELA ) × C)) - R 2 (I ELA ) × I c (t) · exp (-Δtpulse / (R 2 (I ELA ) · C));

Danach werden die gesuchte Ladespannung ULAD und die Entladespannung UELA mit der Berücksichtigung der in Schritt 3 berechneten Startspannung Ustart berechnet: ULAD = ΔULAD + Ustart, UELA = –ΔUELA + Ustart. Thereafter, the desired charging voltage U LAD and the discharge voltage U ELA with the consideration of in step 3 calculated starting voltage U start calculated: U LAD = ΔU LAD + U start , U ELA = -ΔU ELA + U start .

Aus dem Produkt des jeweiligen Minimalstroms ILAD, IELA und der daraus entsprechend berechneten Spannungen kann ULAD, UELA wird schließlich die verfügbare Batterieleistung bei einem Ladevorgang PLAD = ULAD·ILAD und bei einem Entladevorgang berechnet PELA = UELA·IELA, Schritt 8.From the product of the respective minimum current I LAD , I ELA and the voltages correspondingly calculated therefrom, U LAD , U ELA is finally calculated the available battery power during a charging process P LAD = U LAD * I LAD and during a discharge process P ELA = U ELA · I ELA , step 8th ,

Beide Leistungsvorhersagen sind beim Fahren mit einem Elektro- oder Hybridfahrzeug relevant. Zwar wird die Batterie beim Fahren im Durschnitt stets entladen, jedoch kann sie durch rekuperatives Bremsen auch kurzzeitig geladen werden, um die kinetische Energie zurück zu gewinnen und nicht in konventionellem Bremsen zu vernichten. Für beide Vorgänge-Beschleunigung und Bremsen – muss deshalb vorhergesagt werden, welche maximale Batterieleistung zur Verfügung steht. Beides kann im nächsten Moment sporadisch vorkommen, weshalb auch beides parallel prädiktiert wird. Es gibt deshalb auch keine separaten Batterieparameter, nur ein Parametersatz beschreibt den jeweiligen aktuellen Zustand der Batterie.Both performance forecasts are relevant when driving with an electric or hybrid vehicle. Although the battery is always discharged when driving on average, but it can also be charged by recuperative braking for a short time to recover the kinetic energy and not to destroy in conventional braking. For both processes - acceleration and braking - it must therefore be predicted, which maximum battery power is available. Both can occur sporadically in the next moment, which is why both are predicted in parallel. There are therefore no separate battery parameters, only one parameter set describes the current state of the battery.

Die hier beschriebene Erfindung stellt eine Methode dar, wie die Schritte 2, 3 und 7 effizient und unter Berücksichtigung der Stromabhängigkeit des Batteriewiderstandes durchgeführt werden können. Der Grundbaustein ist dabei ein Verfahren, welches ermöglicht, die für die Leistungsvorhersage notwendigen Batterieparameter effizient zu berechnen. Dabei wird das dynamische Verhalten der Batterie durch das Ersatzschaltbild nach 2 modelliert, das ein Modell der Batterieimpedanz darstellt. Die an den Batteriezustand zu adaptierende Parameter sind die Widerstände R1, R2, die Kapazität C und der Stromfaktor kI.The invention described herein represents a method such as the steps 2 . 3 and 7 can be performed efficiently and taking into account the current dependence of the battery resistance. The basic building block is a method which makes it possible to efficiently calculate the battery parameters necessary for the power prediction. The dynamic behavior of the battery is replaced by the equivalent circuit diagram 2 modeling representing a model of battery impedance. The parameters to be adapted to the battery state are the resistors R 1 , R 2 , the capacitance C and the current factor kI.

4 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Anpassung der Parameter an den aktuellen Zustand der Batterie anhand eines Ablaufplans. Der Ablauf erfolgt so, dass während des Betriebes der Batterie auf kurzen Auswerteintervallen jeweils mehrere Parameterdatensatzvarianten Pi durchgerechnet werden und dann aus diesen nach vordefinierten Kriterien die passendste Parameterdatensatzvariante Pn ausgewählt wird. Diese wird dann als beste aktuelle Schätzung markiert und als Referenzparameterdatensatz Pref abgespeichert. 4 illustrates the inventive method for adapting the parameters to the current state of the battery based on a flowchart. The procedure is such that during operation of the battery on short evaluation intervals in each case several parameter data set variants P i calculated and then from these according to predefined criteria, the most appropriate parameter data set variant P n is selected. This is then marked as best current estimate and stored as a reference parameter data set P ref .

Zu Beginn des Verfahrens, d. h. beim Startvorgang des Batteriemanagementsystems, wird das Batteriemodell M in Schritt 11 unter Verwendung eines initialen Parameterdatensatzes Pstart initialisiert. Dies bedeutet, dass den Parametern Kapazität C, erster Widerstand R2, zweiter Widerstand R1 und Stromfaktor kI erste Parameterwerte des Parameterdatensatzes Pstart = (R1, R2, C, kI) zugewiesen werden, die zuvor messtechnisch im Labor ermittelt oder geschätzt und abgespeichert worden sind. Diese Werte werden zunächst als Referenzparameterdatensatz Pref definiert, Pref = Pstart. Der Referenzparameterdatensatz Pref stellt zu jedem Zeitpunkt die beste Schätzung der Modellparameter dar und wird kontinuierlich upgedatet. Das Batteriemodell M stellt damit ein Referenzmodell dar, von dem ausgehend die Parameteranpassung erfolgt.At the beginning of the process, ie at the start of the battery management system, the battery model M in step 11 initialized using an initial parameter record P start . This means that the parameters capacitance C, first resistor R 2 , second resistor R 1 and current factor kI are assigned first parameter values of the parameter data set P start = (R 1 , R 2 , C, kI), previously determined or estimated by measurement in the laboratory and have been stored. These values are first defined as reference parameter data set P ref , P ref = P start . The reference parameter data set P ref represents at all times the best estimate of the model parameters are continuously updated and will. The battery model M thus represents a reference model from which the parameter adaptation takes place.

In Schritt 12, wird auf neue Messwerte gewartet, d. h. auf den durch die Batterie fließende Strom I(t) = Imess(t) und die an den Polen der Batterie anliegende Spannung Umess(t). Die Messung erfolgt wiederholt in diskreten Zeitschritten. Da eine Messung bereits in Schritt 1 von 3 erfolgte, liegen sie für Schritt 12 in 4 unmittelbar vor. Anschließend wird das Referenzmodell M anhand dieser Messwerte und des Referenzparameterdatensatzes Pref berechnet, Schritt 13. Unter anderem wird hier der Strom durch die Kapazität IC(t) und der daran anliegenden Spannung UC(t) bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nur dann durchgeführt werden, wenn die Batterie belastet wird, weil anderenfalls I(t) = 0 ist, und die Identifikation der Parameter unmöglich ist.In step 12 , waits for new measured values, ie the current I (t) = I mess (t) flowing through the battery and the voltage U mess (t) applied to the poles of the battery. The measurement is repeated in discrete time steps. As a measurement already in step 1 from 3 took place, they lie for step 12 in 4 just before. Subsequently, the reference model M is calculated using these measured values and the reference parameter data set P ref , step 13 , Among other things, the current through the capacitance I C (t) and the voltage applied thereto U C (t) is determined here. The method according to the invention can only be carried out when the battery is charged, otherwise I (t) = 0, and identification of the parameters is impossible.

Die das Referenzmodell beschreibenden Modellgleichungen lauten:

Figure DE102013000572A1_0006
The model equations describing the reference model are:
Figure DE102013000572A1_0006

Dabei kann der Stromfaktor kI einen Wert zwischen 0 und 0,5 und die Konstante a einen Wert zwischen 0,03 und 0,06 besitzen. IB entspricht der Batteriekapazität, die für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge typischerweise zwischen 10 und 100 Ah liegt.The current factor kI can have a value between 0 and 0.5 and the constant a can have a value between 0.03 and 0.06. I B corresponds to the battery capacity, which is typically between 10 and 100 Ah for hybrid or electric vehicles.

Die Anpassung der Parameter findet in einem Auswerteintervall statt. Da zu Beginn eines Auswerteintervalls andere Rechenschritte durchgeführt werden als während des Intervalls und für die Berechnungen stets mit aktuelle Messwerte Imess(t), Umess(t) verwendet werden sollen, erfolgt zunächst in Block 14 eine Abfrage, ob bereits ein Auswerteintervall läuft. Dies ist zu Beginn des Verfahrens nicht der Fall, so dass bei Schritt 15 fortgefahren wird.The adaptation of the parameters takes place in an evaluation interval. Since different calculation steps are carried out at the beginning of an evaluation interval than during the interval and are always to be used for the calculations with current measured values I mess (t), U mess (t), the first step is Block 14 a query as to whether an evaluation interval is already running. This is not the case at the beginning of the procedure, so at step 15 is continued.

Eine Anpassung der Parameter soll nur dann stattfinden, wenn sich die in allen Modellelementen, die Energie speichern können, gespeicherte Energie über die Zeit nur wenig ändert, d. h. die Änderung klein ist. Auf das Ersatzschaltbild/Referenzmodell M nach 2 angewendet, bedeutet dies, dass sich die in der Kapazität C gespeicherte Energie über die Zeit nur wenig ändern darf, d. h. der Strom IC(t) durch die Kapazität C klein sein soll.An adaptation of the parameters should take place only if the energy stored in all model elements that can store energy changes only slightly over time, ie the change is small. On the equivalent circuit / reference model M after 2 When applied, this means that the energy stored in the capacitor C may change only slightly over time, ie the current I C (t) should be small due to the capacitance C.

Um die Berechnung des Modells für verschiedene Parametersätze zu starten, ist eine Anfangsschätzung der Spannung oder des Stroms auf/in den energiespeichernden Elementen des Models notwendig. Hier kann auch von einem „Initialisieren” des Modells gesprochen werden. Diese Schätzung ist wiederum notwendig für die Berechnung einer Anfangsspannung U0,Pi. Es ist essentiell, dass diese Anfangsspannung U0,Pi möglichst sehr genau berechnet wird, wie sie dann für den ganzen Auswerteintervall gilt.To start the calculation of the model for different sets of parameters, an initial estimate of the voltage or current on / in the energy-storing elements of the model is necessary. Here one can speak of an "initialization" of the model. This estimation is again necessary for the calculation of an initial voltage U 0, Pi . It is essential that this initial voltage U 0, Pi is calculated as accurately as possible, as it then applies to the entire evaluation interval.

Diese Schätzung ist umso genauer je weniger Spannung/Strom in den energiespeichernden Elementen zum Beginn der Berechnung schwanken. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass nur eine kleine Schwankung der in diesen Elementen gespeicherten Energie vorliegt. Die Schätzung wird aus dem Referenzmodell M mit dem Referenzdatensatz Pref übernommen. Die höhere Genauigkeit bei langsamen Strom-/Spannungsänderungen folgt daraus, dass das Modell immer noch eine erhebliche Vereinfachung des realen dynamischen Batterieverhaltens ist, und dieses wird bei relativ langsamer Dynamik der Last besser nachgebildet, als bei sehr schneller Dynamik. Sobald das Modell initialisiert und die Anfangsspannung U0,Pi berechnet ist, darf die Dynamik der Last auch schnell sein, die Fehler kompensieren sich dann über das ganzen Auswerteintervall.This estimate is the more accurate the less voltage / current in the energy storage elements will vary at the beginning of the calculation. In general, this means that there is only a small variation in the energy stored in these elements. The estimate is taken from the reference model M with the reference data set P ref . The higher accuracy with slow current / voltage changes follows because the model is still a significant simplification of the real dynamic battery behavior, and this is simulated better at relatively slow load dynamics than at very fast dynamics. As soon as the model is initialized and the initial voltage U 0, Pi is calculated, the dynamics of the load may also be fast, the errors then being compensated over the entire evaluation interval.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass je nach dem Fahrprofil und/oder Batterie ist der zeitliche Anteil mit der Bedingung „IC(t) = klein” bezogen auf die gesamte Fahrdauer sehr groß. D. h., dass diese Bedingung fast immer erfüllt ist. Anstelle der Verwendung dieser Bedingung als Kriterium für die Initiierung eines Auswerteintervalls kann also theoretisch auch – ohne Berücksichtigung einer Bedingung – jederzeit, wenn es notwendig ist, ein Auswerteintervall gestartet werden. Dies führt zwar ab und zu zu mehr Fehlern bei der Parameterbestimmung. Es kann aber immer noch im Durchschnitt brauchbare Ergebnisse liefern.At this point, it should be noted that depending on the driving profile and / or battery, the time proportion with the condition "I C (t) = small" in relation to the total driving time is very large. That is, this condition is almost always met. Instead of using this condition as a criterion for the initiation of an evaluation interval, it is also theoretically possible to start an evaluation interval at any time, if necessary, without considering a condition. Although this sometimes leads to more errors in the parameter determination. However, it can still provide useful results on average.

Es ist daher zweckmäßig, ein Auswerteintervall erst dann zu initiieren, wenn zumindest eine veränderliche Größe des Referenzmodells (M) eine erste Bedingung erfüllt. Als veränderliche Größe wird hier der Strom IC(t) durch die Kapazität C verwendet. Dieser muss über einen bestimmten Zeitraum die Bedingung erfüllen, klein zu sein. Der Zeitraum kann zwischen 0,5 s und 0,8 s betragen. Für die Bedingung kann ein Vergleich mit einem Grenzwert IC,grenz, beispielsweise ein Absolutwert, z. B. 4A erfolgen, oder mit einem in Relation zum Maximalstrom der Batterie stehenden Wert, beispielsweise 2% des Maximalstroms. Die Überprüfung dieser Bedingung ist Teil von Block 15. Dafür wird IC(t) im Referenzmodell kontinuierlich berechnet. Fällt er unter den Grenzwert IC,grenz, wird ein Zeitzähler gestartet. Dieser Zeitzähler wird zurückgesetzt, wenn der Strom IC(t) wieder größer als der Grenzwert IC,grenz ist. Hat der Zeitzähler den vordefinierten Wert, beispielsweise 0,5 s erreicht, ist die Bedingung für den kleinen Strom IC(t) erfüllt.It is therefore expedient to initiate an evaluation interval only when at least one variable of the reference model (M) fulfills a first condition. As a variable, the current I C (t) is used by the capacitance C. This must fulfill the condition to be small over a certain period of time. The period can be between 0.5 s and 0.8 s. For the condition, a comparison with a limit I C, grenz , for example, an absolute value, z. B. 4A, or with a standing in relation to the maximum current of the battery value, for example, 2% of the maximum current. The verification of this condition is part of the block 15 , For this I C (t) is continuously calculated in the reference model. If it falls below the limit I C, grenz , a time counter is started. This time counter is reset when the current I C (t) is again greater than the limit I C, limit . If the time counter has reached the predefined value, for example 0.5 s, the condition for the small current I C (t) is fulfilled.

Im Rahmen des Blocks 15 wird demgemäß der Strom IC(t) durch die Kapazität C ermittelt und mit dem Grenzwert IC,grenz verglichen, oder dieser Strom wurde bereits in Schritt 13 bestimmt, so dass in Block 15 nur noch die erste Bedingung abgeprüft werden muss. Der Strom IC(t) durch die Kapazität C ergibt sich aus IC(t) = I(t) – UC(t)/R2(I) (Gl. 5) As part of the block 15 Accordingly, the current I C (t) is determined by the capacitance C and compared with the limit I C, border , or this stream has already been in step 13 determined, so in block 15 only the first condition needs to be checked. The current I C (t) through the capacitance C results from I C (t) = I (t) - U C (t) / R 2 (I) (Eq. 5)

Für I(t) ist der Messwert Imess(t) zu verwenden. UC(t) wird durch die iterative Lösung der Gleichung Gl. 4 im zeitdiskreten Bereich mit dem zeitdiskreten Schritt k zum Zeitpunkt tk mit dem Referenzparameterdatensatz Pref = (R1, R2, kI, C) wie folgt berechnet:

Figure DE102013000572A1_0007
For I (t) the measured value I mess (t) is to be used. U C (t) is determined by the iterative solution of Equation Eq. 4 is calculated in the time-discrete region with the time-discrete step k at time t k with the reference parameter data set P ref = (R 1 , R 2 , kI, C) as follows:
Figure DE102013000572A1_0007

Wenn der Strom IC(t) durch die Kapazität C für den vorbestimmten Zeitraum unterhalb des Grenzwertes IC,grenz liegt, wird ein neues Auswerteintervall initiiert. Sofern dies nicht der Fall ist, wird das Verfahren bei Schritt 12 fortgesetzt. Dies erfolgt auch, solange der vorbestimmte Zeitraum noch nicht beendet ist.If the current I C (t) is below the limit I C, grenz by the capacitance C for the predetermined period of time, a new evaluation interval is initiated. If not, the procedure at step 12 continued. This also takes place as long as the predetermined period has not yet ended.

Wenn die erste Bedingung erfüllt ist, werden zunächst in Block 16 N durchzurechnende Parameterdatensätze Pi, mit i = 1 bis N definiert. Dabei werden ausgehend von dem Referenzparameterdatensatz Pref für jeden Parameter R1, R2, C, kI dieses Referenzparameterdatensatz Pref zumindest zwei Variationen R1,i, R2,i, Ci, kI;, nämlich eine Parameterwerterhöhung und eine Parameterwertverringerung erstellt. Die Höhe der Parameterwertänderung ist empirisch und kann zwischen 1% und 10% des Referenzparameterwerts liegen. Insbesondere können auch mehrere Variationen erstellt werden. Vorzugsweise sind die Erhöhung und Verringerung des Parameterwerts betraglich gleich. Beispielsweise wird der zweite Widerstand R1 um ±5% variiert, so dass man Parameterwerte 0,95·R1; 1·R1 und 1,05·R1 erhält.If the first condition is met, first in block 16 N durchsparchnende parameter data sets P i , with i = 1 to N defined. In this case, starting from the reference parameter data set P ref for each parameter R 1 , R 2 , C, kI of this reference parameter data set P ref, at least two variations R 1, i , R 2, i , C i , k 1, namely a parameter value increase and a parameter value reduction are created , The amount of parameter value change is empirical and may be between 1% and 10% of the reference parameter value. In particular, several variations can be created. Preferably, the increase and decrease of the parameter value are the same. For example, the second resistor R 1 to ± 5% is varied, so that parameter values 0.95 x R 1; 1 × R 1 and 1.05 × R 1 .

Für jede Variante des Parameters R1,i werden dann systematisch Parameterdatensatzvarianten Pi gebildet wird, bestehend aus der jeweiligen Variante des variierten Parameters R1,1 = 0,95·R1, R1,2 = 1·R1 und R1,3 = 1,05·R1 sowie den anderen (hier zunächst) unveränderten Parametern R2, C, kI des Referenzparameterdatensatzes Pref. Bei Nichtveränderung der anderen Parameter R2, C, kI ergeben sich bereits drei Parameterdatensatzvarianten Pi, i = 1 bis 3: P1 = (0,95·R1, R2, C, kI), P2 = (1·R1, R2, C, kI), P3 = (1,05·R1, R2, C, kI) For each variant of the parameter R 1, i , systematically parameter data set variants P i are formed, consisting of the respective variant of the varied parameter R 1,1 = 0.95 * R 1 , R 1,2 = 1 * R 1 and R 1 , 3 = 1.05 * R 1 and the other (here initially) unchanged parameters R 2 , C, kI of the reference parameter data set P ref . If the other parameters R 2 , C, kI are not changed, there are already three parameter data record variants P i , i = 1 to 3: P 1 = (0.95.R 1 , R 2 , C, kI), P 2 = (1 × R 1 , R 2 , C, kI), P 3 = (1.05 × R 1 , R 2 , C, kI)

Wird dies auch für den ersten Widerstand R2 durchgeführt, erhält man für jede der drei Parameterdatensatzvarianten Pi, i = 1 bis 3, drei weitere Varianten, nämlich für 0,95·R2; 1·R2 und 1,05·R2, so dass insgesamt neun Parameterdatensatzvarianten Pi, i = 1 bis 9 entstehen: P1 = (0,95·R1, 0,95·R2, C, kI) P4 = (0,95·R1, 1·R2, C, kI) P7 = (0,95·R1, 1,05·R2, C, kI) P2 = (1·R1, 0,95·R2, C, kI) P5 = (1·R1, 1·R2, C, kI) P8 = (1·R1, 1,05·R2, C, kI) P3 = (1,05·R1, 0,95·R2, C, kI) P6 = (1,05·R1, 1·R2, C, kI) P9 = (1,05·R1, 1,05·R2, C, kI) If this is also carried out for the first resistor R 2 , three further variants are obtained for each of the three parameter data set variants P i , i = 1 to 3, namely for 0.95 * R 2 ; 1 · R 2 and 1.05 · R 2 , so that a total of nine parameter data set variants P i , i = 1 to 9 arise: P 1 = (0.95 * R 1 , 0.95 * R 2 , C, kI) P 4 = (0.95 * R 1 , 1 * R 2 , C, kI) P 7 = (0.95 × R 1 , 1.05 × R 2 , C, kI) P 2 = (1 × R 1 , 0.95 × R 2 , C, kI) P 5 = (1 × R 1 , 1 × R 2 , C, kI) P 8 = (1 × R 1 , 1.05 × R 2 , C, kI) P 3 = (1.05 × R 1 , 0.95 × R 2 , C, k I) P 6 = (1.05 × R 1 , 1 × R 2 , C, kI) P 9 = (1.05 × R 1 , 1.05 × R 2 , C, kI)

Eine Variation kann nun für die Kapazität C sowie für den Stromfaktor kI ebenfalls vorgenommen werden. In Summe werden für diesen Beispielfall mit zwei Variationen (±5%) pro Parameter, was jeweils drei Varianten pro Parameter entspricht (±5% und unveränderter Parameter) dann 81 Parameterdatensatzvarianten Pi, i = 1 bis 81 erzeugt. Werden also alle K = 4 Parameter zweimal variiert, so dass insgesamt V = 3 Varianten pro Parameter entstehen, wird eine vollständige Permutation zwischen allen Varianten aller Parameter gebildet, aus der sich insgesamt N = 34 = 81 Parameterdatensatzvarianten Po ergeben.A variation can now also be made for the capacitance C and for the current factor kI. In sum, for this example case, with two variations (± 5%) per parameter, which corresponds to three variants per parameter (± 5% and unchanged parameters), then 81 parameter data set variants P i , i = 1 to 81 are generated. Thus, if all K = 4 parameters are varied twice, resulting in a total of V = 3 variants per parameter, a complete permutation is formed between all variants of all parameters, resulting in a total of N = 3 4 = 81 parameter data set variants P o .

Anschließend wird das Referenzmodell M für alle Parameterdatensatzvarianten Pi initialisiert, Schritt 17. Dies bedeutet, dass aus dem Referenzmodell M für jede Parameterdatensatzvarianten Pi und den aktuellen Messwerten Umess(t), Imess(t) eine Anfangsspannung U0,Pi berechnet wird.Subsequently, the reference model M is initialized for all parameter data set variants P i , step 17 , This means that an initial voltage U 0, Pi is calculated from the reference model M for each parameter data set variants P i and the current measured values U mess (t), I mess (t).

Da die Gleichung Gl. 4 eine Differentialgleichung ist, muss diese rekursiv berechnet werden in Kombination mit Gleichung Gl. 3. Für die rekursive Berechnung wird stets das Ergebnis der letzten Berechnung benötigt. Zu Beginn erfordert dies also eine Initialisierung, d. h. eine Anfangsschätzung. Hierfür wird die Spannung UC(t) über der Kapazität C für jede Parameterdatensatzvariante Pi gleich der Spannung über der Kapazität C beim Referenzmodell M gesetzt, d. h. derjenigen Spannung, die sich rechnerisch aus dem Modell bei der Verwendung des Referenzparameterdatensatzes Pref ergibt: UC,Pi = UC,Pref. Diese Spannung UC,Pref wurde in Schritt 13 berechnet.Since equation Eq. 4 is a differential equation, it must be calculated recursively in combination with equation Eq. 3. The recursive calculation always requires the result of the last calculation. At the beginning this therefore requires an initialization, ie an initial estimate. For this purpose, the voltage U C (t) over the capacitance C for each parameter data set variant P i is set equal to the voltage across the capacitance C in the reference model M, ie the voltage which results from the model when using the reference parameter data set P ref : U C, Pi = U C, pref . This voltage U C, Pref was in step 13 calculated.

Danach wird für jeden Parametersatz Pi = (R1, R2, Ci, kIi) eine Anfangsspannung berechnet: U0,Pi = Umess – Umodell(Imess, Pi), mit Imess und Umess als aktuell gemessenen Batteriestrom und Batteriespannung. Die Anfangsspannung entspricht im Wesentlichen der Ruhespannung der Batterie, umfasst jedoch auch Diffusionsüberspannungen, die sich im Vergleich zu der Länge des Auswerteintervalls sehr langsam ändern. Umodell(Imess, Pi) ist die aus dem Referenzmodells (2) berechnete Überspannung, d. h. die Spannung über der Batterieimpedanz für den gemessenen Strom Imess und den gegebenen Parametersatz Pi. Umodell(Imess, Pi) wird nach Gleichung Gl. 3 berechnet, wobei in dieser Gleichung für die Spannung UC(t) über der Kapazität der zuvor aus dem Referenzmodell berechnete Wert verwendet wird (Schritt 13).Then, for each parameter set P i = (R 1 , R 2 , C i , k i ), an initial voltage is calculated: U 0 , P i = U meas - U model (Imess, P i ), with I meas and U mess as actual measured battery current and battery voltage. The initial voltage essentially corresponds to the quiescent voltage of the battery, but also includes diffusion overvoltages that change very slowly compared to the length of the evaluation interval. U model (I mess , P i ) is the one from the reference model ( 2 ) calculated overvoltage, ie the voltage across the battery impedance for the measured current I mess and the given parameter set P i . U model (I mess , P i ) is calculated according to Equation Eq. 3, in which equation for the voltage U C (t) over the capacitance the value previously calculated from the reference model is used (step 13 ).

Ist die Initialisierung des Referenzmodells M für alle Parameterdatensatzvarianten Pi erfolgt, wird das erfindungsgemäße Verfahren bei Schritt 12 fortgesetzt. Es werden die nächsten Messwerte für den Gesamtstrom und die Gesamtspannung abgewartet.If the initialization of the reference model M has been carried out for all parameter data record variants P i , the method according to the invention is performed in step S 12 continued. The next measured values for the total current and the total voltage are awaited.

Entsprechend erfolgt ein erneutes Messen des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)). Das Messen erfolgt in diskreten Zeitschritten von typischerweise 0,1 s. Dies bedeutet, dass alle 0,1 Sekunden neue Messwerte vorliegen. Die Schritte 13 bis 17 werden zwischen zwei Messwerten durchgeführt. Es steht damit ein Zeitfenster von 0,1 Sekunden zur Verfügung, um alle Berechnungen durchzuführen.Accordingly, a renewed measurement of the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied to this (U mess (t)). The measurement takes place in discrete time steps of typically 0.1 s. This means that new readings are available every 0.1 seconds. The steps 13 to 17 are carried out between two measured values. There is thus a time window of 0.1 seconds available to perform all calculations.

Liegen die neuen Messwerte vor, wird das Referenzmodell M mit dem Referenzdatensatz Pref und den aktuellen Messwerten erneut berechnet, Schritt 13. Somit wird das Referenzmodell mit dem Referenzparamterdatensatz immer kontinuierlich berechnet, was eine kontinuierliche Berechnung des Stromes Ic gewährleistet (Differentialgleichungen müssen iterativ berechnet werden). Würde hier eine Unterbrechung stattfinden, so würde der aktuelle Zustand verloren gehen, und es würde erhebliche Zeit benötigt werden, um nach erneuter (ungenauer) Initialisierung einzuschwingen.If the new measured values are available, the reference model M is recalculated with the reference data record P ref and the current measured values, step 13 , Thus, the reference model with the reference parameter data set is always calculated continuously, which ensures a continuous calculation of the current Ic (differential equations must be calculated iteratively). If an interruption took place here, the current state would be lost, and it would take considerable time to settle after another (inaccurate) initialization.

Da ein Auswerteintervall zuvor in Schritt 15 initiiert wurde und noch läuft, wird die Abfrage in Block 14 mit „Ja” bestätigt. Es wird dann zunächst das Referenzmodell M in 2 für alle N Parametersätze Pi upgedatet, Schritt 18. Dabei werden die sich aus dem Referenzmodell M für jede Parameterdatensatzvariante Pi ergebende Spannung UC,Pi(t) über der Kapazität C und der Überspannung Umodell(Imess(t), Pi) am Energiespeicher neu berechnet. Die Überspannung Umodell(Imess(t), Pi) ergibt sich aus Gleichung Gl. 3 bzw. zeitdiskret nach folgender Gleichung Umodell(Imess(tk), Pi) = UC,Pi(tk) + Imess(tk)·R1. As an evaluation interval previously in step 15 was initiated and is still running, the query is in block 14 confirmed with "yes". It is then first the reference model M in 2 updated for all N parameter sets P i , step 18 , The situation resulting from the reference model M for each parameter data record variant P i voltage U C, Pi (t) across the capacitor C, and the voltage U model (I mess (t), P i) are calculated at the energy storage. The overvoltage U model (I mess (t), P i ) is given by Equation Eq. 3 or time-discrete according to the following equation U model (I mess (t k ), P i ) = U C , P i (t k ) + I mess (t k ) · R 1 .

Die Berechnung von UC,Pi(tk) erfolgt im zeitdiskreten Schritt k zum Zeitpunkt tk folgenderweise:

Figure DE102013000572A1_0008
The calculation of U C, Pi (t k ) takes place in time-discrete step k at time t k as follows:
Figure DE102013000572A1_0008

Danach wird in Schritt 19 für jede Parameterdatensatzvariante eine quadratische Abweichung ΔQPi zwischen der gemessenen Batteriespannung Umess(t) und der Summe aus berechneter Überspannung Umodell(Imess(t), Pi) und Anfangsspannung U0,Pi ermittelt: ΔQPi = (Umodell(Imess(t), Pi) + U0,Pi' – Umess(t))2.After that, in step 19 For each parameter data set variant, a quadratic deviation ΔQ Pi between the measured battery voltage U mess (t) and the sum of calculated overvoltage U model (I mess (t), P i ) and initial voltage U 0, Pi is determined: ΔQ Pi = (U model ( I mess (t), P i ) + U 0, Pi ' - U mess (t)) 2 .

Die Schritte 18 und 19 werden wiederholt ausgeführt, solange ein in Block 20 abzuprüfendes Kriterium das Auswerteintervall nicht terminiert. Bei diesen Wiederholungen wird die jeweils neu berechnete quadratischen Abweichung ΔQPi zu der zuvor berechneten quadratischen Abweichung QPi_alt hinzuaddiert, so dass sich als neue quadratische Abweichung QPi_neu ergibt: QPi_neu = QPi_alt + (Umodell,Pi + U0,Pi – Umess)2. (Gl. 6) The steps 18 and 19 are repeatedly executed as long as one in block 20 the criterion to be checked does not terminate the evaluation interval. In these repetitions, the respectively newly calculated quadratic deviation ΔQ Pi is added to the previously calculated quadratic deviation Q Pi_old , so that as a new quadratic deviation Q Pi_new results: Q Pi_new = Q Pi_old + (U model, Pi + U 0, Pi - Umess) 2 . (Equation 6)

Dies entspricht einer numerischen Integration der quadratischen Abweichung ΔQPi während der Dauer TAuswert des Auswerteintervalls.This corresponds to a numerical integration of the quadratic deviation ΔQ Pi during the duration T evaluation of the evaluation interval .

Nun wird geprüft, ob eine zweite Bedingung erfüllt ist, bei der für Auswerteintervall beendet werden kann, Schritt 20. Diese Bedingung ist dann erfüllt, wenn die Dauer TAuswert des Auswerteintervalls eine vordefinierte maximale Dauer Tmax erreicht bzw. überschritten hat. Denn erst dann können genügend Informationen vorliegen, um die quadratischen Abweichungen auswerten zu können. Die maximale Dauer beträgt hier beispielhaft 10 Sekunden.Now it is checked whether a second condition is met, can be ended at the evaluation interval, step 20 , This condition is fulfilled when the duration T evaluation of the evaluation interval has reached or exceeded a predefined maximum duration T max . Only then can enough information be available to evaluate the quadratic deviations. The maximum duration is 10 seconds, for example.

Ist die zweite Bedingung nicht erfüllt, wie dies zu Beginn des Verfahrens stets der Fall ist, wird das Verfahren bei Schritt 12 fortgesetzt. Es werden dann neue Messwerte Umess(t), Imess(t) aufgenommen, mit denen erneut die Spannung UC(t) über der Kapazität C und die Gesamtspannung Umodell(Imess(t), Pi) für jede Parameterdatensatzvariante Pi berechnet wird. Daraus wird dann erneut für jede Parameterdatensatzvariante Pi die quadratische Abweichung QPi_neu bestimmt und die zweite Bedingung auf ihr Erfüllen hin geprüft.If the second condition is not met, as is always the case at the beginning of the method, the method at step 12 continued. New measured values U mess (t), I mess (t) are then recorded, with which again the voltage U C (t) over the capacitance C and the total voltage U model (I mess (t), P i ) for each parameter data set variant P i is calculated. From this, the quadratic deviation Q Pi_new is again determined for each parameter data set variant P i and the second condition is checked for compliance .

Wenn die zweite Bedingung allerdings erfüllt ist, wird das Auswerteintervall beendet. Es wird dann diejenige Parameterdatensatzvariante Pn, n ∊ [1...N] mit dem kleinsten Wert für die quadratische Abweichung QPi_neu ausgewählt und als Referenzparameterdatensatz Pref für nächste Berechnungen herangezogen, Schritt 21. Der neue Referenzparameerdatensatz Pref enthält nunmehr Parameterwerte für die Parameter R1, R2, C, kI des Referenzmodells M, die das tatsächliche dynamische Betriebsverhalten der Batterie besser beschreiben.If the second condition is fulfilled, however, the evaluation interval is ended. The parameter data set variant P n , n ε [1... N] with the smallest value for the quadratic deviation Q Pi_new is then selected and used as the reference parameter data set P ref for the next calculations, step 21 , The new reference parameter data record P ref now contains parameter values for the parameters R 1 , R 2 , C, kI of the reference model M, which better describe the actual dynamic operating behavior of the battery.

Nach der Auswahl eines des neuen Referenzparameterdatensatzes Pref wird das Verfahren bei Schritt 15 fortgesetzt.After selecting one of the new reference parameter data set P ref , the method at step 15 continued.

In einem nicht dargestellten Prüfungsschritt, der zwischen den Schritten 20 und 21 der 4 anzuordnen ist, wird überprüft, ob die Änderung des Stroms I(t) durch den Energiespeicher im Auswerteintervall größer als ein vordefinierter Minimalwert ΔImin war. Die Bestimmung der kleinsten quadratischen Abweichungen und die entsprechende Auswahl eines neuen Referenzparameterdatensatzes in Schritt 21 findet dann entsprechend nur dann statt, wenn dieser Minimalwert ΔImin überschritten ist. Anderenfalls wird das Verfahren unmittelbar nach Schritt 21 fortgesetzt.In a test step, not shown, between the steps 20 and 21 of the 4 is to be arranged, it is checked whether the change of the current I (t) by the energy storage in the evaluation interval was greater than a predefined minimum value .DELTA.I min . The determination of the smallest quadratic deviations and the corresponding selection of a new reference parameter dataset in step 21 then takes place accordingly only if this minimum value .DELTA.I min is exceeded. Otherwise, the procedure will be immediately after step 21 continued.

Die Überprüfung der Überschreitung des Minimalwerts ΔImin kann derart erfolgen, dass aus den Strommessungen Imess(t) zunächst der maximale Wert Imax und der minimale Wert Imin bestimmt wird. Verfahrensimplementiert kann hierzu der erste Strommesswerte als Imax und Imin gesetzt werden, woraufhin bei jedem nachfolgenden Messwert geprüft wird, ob der neue Messwert Imess(t) größer als der aktuelle Maximalwert Imax ist, wobei in diesem Fall der neue Messwert als neuer Maxmalwert Imax gesetzt wird, oder ob der neue Messwert Imess(t) kleiner als der aktuelle Minimalwert Imin ist, wobei in diesem Fall der neue Messwert als neuer Minimalwert Imin gesetzt wird. Am Ende des Auswerteintervalls wird dann die Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert gebildet und geprüft, ob diese Differenz größer als der vordefinierte Minimalwert ΔImin (z. B. 20 A) ist, Imax – Imin > ΔImin. Ist dies der Fall hat sich der Strom I(t) ausreichend geändert, so dass genügend Informationen über die Batterieimpedanz in den Messwerten vorliegen. Nur in diesem Fall wird dann in Schritt 21 diejenige Parameterdatensatzvariante Pn mit der kleinsten quadratischen Abweichung bestimmt und diese Variante Pn als neuer Referenzdatensatz Pref definiert.The checking of the exceeding of the minimum value ΔI min can be carried out in such a way that first the maximum value I max and the minimum value I min are determined from the current measurements I mess (t). For this purpose, the first measured current values can be set as I max and I min , whereupon in each subsequent measured value it is checked whether the new measured value I mess (t) is greater than the current maximum value I max , in which case the new measured value is new Max value I max is set, or whether the new measured value I mess (t) is smaller than the current minimum value I min , in which case the new measured value as new Minimum value I min is set. At the end of the evaluation, the difference between maximum and minimum values is then formed and tested whether this difference is greater than the predefined minimum value .DELTA.I min (eg 20 A.), I max - I min> .DELTA.I min. If this is the case, the current I (t) has changed sufficiently, so that sufficient information about the battery impedance is present in the measured values. Only in this case will then step in 21 determines the parameter data set variant P n with the smallest quadratic deviation and defines this variant P n as the new reference data record P ref .

In entsprechender Weise kann in einem nicht dargestellten Schritt, der zwischen den Schritten 20 und 21 der 4 anzuordnen ist, zusätzlich überprüft werden, ob die Änderung der Spannung U(t) am Energiespeicher im Auswerteintervall größer als ein vordefinierter Minimalwert ΔUmin war. Die Bestimmung der kleinsten quadratischen Abweichungen und die entsprechende Auswahl eines neuen Referenzparameterdatensatzes Pref in Schritt 21 findet dann entsprechend nur dann statt, wenn auch dieser Minimalwert ΔUmin überschritten ist. Anderenfalls wird das Verfahren unmittelbar nach Schritt 21 fortgesetzt.In a corresponding manner, in a step, not shown, between the steps 20 and 21 of the 4 is to be ordered, in addition to be checked whether the change in the voltage U (t) at the energy storage in the evaluation interval was greater than a predefined minimum value .DELTA.U min . The determination of the smallest quadratic deviations and the corresponding selection of a new reference parameter data set P ref in step 21 then takes place accordingly only if this minimum value ΔU min is exceeded. Otherwise, the procedure will be immediately after step 21 continued.

Anstelle des Modells in 2 kann ein vereinfachtes Referenzmodell M* mit nur drei Parametern R, C, kI verwendet werden, wie es in 5 dargestellt ist. Dafür werden Widerstände R1 und R2 gleich gesetzt, und es wird von einer gleichen Stromabhängigkeit ausgegangen: R1(I) = R2(I) = R(I). Das führt zu einer Reduzierung der Vielzahl an Parameterdatensatzvarianten Pi.Instead of the model in 2 For example, a simplified reference model M * with only three parameters R, C, kI can be used 5 is shown. For this, resistors R 1 and R 2 are set equal, and it is assumed that the same current dependence: R 1 (I) = R 2 (I) = R (I). This leads to a reduction of the multiplicity of parameter data set variants P i .

Gemäß einer anderen Ausführungsvariante wird in dem letzten Schritt 21 die gefundene Parameterdatensatzvariante Pn nicht unmittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz Pref definiert, sondern vielmehr mittelbar. Dabei wird eine gewichtete Mischung aus dem alten Referenzparameterdatensatz Pref und der neuen Parameterdatensatzvariante Pn gebildet und diese Mischung als neuer Referenzparameterdatensatz Pref verwendet. Auf diese Weise wird die Vorgeschichte der Batterieimpedanz mit berücksichtigt.According to another embodiment, in the last step 21 the found parameter data set variant P n is not directly defined as a new reference parameter data set P ref , but rather indirectly. In this case, a weighted mixture of the old reference parameter data record P ref and the new parameter data record variant P n is formed, and this mixture is used as a new reference parameter data set P ref . In this way, the history of the battery impedance is taken into account.

Die Mischung erfolgt durch eine Tiefpassfilterung derart, dass der alte Referenzparameterdatensatz Pref_alt mit einem zwischen 0 und 1 liegenden Gewichtungsfaktor k multipliziert wird und die gefundene Parameterdatensatzvariante Pn mit einem dem Komplement von k zu 1 entsprechenden Gewichtungsfaktor, also 1 – k multipliziert wird. Die so gewichteten Parameterdatensätze werden dann addiert, so dass sich ergibt: Pref,neu = k·Pref,alt + (1 – k)·Pn, mit 0 < k < 1, The mixing takes place in such a way by a low-pass filtering that the old reference parameter data set P ref_alt is multiplied k with a lying between 0 and 1 weight factor, and the parameter data set variant found P n with the complement of k 1 corresponding weighting factor, with 1 - is multiplied by k. The weighted parameter records are then added together to give: P ref, new = k · P ref, old + (1-k) · P n , where 0 <k <1,

Wird beispielsweise k = 0,5 gewählt, erhält man eine Mittelwertbildung. Auf die beschriebene Weise kann der gesamte Referenzparameterdatensatz Pref gefiltert werden, oder k kann selektiv bzw. Parameterspezifisch angewendet werden, wobei dann für jeden Parameter ein entsprechender Gewichtungsfaktor kX mit X = R1, R2, C oder kI und 0 ≤ kX ≤ 1 existiert. Für kX = 0 kann die Filterung deaktiviert werden. Für kX = 1 kann der entsprechende Parameter sogar von der verfahrensgemäßen Anpassung ausgenommen werden. Allerdings ist letzteres nicht erforderlich, wenn in den Parameterdatensatzvarianten stets auch eine Variante mit unverändertem Parameter vorhanden ist.If, for example, k = 0.5 is chosen, averaging is obtained. In the described manner, the entire reference parameter data set P ref may be filtered, or k may be selectively or parameters specific be applied, in which case, for each parameter, a corresponding weighting factor k X with X = R 1, R 2, C or kI and 0 ≤ k X ≤ 1 exists. For k X = 0 the filtering can be deactivated. For k X = 1, the corresponding parameter can even be excluded from the adaptation according to the method. However, the latter is not required if a variant with unchanged parameter is always present in the parameter data record variants.

Wenn die Parameter R1, R2, C, kI des Referenzmodells M in 2 an die Eigenschaften der Batterie durch die erfindungsgemäße beschriebene Methode adaptiert wurde, kann die Bestimmung des maximalen Stromes in Schritt 3 von 3 wie zuvor bereits detailliert erläutert durchgeführt werden. Nachfolgend seien die wichtigsten Schritte noch einmal angesprochen:
Aus den aktuellen Messwerten (Umess, Imess) wird mit Hilfe des Referenzmodells M und dem Referenzdatensatz Pref die Startspannung wie folgt berechnet: Ustart = Umess Umodell(Imess, Pref). Dann wird für den Entladefall die Differenz zu einer unteren Spannungsgrenze Umin und für den Ladefall zu einer oberen Spannungsgrenze Umax berechnet: ΔUELA = Ustart – Umin, ΔULAD = Umax – Ustart. Danach werden Ladestrom ILAD und Entladestrom IELA gesucht, so dass die resultierende Modellspannung Umodell(t) nach vorgegebener Zeit Δt für diese Ströme den berechneten Spannungsdifferenzen entspricht: Umodell(ILAD, Pref) = ΔULAD, Umodell(IELA, Pref) = ΔUELA.
If the parameters R 1 , R 2 , C, kI of the reference model M in 2 has been adapted to the characteristics of the battery by the method according to the invention, the determination of the maximum current in step 3 from 3 as previously explained in detail. In the following, the most important steps are addressed again:
From the current measured values (U mess , I mess ), the starting voltage is calculated using the reference model M and the reference data set P ref as follows: U start = U meas U model (I mess , P ref ). Then, for the discharge case, the difference to a lower voltage limit U min and for the load case to an upper voltage limit U max is calculated: ΔU ELA = U start - U min , ΔU LAD = U max - U start . Thereafter charging current I LAD and discharge current I ELA are searched for, so that the resulting model voltage U model (t) after predetermined time Δt for these currents corresponds to the calculated voltage differences: U model (I LAD , P ref ) = ΔU LAD , U model (I ELA , P ref ) = ΔU ELA .

Die Suche nach diesen Strömen kann z. B. iterativ erfolgen, beispielsweise mit dem Newton-Raphson Suchverfahren [ P. Deuflhard, Newton Methods for Nonlinear Problems. Affine Invariance and Adaptive Algorithms. Berlin: Springer, 2004 ]).The search for these currents can z. B. Iteratively, for example, with the Newton-Raphson search method P. Deuflhard, Newton Methods for Nonlinear Problems. Affine Invariance and Adaptive Algorithms. Berlin: Springer, 2004 ]).

Die Berechnung der Spannung im Schritt 7 von 3 wird folgendermaßen durchgeführt:
Zunächst wird für den in Schritt 6 berechneten Strom ILAD die Modellspannung am Ende der Strompulsdauer Δtpulse berechnet: ΔULAD = Umodell(ILAD, Pref) ΔULAD = R1·ILAD + R2(ILAD)·ILAD·(1 – exp(–Δtpulse/(R2(ILAD)·C))) + R2(ILAD)·IC(t)·exp(–Δtpulse/(R2(ILAD)·C));
The calculation of the stress in the step 7 from 3 is performed as follows:
First, for the step in 6 calculated current I LAD the model voltage calculated at the end of the current pulse duration Δt pulse : ΔU LAD = U model (I LAD , P ref ) ΔU LAD = R 1 * I LAD + R 2 (I LAD ) * I LAD * (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD ) * C))) + R 2 (I LAD ) * I C (t) · exp (-Δt pulse / (R 2 (I LAD ) · C));

Für den in Schritt 6 berechneten Strom IELA wird die Modellspannung am Ende der Strompulsdauer Δtpulse berechnet: ΔUELA = Umodell(IELA, Pref). ΔUELA = R1·IELA + R2(IELA)·IELA·(1 – exp(–Δtpulse/(R2(IELA)·C))) – R2(IELA)·IC(t)·exp(–Δtpulse/(R2(IELA)·C)); For the one in step 6 calculated current I ELA , the model voltage at the end of the current pulse duration .DELTA.t pulse is calculated: ΔU ELA = Umodell (I ELA , P ref ). ΔU ELA = R 1 × I ELA + R 2 (I ELA ) × IELA × (1-exp (-Δt pulse / (R 2 (I ELA ) × C))) -R 2 (I ELA ) × I C ( t) · exp (-Δt pulse / (R 2 (I ELA ) · C));

Danach werden die gesuchte Ladespannung ULAD und die Entladespannung UELA mit der Berücksichtigung der in Schritt 3 berechneten Startspannung Ustart berechnet: ULAD = ΔULAD + Ustart, UELA = –ΔUELA + Ustart. Thereafter, the desired charging voltage U LAD and the discharge voltage U ELA with the consideration of in step 3 calculated starting voltage U start calculated: U LAD = ΔU LAD + U start , U ELA = -ΔU ELA + U start .

Das vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren zur Adaption der Modellparameter in einem Batteriemanagementsystem bietet eine neuartige Methode, bei der das Batteriemodell mit mehreren Parametervarianten über bestimmte Zeitintervalle berechnet wird, um anschließend die beste Variante für weitere Berechnungen zu verwenden. Bisher wurden dafür nur Kalman-Filter basierte Techniken vorgestellt.The proposed method according to the invention for adapting the model parameters in a battery management system offers a novel method in which the battery model with several parameter variants is calculated over specific time intervals, in order subsequently to use the best variant for further calculations. So far, only Kalman filter based techniques have been introduced.

Hervorzuheben ist insbesondere, dass die Berechnung ausgehend von der aktuellen Batteriespannung bei gegebener Belastung (Umess, Imess) durchgeführt wird. Deswegen ist kein vollständiges Batteriemodell notwendig. Es wird lediglich ein Modell der Batterieimpedanz benötigt, welches das Verhalten der Batterie bei Stromänderungen im zu vorherzusagenden Zeitraum (typischerweise Δtpulse = 1...30 sec.) beschreibt. Bisher bekannte Algorithmen benötigen ein vollständiges Batteriemodell inkl. Ruhespannungsmodell mit Hysteresebestimmung etc. Ein Verzicht auf andere Teile des Batteriemodells (Ruhespannung, Hysterese, Diffusion) macht das Verfahren einfacher und genauer, weil die entsprechenden Überspannungen in Messdaten direkt beinhaltet sind und somit implizit berücksichtigt werden.It should be emphasized in particular that the calculation is carried out on the basis of the current battery voltage for a given load (U mess , I mess ). Therefore, a complete battery model is not necessary. It is only required a model of the battery impedance, which (typically .DELTA.t pulse = 1 ... 30 sec.) Describes the behavior of the battery in case of power changes to be predicted period. Previously known algorithms require a complete battery model including quiescent voltage model with hysteresis determination, etc. Abandoning other parts of the battery model (quiescent voltage, hysteresis, diffusion) makes the process simpler and more accurate because the corresponding overvoltages are directly included in measurement data and thus implicitly taken into account.

Die Vorhersage der maximal verfügbaren Leistung der Batterie in einem Elektrofahrzeug ist für einen sicheren Fahrbetrieb zwingend notwendig. Im folgenden Beispiel wird der oben beschriebene Algorithmus mit einem Impedanzmodell der Batterie gemäß 5 verwendet, um die Spannung der Batterie bei einem Strom vorherzusagen. Das ist entsprechend 3 der Grundbaustein der Leistungsvorhersage.The prediction of the maximum available power of the battery in an electric vehicle is imperative for safe driving. In the following example, the algorithm described above with an impedance model of the battery according to 5 used to predict the voltage of the battery at a current. That is appropriate 3 the basic building block of performance forecasting.

Ein typisches Belastungsprofil der Batterie eines Elektrofahrzeuges wird um Referenz-Strompulse erweitert, um eine deterministische Grundlage für quantitative Untersuchung der Genauigkeit des Algorithmus zu bilden. 6 zeigt entsprechende Strom- und Spannungsverläufe, gemessen an einer 40 Ah Lithium-Ionen Batteriezelle. Mit Hilfe des oben beschriebenen Algorithmus werden die Modellparameter (R, C, kI) bestimmt und mit deren Hilfe für jeden Strompuls die Spannung der Batterie fünf Sekunden nach dem Anfang des Strompulses vorhersagt. Dabei werden die Anfangswerte für Modellparameter willkürlich gewählt, um die Adaptionsfähigkeit zu verifizieren. Die Adaption des Widerstandes und der Kapazität (R, C) führt bereits in den ersten 200 Sekunden zu richtigen Werten. Die Adaption der Stromabhängigkeit dauert etwas länger, da zum Zeitpunkt des ersten Pulses der für die Stromabhängigkeit zuständige Parameter kI noch nicht adaptiert ist. Dadurch wird bei der Spannungsvorhersage am Anfang während hohen Strömen ein größerer Fehler aufgezeigt. Nachdem aber kI auch adaptiert wird, liefert die Spannungsvorhersage für mittlere und große Ströme sehr genaue Ergebnisse, siehe 6, 7 und 8.A typical load profile of the battery of an electric vehicle is extended by reference current pulses to provide a deterministic basis for quantitative examination of the accuracy of the algorithm. 6 shows corresponding current and voltage curves measured on a 40 Ah lithium-ion battery cell. With the aid of the algorithm described above, the model parameters (R, C, kI) are determined and with their help the voltage of the battery is predicted five seconds after the start of the current pulse for each current pulse. The initial values for model parameters are chosen arbitrarily in order to verify adaptability. The adaptation of the resistance and the capacitance (R, C) leads to correct values in the first 200 seconds. The adaptation of the current dependence takes a little longer, since at the time of the first pulse the parameter kI responsible for the current dependence has not yet been adapted. As a result, a larger error is shown in the voltage prediction at the beginning during high currents. However, after kI is also adapted, the voltage prediction for medium and large currents gives very accurate results, see 6 . 7 and 8th ,

Das Adaptionsverfahren wurde auf einem 16 Bit Mikrocontroller (Infineon XC2287, 80 MHz) umgesetzt. Die Software benötigt lediglich ca. 500 Byte RAM (ca. 1% des RAM Speichers) und ca. 11 kByte ROM (ca. 1,2% des ROM Speichers). Die Auslastung des Prozessors beträgt ca. 1,7%. Dieses Ergebnis bestätigt die Recheneffizienz des Algorithmus und zeigt die Anwendbarkeit auf kostengünstiger Hardware auf, unter anderem auch im Automobilbereich.The adaptation method was implemented on a 16-bit microcontroller (Infineon XC2287, 80 MHz). The software only needs about 500 bytes of RAM (about 1% of the RAM memory) and about 11 kbytes of ROM (about 1.2% of the ROM memory). The utilization of the processor is about 1.7%. This result confirms the computational efficiency of the algorithm and demonstrates its applicability to cost-effective hardware, including in the automotive industry.

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Claims (28)

Verfahren zur Bestimmung der Modellparameter eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, dessen dynamisches Verhalten im Betrieb durch ein elektrisches Referenzmodell (M) beschrieben wird, zumindest umfassend eine Kapazität (C) und einen damit verbundenen ersten Widerstand (R1, R2), die Parameter (R1, R2, C) des Referenzmodells (M) sind und in das Referenzmodell (M) beschreibenden mathematischen Gleichungen miteinander verknüpft sind, wobei die Parameterwerte der Parameter (R1, R2, C) gemeinsam einen Parameterdatensatz (PI) bilden und während des Betriebes des Energiespeichers an dessen aktuellen Zustand angepasst werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Verwendung eines initialen Parameterdatensatzes (Pstart) als Referenzparameterdatensatz (Pref) für das Referenzmodell (M), b. Messen des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)), c. Bildung einer Mehrzahl (N) an Parameterdatensatzvarianten (Pi, mit i = 1 bis N), d. Berechnung der sich aus dem Referenzmodell (M) infolge eines fließenden Stroms (I(t)) ergebenden Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) am Energiespeicher für jeden der Parameterdatensatzvarianten (Pi) unter Verwendung des aktuellen Strommesswerts (Imess(t)) und e. Berechnung einer Anfangsspannung (U0,Pi) aus der Differenz (U0,Pi = Umess(t) – Umodell(Imess(t), Pi)) dieser Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und der gemessenen Spannung (Umess(t)), wobei die Spannung (UC,Pi(t)) über der Kapazität (C) für jede Parameterdatensatzvariante (Pi) gleich der Spannung (Uc,Pref(t)) über der Kapazität (C) gesetzt wird, die sich aus dem Referenzmodell (M) bei der Verwendung des Referenzparameterdatensatzes (Pref) ergibt, f. erneutes Messen des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)) sowie g. erneute Berechnung der sich aus dem Referenzmodell (M) für jede Parameterdatensatzvariante (Pi) ergebende Spannung (Uc,Pi(t)) über der Kapazität (C) und der Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) am Energiespeicher, h. Berechnung einer Abweichung (ΔQPi) zwischen der gemessenen Spannung (Umess(t)) und der Summe aus Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und Anfangsspannung (U0,Pi) für jeden der Parameterdatensatzvarianten (Pi) mittels einer Funktion, die umso größere Werte liefert, je höher die Differenz zwischen der gemessenen Spannung (Umess(t)) und der Summe aus Überspannung (Umodell(Imess(t), Pi)) und Anfangsspannung (U0,Pi) ist, und i. Wiederholung der Schritte f. bis h. so oft, bis zumindest eine zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die jeweils neu berechnete Abweichung (ΔQPi) bei jeder Wiederholung der Schritte zu der zuvor berechneten Abweichung (QPi_alt) addiert wird, und j. Bestimmung derjenigen Parameterdatensatzvariante (Pn, n ∊ [1...N]), die die kleinste Abweichung (QPi_neu = QPi_alt + ΔQPi) besitzt, wobei diese bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) unmittelbar oder mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird.Method for determining the model parameters of an electrochemical energy store, in particular for electric or hybrid vehicles, whose dynamic behavior during operation is described by an electrical reference model (M), at least comprising a capacitance (C) and a first resistor (R 1 , R 2 ), the parameters (R 1 , R 2 , C) of the reference model (M) are linked and in the reference model (M) describing mathematical equations, wherein the parameter values of the parameters (R 1 , R 2 , C) together a parameter data set (P I ) and adapted during operation of the energy storage device to its current state, characterized by the following steps: a. Use of an initial parameter data set (P start ) as a reference parameter data record (P ref ) for the reference model (M), b. Measuring the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)), c. Forming a plurality (N) of parameter data set variants (P i , with i = 1 to N), d. Calculation of the overvoltage (U model (I mess (t), P i )) resulting from the reference model (M) as a result of a flowing current (I (t)) at the energy store for each of the parameter data set variants (P i ) using the current current reading (I mess (t)) and e. Calculation of an initial voltage (U 0, Pi ) from the difference (U 0, Pi = U mess (t) - U model (I mess (t), P i )) of this overvoltage (U model (I mess (t), P i )) and the measured voltage (U mess (t)), wherein the voltage (U C, Pi (t)) across the capacitance (C) for each parameter data set variant (P i ) equal to the voltage (U c, Pref (t )) is set above the capacitance (C) resulting from the reference model (M) when using the reference parameter data set (P ref ), f. again measuring the current flowing through the energy store (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)) and g. recalculation of the voltage (U c, Pi (t)) resulting from the reference model (M) for each parameter data set variant (P i ) over the capacitance (C) and the overvoltage (U model (I mess (t), P i ) ) on the energy storage, h. Calculation of a deviation (ΔQ Pi ) between the measured voltage (U mess (t)) and the sum of overvoltage (U model (I mess (t), P i )) and initial voltage (U 0, Pi ) for each of the parameter data set variants ( P i ) by means of a function which delivers the greater values, the higher the difference between the measured voltage (U mess (t)) and the sum of overvoltage (U model (I mess (t), P i )) and initial voltage ( U 0, Pi ), and i. Repetition of steps f. until h. so often until at least one second condition is met, the newly calculated deviation (ΔQ Pi ) being added to the previously calculated deviation (Q Pi_old ) at each repetition of the steps, and j. Determining that parameter data set variant (P n , n ε [1 ... N]), which has the smallest deviation (Q Pi_new = Q Pi_alt + ΔQ Pi ), this specific parameter data set variant (P n ) directly or indirectly as a new reference parameter data set (P ref ) is defined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Parameter (R1, R2, C) nur während eines Auswerteintervalls durchgeführt wird, welches dann initiiert wird, wenn zumindest eine der gemessenen Größen (Imess(t), Umess(t)) und/oder zumindest eine daraus berechnete veränderliche Größe (iC(t)) des Referenzmodells (M) eine erste Bedingung erfüllt.Method according to Claim 1, characterized in that the adaptation of the parameters (R 1 , R 2 , C) is carried out only during an evaluation interval which is initiated when at least one of the measured quantities (I mess (t), U mess ( t)) and / or at least one variable (i C (t)) of the reference model (M) calculated therefrom satisfies a first condition. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der zumindest einen veränderlichen Größe (iC(t)) vor Schritt c. unter Verwendung des Referenzparameterdatensatzes (Pref) und der gemessenen Größen Strom (Imess(t)) und Spannung (Umess(t)) erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that the calculation of the at least one variable variable (i C (t)) before step c. using the reference parameter data set (P ref ) and the measured quantities current (I mess (t)) and voltage (U mess (t)) takes place. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderliche Größe der in der Kapazität (C) fließende Strom (iC(t)) ist und die erste Bedingung ist, dass dieser Strom (iC(t)) innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums im Verhältnis zum maximalen Strom (imax) durch den Energiespeicher klein ist.Method according to claim 2 or 3, characterized in that the variable magnitude of the current flowing in the capacitance (C) is (i C (t)) and the first condition is that this current (i C (t)) is within a predetermined value Period in relation to the maximum current (i max ) through the energy storage is small. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Referenzmodell (M) der erste Widerstand (R2) und der Kapazität (C) parallel zueinander liegen und ein zweiter Widerstand (R1) in Reihe zur Kapazität (C) liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the reference model (M), the first resistor (R 2 ) and the capacitor (C) are parallel to each other and a second resistor (R 1 ) in series with the capacitance (C). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterwert des ersten Widerstands (R2) in einen stromabhängigen Widerstandswert (R2(I)) umgerechnet wird, insbesondere in einen von dem durch den Energiespeicher fließenden Stroms (I(t)), und dass dieser stromabhängige Widerstandswert (R2(I)) in dem Referenzmodell (M) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter value of the first resistor (R 2 ) is converted into a current-dependent resistance value (R 2 (I)), in particular into one of the current flowing through the energy store (I (t)) and that this current-dependent resistance value (R 2 (I)) is used in the reference model (M). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrechnung gemäß der Gleichung
Figure DE102013000572A1_0009
oder gemäß der Gleichung
Figure DE102013000572A1_0010
mit R2: stromunabhängiger Widerstandswert R2(I): stromabhängiger Widerstandswert a: wählbare Konstante kI: Stromfaktor I: gemessener Strom Imess(t) durch den Energiespeicher I1: Bezugsstromwert erfolgt.
A method according to claim 6, characterized in that the conversion according to the equation
Figure DE102013000572A1_0009
or according to the equation
Figure DE102013000572A1_0010
with R 2 : current-independent resistance R 2 (I): current-dependent resistance a: selectable constant kI: current factor I: measured current I mess (t) through the energy store I 1 : reference current value.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfaktor kI einen zusätzlichen Parameter des Referenzparameterdatensatzes (Pref) darstellt, der bei der Bildung der Mehrzahl (N) an Parameterdatensatzvarianten (Pi) ebenfalls variiert wird.A method according to claim 7, characterized in that the current factor kI represents an additional parameter of the reference parameter data set (P ref ), which is also varied in the formation of the plurality (N) of parameter data set variants (P i ). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfaktor (kI) für positive und negative Ströme (I(t)) unterschiedlich definiert ist.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the current factor (kI) for positive and negative currents (I (t)) is defined differently. Verfahren nach Anspruch 7 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Parameterwert des zweiten Widerstands (R1) in einen stromabhängigen Widerstandswert (R1(I)), insbesondere gemäß einer der Gleichungen in Anspruch 7, umgerechnet wird und dieser stromabhängige Widerstandswert (R1(I)) in dem Referenzmodell (M) verwendet wird.A method according to claim 7 and 5, characterized in that also the parameter value of the second resistor (R 1 ) is converted into a current-dependent resistance value (R 1 (I)), in particular according to one of the equations in claim 7, and this current-dependent resistance value (R 1 (I)) in the reference model (M). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass identische Parameterwerte und/oder identische Stromabhängigkeitsgleichungen für den ersten und den zweiten Widerstand (R1, R2) verwendet werden.Method according to one of claims 5 to 10, characterized in that identical parameter values and / or identical Stromabhängigkeitsgleichungen for the first and the second resistor (R 1 , R 2 ) are used. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der initiale Parameterdatensatz (Pstart) messtechnisch ermittelte oder geschätzte und abgespeicherte Startwerte für die Parameter (R1, R2, C, kI) enthält oder der letzten, nach dem Auswerteintervall als Referenzdatensatz (Pref) ausgewählten Parameterdatensatzvariante (Pn) entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the initial parameter data set (P start ) contains metrologically determined or estimated and stored starting values for the parameters (R 1 , R 2 , C, kI) or the last, after the evaluation interval as a reference data set ( P ref ) corresponds to the selected parameter data set variant (P n ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Parameterdatensatzvarianten (Pi) jeweils wenigstens einer der Parameter (R1, R2, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes (Pref) ein oder mehrmals variiert wird und daraus entsprechend eine Parameterdatensatzvariante (Pi) gebildet wird, bestehend aus der Variante des variierten Parameters (R1,i, R2,1, Ci, kIi) sowie den anderen Parametern (R1, R2, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes Pref.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in order to form the parameter data set variants (P i ) at least one of the parameters (R 1 , R 2 , C, kI) of the reference parameter data set (P ref ) is varied one or more times and a corresponding one Parameter data set variant (P i ) is formed, consisting of the variant of the varied parameter (R 1, i , R 2,1 , C i , kI i ) and the other parameters (R 1 , R 2 , C, kI) of the reference parameter data set P. ref . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Parameterdatensatzvarianten (Pi) jeder der Parameter (R1, R-, C, kI) des Referenzparameterdatensatzes (Pref) jeweils ein oder mehrmals variiert wird und für jede Variante eines Parameters (R1,i, R2,1, Ci, kIi) jeweils eine Parameterdatensatzvariante (Pi) gebildet wird, bestehend aus dieser Variante des variierten Parameters (R1,i, R2,i, Ci, kIi) sowie anderen variierten Parametern (R1,i, R2,i, Ci, kIi).Method according to one of the preceding claims, characterized in that to form the parameter data set variants (P i ), each of the parameters (R 1 , R, C, kI) of the reference parameter data set (P ref ) is varied one or more times and for each variant one Parameters (R 1, i , R 2.1 , C i , kI i ) is formed in each case a parameter data set variant (P i ), consisting of this variant of the varied parameter (R 1, i , R 2, i , C i , kI i ) as well as other varied parameters (R 1, i , R 2, i , C i , k i ). Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zu variierende Parameter (R1,i, R2,i, Ci, kIi) zwei oder mehr Male variiert wird.A method according to claim 13 or 14, characterized in that the parameter to be varied (R 1, i , R 2, i , C i , k i ) is varied two or more times. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zu variierende Parameter (R1,i, R2,i, Ci, kI1) ausgehend von seinem Parameterwert (R1, R2, C, kI) im Referenzparameterdatensatz Pref um einen Wert nach oben und einen Wert nach unten, insbesondere um den betraglich selben Wert nach unten variiert wird. A method according to claim 15, characterized in that the parameter to be varied (R 1, i , R 2, i , C i , kI 1 ), starting from its parameter value (R 1 , R 2 , C, kI) in the reference parameter data set P ref a value up and a value down, in particular by the same amount is varied down. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Variationen eines der Parameter (R1,i, R2,i, Ci, kIi) und/oder der Grad der Variation in Abhängigkeit der Ergebnissen vorheriger Berechnungen dynamisch festgelegt wird.Method according to one of Claims 13 to 16, characterized in that the number of variations of one of the parameters (R 1, i , R 2, i , C i , k i ) and / or the degree of variation is dependent on the results of previous calculations is set dynamically. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bedingung die Überprüfung ist, ob die Dauer (TAuswert) des Auswerteintervalls eine vorgegebene Maximaldauer (Tmax) erreicht hat.Method according to one of the preceding claims 2 to 17, characterized in that the second condition is the check whether the duration (T evaluation ) of the evaluation interval has reached a predetermined maximum duration (T max ). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Bedingung die Überprüfung ist, ob die Dauer (TAuswert) des Auswerteintervalls eine vorgegebene Minimaldauer (Tmin) erreicht hat und gleichzeitig die erste Bedingung für das Initiieren eines neuen Auswerteintervalls erfüllt ist.Method according to one of Claims 2 to 17, characterized in that the second condition is the check as to whether the duration (T evaluation ) of the evaluation interval has reached a predetermined minimum duration (T min ) and simultaneously fulfills the first condition for initiating a new evaluation interval is. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt j. nur dann durchgeführt wird, wenn die Änderung des Stroms (Imess(t)) durch den Energiespeicher im Auswerteintervall größer als ein vordefinierter Minimalwert (ΔImin) war.Method according to one of the preceding claims, characterized in that step j. is carried out only if the change in the current (I mess (t)) by the energy store in the evaluation interval was greater than a predefined minimum value (ΔI min ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt j. nur dann durchgeführt wird, wenn die Änderung der Spannung (Umess(t)) des Energiespeichers im Auswerteintervall größer als ein vordefinierter Minimalwert (ΔUmin) war.Method according to one of the preceding claims, characterized in that step j. is performed only if the change in the voltage (U mess (t)) of the energy storage in the evaluation interval was greater than a predefined minimum value (ΔU min ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Strom (Imess(t)) des Energiespeichers während des Auswerteintervalls integriert wird und davon abhängig die Änderung der Ruhespannung (ΔOCV) des Energiespeichers bestimmt wird und diese dann bei der Bestimmung der Abweichung (ΔQPi) zu der gemessenen Spannung Umess(t) addiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measured current (I mess (t)) of the energy storage is integrated during the Auswerteintervall and dependent on the change of the rest voltage (.DELTA.CVV) of the energy storage is determined and then in the determination of the deviation (ΔQ Pi ) is added to the measured voltage U mess (t). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) durch eine Tiefpassfilterung mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird, wobei der alte Referenzparameterdatensatz (Pref,alt) mit einem Gewichtungsfaktor (k) multipliziert wird und die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) mit dem Komplement (1 – k) zu Eins dieses Gewichtungsfaktors (k) multipliziert wird, und die Summe aus den so gewichteten Parameterdatensätzen (Pref,alt, Pn) als neuer Referenzparameterdatensatz Pref_neu definiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the specific parameter data set variant (P n ) is indirectly defined by a low-pass filtering as a new reference parameter data set (P ref ), wherein the old reference parameter data set (P ref, old ) is multiplied by a weighting factor (k) and the particular parameter data set variant (P n ) is multiplied by the complement (1-k) to one of that weighting factor (k), and the sum of the thus weighted parameter data sets (P ref, old , P n ) is defined as the new reference parameter data set P ref_neu , Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Parameterdatensatzvariante (Pn) durch eine Tiefpassfilterung mittelbar als neuer Referenzparameterdatensatz (Pref) definiert wird, wobei jedem Parameter (R1, R2, C, kI) ein eigener Gewichtungsfaktor (kX) zugeordnet ist und jeder Parameter (R1, R2, C, kI) des alten Referenzparameterdatensatz (Pref,alt) mit seinem Gewichtungsfaktor (kX) multipliziert wird und die Parameter (R1,n, R2,n, Cn, kIn) der bestimmten Parameterdatensatzvariante (Pn) mit dem Komplement (1 – kX) zu Eins des jeweiligen Gewichtungsfaktors (kX) multipliziert werden, und die jeweiligen Summen aus den so gewichteten Parametern ([R1, R1,n], [R2, R2,n], [C, Cn], [kI, kIn]) als Parameterwerte des neuen Referenzparameterdatensatz Pref_neu definiert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the specific parameter data record variant (P n ) is indirectly defined by a low-pass filtering as a new reference parameter data record (P ref ), each parameter (R 1 , R 2 , C, kI) having its own weighting factor (P n ). k X ) and each parameter (R 1 , R 2 , C, kI) of the old reference parameter data set (P ref, old ) is multiplied by its weighting factor (k X ) and the parameters (R 1, n , R 2, n , C n , k I n ) of the determined parameter data set variant (P n ) are multiplied by the complement (1-k X ) to one of the respective weighting factor (k X ), and the respective sums of the thus weighted parameters ([R 1 , R 1, n] , [R 2 , R 2, n] , [C, C n ], [kI, kI n ]) are defined as parameter values of the new reference parameter data set P ref_new . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils neu berechnete Abweichung (ΔQPi) mit einem Gewichtungsfaktor (G) multipliziert und erst dann zu der zuvor berechneten Abweichung (QPi_alt) addiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the respectively newly calculated deviation (ΔQ Pi ) multiplied by a weighting factor (G) and only then to the previously calculated deviation (Q Pi_alt ) is added. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor (G) stromabhängig implementiert ist, wobei er insbesondere für größere Ströme (I(t)) höher ist und für kleinere Ströme (I(t)) kleiner ist.A method according to claim 25, characterized in that the weighting factor (G) is implemented depending on the current, wherein it is higher in particular for larger currents (I (t)) and smaller for smaller currents (I (t)). Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zur prädikativen Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehende, maximale Leistung des Energiespeichers.Use of the method according to one of Claims 1 to 26 for the predicative determination of the maximum power of the energy store available for a predefined time. Batteriemanagementsystem zur selbstadaptierenden, prädikativen Bestimmung der für eine vordefinierte Zeit zur Verfügung stehenden, maximalen Leistung eines elektrochemischen Energiespeichers, insbesondere für Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassend Mittel zur Messung des durch den Energiespeicher fließenden Stroms (Imess(t)) und der an diesem anliegenden Spannung (Umess(t)) sowie einen Mikrocontroller, auf den ein Programm mit Instruktionen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 26 geladen ist.Battery management system for self-adapting, predicative determination of the available for a predefined time, maximum power of an electrochemical energy storage, in particular for electric or hybrid vehicles, comprising means for measuring the flowing through the energy storage Current (I mess (t)) and the voltage applied thereto (U mess (t)) and a microcontroller to which a program with instructions for carrying out the method according to one of claims 1 to 26 is loaded.
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