DE102013217752A1

DE102013217752A1 - Determining the capacity of a battery

Info

Publication number: DE102013217752A1
Application number: DE201310217752
Authority: DE
Inventors: Norbert Fröhlich; Bertram Schemel
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: DE102013217752B4

Abstract

Verfahrensgemäß wird die Kapazität einer Batterie (10) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12, 14, 16) bestimmt. Die Batterie versorgt mindestens ein Gerät Es wird (a) ein erster Ladezustands für jede Batteriezelle bestimmt, (b) ein erster Satz Batteriezellen ausgewählt und (c) jede Batteriezelle des ersten Satzes in einem ersten Betriebs des Geräts entladen mittels Entladungselemente. Es wird (d) ein zweiter Ladezustands für die Batteriezellen nach dem ersten Betrieb des Geräts bestimmt, (e) eine durchschnittliche Ladungsänderung für nicht in dem ersten Satz enthalten Batteriezellen bestimmt, und (f) eine resultierende Ladungsänderung für jede Batteriezelle des ersten Satzes bestimmt. Schließlich wird (g) eine Kapazität für jede Batteriezelle des ersten Satzes basierend auf: (ga) der durchschnittlichen Ladungsänderung für nicht in dem ersten Satz enthaltene Batteriezellen, (gb) der bestimmten Ladungsänderung und (gc) einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand bestimmt. Es werden ferner eine Vorrichtung, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm beschrieben.According to the method, the capacity of a battery (10) with a plurality of battery cells (12, 14, 16) is determined. The battery powers at least one device. (A) a first state of charge is determined for each battery cell, (b) a first set of battery cells selected, and (c) each battery cell of the first set discharged in a first operation of the device by means of discharge elements. (D) determining a second state of charge for the battery cells after the first operation of the device, (e) determining an average charge change for battery cells not included in the first set, and (f) determining a resulting charge change for each battery cell of the first set. Finally, (g) a capacity for each battery cell of the first set is based on: (ga) the average charge change for battery cells not included in the first set, (gb) the determined charge change, and (gc) a difference between the first and second charge states certainly. A device, a motor control and a computer program are also described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Bestimmens der Kapazität einer Batterie. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie, die eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist und zum Versorgen eines Geräts mit elektrischer Energie während dessen Betriebs verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug und ein Computerprogramm. The present invention relates to the technical field of determining the capacity of a battery. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for determining the capacity of a battery having a plurality of battery cells and used to supply a device with electrical energy during its operation. The present invention further relates to a motor control for a vehicle and a computer program.

Batterien finden in verschiedenen stationären und mobilen Geräten ihren Einsatz. Die momentane Kapazität ist ein wichtiges Maß, um die verbleibende Ladungsmenge in der Batterie abzuschätzen. Durch den Vergleich der momentanen Kapazität mit der Anfangskapazität kann zudem die Alterung der Batterie abgeschätzt werden. Batteries are used in various stationary and mobile devices. The instantaneous capacity is an important measure to estimate the remaining charge in the battery. By comparing the instantaneous capacity with the initial capacity, the aging of the battery can also be estimated.

Bei bestehenden Verfahren zur Kapazitätsbestimmung wird eine gezielte Entladung der Batterie vorgenommen. Während des Betriebs der Batterie – z.B. in einem Hybridauto – kann eine solche Entladung nicht durchgeführt werden, da die gezielte Entladung durch die schwankenden Lade- und Entladevorgänge überlagert werden würde. Stattdessen wird in den Stillstandphasen eine Entladung durchgeführt. In existing methods for capacity determination, a targeted discharge of the battery is made. During operation of the battery - e.g. in a hybrid car - such a discharge can not be performed because the targeted discharge would be superimposed by the fluctuating charging and discharging. Instead, a discharge is performed in the stoppage phases.

Es ist ein Nachteil solcher bekannten Verfahren, dass die Batterie aktiv ist, wenn das Fahrzeug abgestellt ist. Es ist ein weiterer Nachteil dieser Verfahren, dass sie nicht verwendet werden können, wenn beim Nutzungsprofil nur sehr kurze Stillstandsphasen auftreten, z.B. bei Nutzfahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb. In solchen Fällen reicht die Zeit oft nicht aus, um die Kapazität zu bestimmen bzw. eine Symmetrierung der Zellen durchzuführen. Ähnlich verhält es sich bei einer stark gealterten Batterie. It is a disadvantage of such known methods that the battery is active when the vehicle is parked. It is a further disadvantage of these methods that they can not be used if there are only very short stoppage phases in the usage profile, e.g. in commercial vehicles with electric or hybrid drive. In such cases, the time is often not enough to determine the capacity or to carry out a symmetrization of the cells. The situation is similar with a strongly aged battery.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kapazitätsbestimmung einer Batterie bereitzustellen, die eine Kapazitätsbestimmung während des Betriebs ermöglicht und dabei u.a. die oben erwähnten Nachteile überwindet. The present invention has for its object to provide an improved capacity determination of a battery, which allows capacity determination during operation and thereby u.a. overcomes the above-mentioned disadvantages.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie, die eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist und zum Versorgen eines Geräts mit elektrischer Energie während dessen Betriebs verwendet wird, beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Bestimmen eines ersten Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen, (b) Auswählen eines ersten Satzes von Batteriezellen aus der Mehrzahl von Batteriezellen, (c) Entladen jeder Batteriezelle des ersten Satzes während eines ersten Betriebs des Geräts, wobei das Entladen der jeweiligen Batteriezellen mittels entsprechender Entladungselemente stattfindet, (d) Bestimmen eines zweiten Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen nach Abschluss des ersten Betriebs des Geräts, (e) Bestimmen einer durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (f) Bestimmen einer durch das Entladen jeder Batteriezelle des ersten Satzes verursachten Ladungsänderung für jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen, und (g) Bestimmen einer Kapazität für jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen basierend auf (ga) der bestimmten durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (gb) der für die jeweilige Batteriezelle bestimmten durch das Entladen verursachten Ladungsänderung und (gc) einer Differenz zwischen dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand für die jeweilige Batteriezelle. According to a first aspect of the invention, a method for determining the capacity of a battery having a plurality of battery cells and for supplying a device with electrical energy during operation thereof is described. The described method comprises: (a) determining a first state of charge for each of the plurality of battery cells, (b) selecting a first set of battery cells from the plurality of battery cells, (c) discharging each battery cell of the first set during a first operation of the first set Device, wherein the discharge of the respective battery cells takes place by means of corresponding discharge elements, (d) determining a second state of charge for each of the plurality of battery cells after completion of the first operation of the device, (e) determining an average charge change for the battery cells that are not in the first (F) determining a charge change caused by discharging each battery cell of the first set for each battery cell of the first set of battery cells, and (g) determining a capacity for each battery cell of the first set of battery cells based on (ga) the particular durc Incidental charge change for the battery cells that are not included in the first set of battery cells, (gb) determined by the discharge for the respective battery cell charge change and (gc) a difference between the first state of charge and the second state of charge for the respective battery cell.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein gezieltes Entladen von einigen ausgewählten Batteriezellen während des Betriebs zusammen mit einer Bestimmung einer Differenz des Ladezustands aller Batteriezellen beim Beginn aufeinanderfolgender Betriebsvorgänge eine Bestimmung der momentanen Kapazität der ausgewählten Batteriezellen ermöglicht. Dazu wird die durchschnittliche Ladungsänderung für die Batteriezellen bestimmt, die nicht entladen werden. Ferner wird die Ladungsänderung der einzelnen zum Entladen ausgewählten Batteriezellen bestimmt, die durch das Entladen dieser Batteriezellen verursacht wird. Damit kann die momentane bzw. aktuelle Kapazität der zum Entladen ausgewählten Batteriezellen basierend auf im Betrieb gemessenen und bestimmten Werten ermittelt werden, das heißt ohne Durchführung von Messverfahren und ohne Einschaltung von mit solchen Messverfahren verbundener Elektronik während Betriebspausen. The described method is based on the finding that a targeted discharging of a few selected battery cells during operation together with a determination of a difference in the state of charge of all battery cells at the beginning of successive operating operations makes it possible to determine the instantaneous capacity of the selected battery cells. For this purpose, the average charge change for the battery cells is determined, which are not discharged. Further, the charge change of the individual battery cells selected for discharging is determined, which is caused by the discharging of these battery cells. In this way, the instantaneous or actual capacity of the battery cells selected for discharging can be determined on the basis of values measured and determined during operation, ie without carrying out measuring methods and without switching on electronics connected with such measuring methods during operating pauses.

In diesem Dokument bezeichnet „Batterie, die eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist“ insbesondere eine wiederaufladbare Batterie, die aus mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen besteht. Was den physikalischen Aufbau anbelangt, mag jede „Batteriezelle“ aus mehreren parallelgeschalteten Zellen bestehen. Dies ist aber für die vorliegende Offenbarung nicht relevant, so lange nichts anderes erwähnt wird. In this document, "battery having a plurality of battery cells" means, in particular, a rechargeable battery composed of a plurality of battery cells connected in series. As far as the physical structure is concerned, each "battery cell" may consist of several cells connected in parallel. However, this is not relevant to the present disclosure, unless otherwise mentioned.

In diesem Dokument bezeichnet „Kapazität einer Batterie“ bzw. „Kapazität einer Batteriezelle“ insbesondere die Menge an elektrischer Ladung, die die Batterie bzw. Batteriezelle liefern bzw. speichern kann. Die Kapazität wird typisch in Ah (Amperestunden) aber auch in As (Amperesekunden) oder C (Coulomb) gemessen. In this document, "capacity of a battery" or "capacity of a battery cell" means, in particular, the amount of electric charge that can deliver or store the battery or battery cell. The capacity is typically measured in Ah (amp hours) but also in As (ampere seconds) or C (Coulomb).

In diesem Dokument bezeichnet „Ladezustand“ insbesondere die momentane in einer Batterie bzw. Batteriezelle enthaltene Ladungsmenge relativ zu der Kapazität (vollgeladenem Zustand). Der Ladezustand wird üblicherweise in % (Prozent) angegeben. In this document, "state of charge" refers, in particular, to the instantaneous amount of charge contained in a battery or battery cell relative to the capacity (fully charged state). The state of charge is usually stated in% (percent).

In diesem Dokument bezeichnet „Ladungsänderung“ insbesondere die Ladungsmenge, die im Laufe einer bestimmten Zeitdauer oder eines bestimmten Vorgangs einer Batterie bzw. Batteriezelle entnommen bzw. zugeführt wird. In this document, "charge change" means, in particular, the amount of charge taken out or supplied to a battery or battery cell over a certain period of time or a certain operation.

Das Bestimmen eines ersten Ladezustands für jede Batteriezelle erfolgt vorzugsweise zum Beginn eines (ersten) Betriebs des Geräts, das von der Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird, zum Beispiel ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb. The determination of a first state of charge for each battery cell is preferably carried out to start a (first) operation of the device, which is supplied by the battery with electrical energy, for example, a motor vehicle with electric or hybrid drive.

Während des (ersten) Betriebs werden die ausgewählten Batteriezellen (die Batteriezellen des ersten Satzes) mittels entsprechender Entladungselemente entladen. Mit anderen Worten wird während des Betriebs Ladung wegen des Entladens zusätzlich zu der aufgrund des Betriebs entnommenen Ladung aus den ausgewählten Batteriezellen entnommen. During the (first) operation, the selected battery cells (the battery cells of the first set) are discharged by means of corresponding discharge elements. In other words, during operation, charge due to discharging is taken out of the selected battery cells in addition to the charge taken due to the operation.

In einer Ausführungsform weist jedes Entladungselement einen elektrischen Widerstand auf, der wahlweise parallel mit einer entsprechenden Batteriezelle geschaltet werden kann, um diese zu entladen. In one embodiment, each discharge element has an electrical resistance that can be selectively connected in parallel with a corresponding battery cell to discharge it.

Nach Abschluss des (ersten) Betriebs des Geräts, beispielsweise zum Beginn eines nachfolgenden Betriebs des Geräts, wird ein zweiter Ladezustand für jede Batteriezelle bestimmt. Des Weiteren wird eine durchschnittliche Ladungsänderung für die Batteriezellen bestimmt, die nicht während des ersten Betriebs entladen wurden, das heißt für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von ausgewählten Batteriezellen enthalten sind. Mit anderen Worten wird es bestimmt, wie viel Ladung die nicht zum Entladen ausgewählten Batteriezellen im Durchschnitt während des (ersten) Betriebs zu dem Gerät abgegeben haben. Noch weiter wird eine durch das Entladen der ausgewählten Batteriezellen, das heißt die Batteriezellen des ersten Satzes, verursachten Ladungsänderung für jeden dieser ausgewählten Batteriezellen bestimmt. Mit anderen Worten wird es bestimmt, wie viel Ladung jeder der ausgewählten Batteriezellen aufgrund des Entladens abgegeben hat. Hier soll es beachtet werden, dass jede der ausgewählten Batteriezellen zusätzlich eine gewisse Ladungsmenge wegen des Betriebs des Geräts abgegeben hat. Upon completion of the (first) operation of the device, for example at the beginning of subsequent operation of the device, a second state of charge is determined for each battery cell. Furthermore, an average charge change is determined for the battery cells that were not discharged during the first operation, that is, for the battery cells that are not included in the first set of selected battery cells. In other words, it is determined how much charge the non-discharging battery cells have given to the device on average during the (first) operation. Still further, a charge change caused by discharging the selected battery cells, that is, the battery cells of the first set, is determined for each of these selected battery cells. In other words, it is determined how much charge each of the selected battery cells has discharged due to the discharge. It should be noted here that each of the selected battery cells has additionally delivered a certain amount of charge due to the operation of the device.

Nachdem die obigen Ladezustände und Ladungsänderungen bestimmt worden sind, werden diese zum Bestimmen der Kapazität für jede ausgewählte Batteriezelle verwendet. After the above states of charge and charge changes have been determined, they are used to determine the capacity for each selected battery cell.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann die momentane Kapazität ausgewählter Batteriezellen basierend auf Werten bestimmt werden, die ausschließlich während des Betriebs bestimmt worden sind. With the described method, the instantaneous capacity of selected battery cells can be determined based on values determined exclusively during operation.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bestimmen des ersten Ladezustands ein Bestimmen einer ersten Ruhespannung für jede Batteriezelle auf. Des Weiteren weist das Bestimmen des zweiten Ladezustands ein Bestimmen einer zweiten Ruhespannung für jede Batteriezelle auf. According to an embodiment of the invention, determining the first state of charge includes determining a first no-load voltage for each battery cell. Furthermore, determining the second state of charge comprises determining a second no-load voltage for each battery cell.

In diesem Dokument bezeichnet „Ruhespannung“ insbesondere die Spannung einer Batteriezelle, die dann vorhanden ist, wenn alle chemischen Ausgleichsvorgänge in der Batteriezelle nach einer Strombelastung abgeschlossen sind und sich die Spannung der Batteriezelle nicht mehr ändert, das heißt, die Batteriezelle befindet sich in Ruhe. In this document, "open circuit voltage" refers in particular to the voltage of a battery cell, which is present when all chemical balancing processes in the battery cell are completed after a current load and the voltage of the battery cell no longer changes, that is, the battery cell is at rest.

Bei Batteriezellen und auch anderen Energiespeichern, z.B. Doppelschichtkondensatoren, besteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Ruhespannung (auch OCV (engl. „Open Circuit Voltage“) genannt) und dem Ladezustand (auch SOC (engl. „State Of Charge“) genannt). Dieser funktionale Zusammenhang wird häufig SOC-OCV-Kurve genannt und ermöglicht bei vielen Batterietypen, dass aus einer gemessenen Ruhespannung einer Batteriezelle über ihre SOC-OCV-Kurve auf deren Ladezustand zurückgeschlossen wird, das heißt SOC = SOC_OCV(U_OCV). Die SOC-OCV-Kurve kann zum Beispiel in Form einer Tabelle in einem computerlesbaren Speicher abgespeichert werden. Dadurch kann für eine gemessene Ruhespannung U_OCV der entsprechende Ladezustand SOC_OCV abgerufen werden. In the case of battery cells and also other energy storage devices, eg double-layer capacitors, there is a functional relationship between the open-circuit voltage (also known as OCV (Open Circuit Voltage)) and the state of charge (also called SOC (State Of Charge)). This functional relationship is often called SOC-OCV curve and allows for many types of batteries that is closed from a measured rest voltage of a battery cell via its SOC-OCV curve on the state of charge, ie SOC = SOC _OCV (U _OCV ). The SOC-OCV curve can be stored in the form of a table in a computer-readable memory, for example. As a result, the corresponding charge state SOC _OCV can be called up for a measured open circuit voltage U _OCV .

Durch Bestimmung einer ersten Ruhespannung und einer zweiten Ruhespannung können der erste und zweite Ladezustand somit in einfacher Weise bestimmt werden. By determining a first rest voltage and a second rest voltage, the first and second state of charge can thus be determined in a simple manner.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Satz von Batteriezellen zumindest eine aber nicht alle Batteriezellen der Mehrzahl von Batteriezellen auf. According to a further embodiment of the invention, the first set of battery cells has at least one but not all of the battery cells of the plurality of battery cells.

Wenn die Batterie zum Beispiel insgesamt n Batteriezellen aufweist und der ausgewählte erste Satz von Batteriezellen zum Beispiel insgesamt m Batteriezellen aufweist, dann bedeutet dies, dass die Bedingung 1 ≤ m < n erfüllt werden muss. For example, if the battery has a total of n battery cells and the selected first set of battery cells, for example, total m Battery cell, then this means that the condition 1 ≤ m <n must be satisfied.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen eines Mittelwerts der Spannung für jede Batteriezelle des ersten Satzes in Verbindung mit dem Entladen dieser Batteriezellen auf. According to another embodiment of the invention, the method further comprises determining an average value of the voltage for each battery cell of the first set in connection with the discharging of these battery cells.

Die Bestimmung des Mittelwerts der Spannung für eine der ausgewählten Batteriezellen kann zum Beispiel durch Integration der Spannung der Batteriezelle während des Entladens und Division mit der Zeitdauer des Entladens erfolgen. Für eine Batteriezelle, die durch die Nummer k gekennzeichnet ist, heißt dies:

wobei T_E die Zeitdauer des Entladens bezeichnet und U_k die gemessene Spannung der Batteriezelle mit der Nummer k. The determination of the mean value of the voltage for one of the selected battery cells can be made, for example, by integrating the voltage of the battery cell during discharge and dividing with the duration of the discharge. For a battery cell marked by the number k this means:

where T _E denotes the duration of the discharge and U _k the measured voltage of the battery cell with the number k.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die durch das Entladen jeder Batteriezelle des ersten Satzes verursachte Ladungsänderung für jede Batteriezelle des ersten Satzes basierend auf (a) dem Mittelwert der Spannung für die jeweilige Batteriezelle, (b) der Zeitdauer des Entladens und (c) einem elektrischen Widerstand des entsprechenden Entladungselements bestimmt. According to another embodiment of the invention, the charge change caused by the discharging of each battery cell of the first set is based on (a) the average of the voltage for the respective battery cell, (b) the duration of the discharge, and (c) for each battery cell of the first set determined electrical resistance of the corresponding discharge element.

Für die Batteriezelle mit der Nummer k kann die durch das Entladen verursachte Ladungsänderung ΔQ_E,k zum Beispiel wie folgt berechnet werden:

wobei T_E die Entladungszeitdauer und R_E den elektrischen Widerstand des entsprechenden Entladeelements bezeichnet. For the battery cell numbered k, the charge change ΔQ _{E, k} caused by discharging can be calculated, for example, as follows:

where T _E denotes the discharge time and R _E denotes the electrical resistance of the corresponding discharge element.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die durchschnittliche Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten sind, basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand sowie einer Kapazität für jede Batteriezelle, die nicht in dem ersten Satz enthalten ist, bestimmt. According to another embodiment of the invention, the average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells is based on a difference between the first charge state and the second charge state and a capacity for each battery cell that is not in the first set contained, determined.

Zuerst wird für jede Batteriezelle, die nicht in dem ersten Satz enthalten ist und mit dem Index j gekennzeichnet ist, die Ladungsänderung wie folgt berechnet:

wobei SOC_1,j den ersten Ladezustand der Batteriezelle mit der Nummer j, SOC_2,j den zweiten Ladezustand der Batteriezelle mit der Nummer j und K_j die Kapazität der Batteriezelle mit der Nummer j bezeichnet. Die Kapazität K_j bezeichnet insbesondere den letzten bekannten Wert der Kapazität dieser Batteriezelle, das heißt den zuletzt berechneten Wert oder einen vom Hersteller angegebenen Wert. First, for each battery cell that is not included in the first set and is indexed j, the charge change is calculated as follows:

where SOC _{1, j is} the first state of charge of the battery cell numbered j, SOC _{2, j is} the second state of charge of the battery cell numbered j, and K _{j is} the capacity of the battery cell numbered j. The capacity K _j denotes, in particular, the last known value of the capacity of this battery cell, that is to say the last calculated value or a value specified by the manufacturer.

Die durchschnittliche Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz enthalten sind, wird dann wie folgt berechnet:

wobei n die gesamte Anzahl der Batteriezellen und m die Anzahl der Batteriezellen in dem ersten Satz bezeichnet. The average charge change for the battery cells not included in the first set is then calculated as follows:

where n denotes the total number of battery cells and m denotes the number of battery cells in the first set.

Basierend auf den oben bestimmten Werten kann ein aktueller Wert für die Kapazität jeder Batteriezelle in dem ersten Satz berechnet werden. Genauer gesagt kann die Kapazität K_k einer Batteriezelle des ersten Satzes mit der Nummer k beispielsweise wie folgt berechnet werden:

Based on the values determined above, a current value for the capacity of each battery cell in the first set can be calculated. More specifically, the capacity K _{k of} a battery cell of the first set with the number k can be calculated, for example, as follows:

Anders ausgedrückt, wird gemäß dieser Ausführungsform angenommen, dass die gesamte Ladungsänderung für die Batteriezelle k als die Summe der durch den Betrieb verursachte durchschnittliche Ladungsänderung und der durch das gezielte Entladen der Batteriezelle k verursachte Ladungsänderung berechnet werden kann. Hier wird es insbesondere angenommen, dass die durchschnittliche Ladungsänderung, die ja basierend auf den nicht ausgewählten Batteriezellen ermittelt wurde, auch für die ausgewählte Batteriezelle einschlägig ist. Durch Division mit der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Ladezustand und Multiplikation mit 100% ergibt sich jetzt die Kapazität K_k für die ausgewählte Batteriezelle k. In other words, according to this embodiment, it is assumed that the total charge change for the battery cell k can be calculated as the sum of the average charge change caused by the operation and the charge change caused by the targeted discharging of the battery cell k. Here, it is particularly assumed that the average charge change, which was determined based on the non-selected battery cells, is also relevant for the selected battery cell. By dividing by the difference between the first and second state of charge and multiplication by 100%, the capacity K _k for the selected battery cell k is now obtained.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das beschriebene Verfahren ferner folgendes auf: (a) Auswählen eines zweiten Satzes von Batteriezellen aus der Mehrzahl von Batteriezellen, (b) Entladen jeder Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen während eines zweiten Betriebs des Geräts, wobei das Entladen der jeweiligen Batteriezellen mittels entsprechender Entladungselemente stattfindet, (c) Bestimmen eines dritten Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen nach Abschluss des zweiten Betriebs des Geräts, (d) Bestimmen einer durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem zweiten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (e) Bestimmen einer durch das Entladen jeder Batteriezelle des zweiten Satzes verursachten Ladungsänderung für jede Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen, und (f) Bestimmen einer Kapazität für jede Batteriezelle des zweiten Satzes von Batteriezellen basierend auf (fa) der bestimmten durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem zweiten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (fb) der für die jeweilige Batteriezelle bestimmten durch das Entladen verursachten Ladungsänderung und (fc) einer Differenz zwischen dem zweiten Ladezustand und dem dritten Ladezustand für die jeweilige Batteriezelle. According to another embodiment of the invention, the described method further comprises: (a) selecting a second set of battery cells from the plurality of battery cells, (b) discharging each battery cell of the second set of battery cells during a second operation of the device, wherein the discharging the respective battery cells takes place by means of corresponding discharge elements, (c) determining a third one Charging state for each of the plurality of battery cells after completion of the second operation of the device, (d) determining an average charge change for the battery cells not included in the second set of battery cells, (e) determining one by discharging each battery cell of the second set and (f) determining a capacity for each battery cell of the second set of battery cells based on (fa) the determined average charge change for the battery cells not included in the second set of battery cells, (fb) the charge change caused by the discharging for the respective battery cell and (fc) a difference between the second charge state and the third charge state for the respective battery cell.

In dieser Ausführungsform wird zum Beginn eines zweiten (auf dem ersten Betrieb folgenden) Betriebs ein zweiter Satz von Batteriezellen aus der Mehrzahl von Batteriezellen ausgewählt. Nach dem Auswählen des zweiten Satzes werden die oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt beschriebenen Verfahrensschritte im Wesentlichen wiederholt, indem der zweite Satz von Batteriezellen jetzt statt des ersten Satzes verwendet wird. In this embodiment, at the beginning of a second operation (following the first operation), a second set of battery cells is selected from the plurality of battery cells. After selecting the second set, the method steps described above in connection with the first aspect are substantially repeated by using the second set of battery cells instead of the first set.

Der zweite Satz von ausgewählten Batteriezellen kann mit Vorteil unterschiedlich von dem ersten Satz von Batteriezellen sein. Dadurch können aktuelle Kapazitätswerte für Batteriezellen bestimmt werden, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten waren. The second set of selected battery cells may advantageously be different from the first set of battery cells. This allows current capacity values to be determined for battery cells that were not included in the first set of battery cells.

Das Verfahren mag beliebig oft wiederholt werden, das heißt in ähnlicher Weise für einen dritten Satz von Batteriezellen, vierten Satz von Batteriezellen usw. Dadurch können aktuelle Werte für die Kapazität aller Batteriezellen bereitgestellt werden, was eine präzise und aktuelle Ermittlung der Kapazität der gesamten Batterie ermöglicht, die ausschließlich auf Messungen basiert, die während des Betriebs durchführt werden. The process may be repeated as often as desired, that is, similarly for a third set of battery cells, fourth set of battery cells, etc. This may provide actual values for the capacity of all the battery cells, allowing a precise and up-to-date determination of the capacity of the entire battery based solely on measurements made during operation.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie beschrieben, welche Batterie eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist und zum Versorgen eines Geräts mit elektrischer Energie während dessen Betriebs verwendet wird. Die beschriebene Vorrichtung weist folgendes auf: (a) eine Mehrzahl von Entladungselementen, wobei jedes Entladungselement zum Verbinden mit einer der Batteriezellen angepasst ist, (b) eine Ladezustandsermittlungseinheit zum Ermitteln eines Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen, und (c) eine Steuereinheit, die angepasst ist zum: (d) Bestimmen eines ersten Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen unter Verwendung der Ladezustandsermittlungseinheit, (e) Auswählen eines ersten Satzes von Batteriezellen aus der Mehrzahl von Batteriezellen, (f) Entladen jeder Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen während eines ersten Betriebs des Geräts mittels der entsprechenden Entladungselemente, (g) Bestimmen eines zweiten Ladezustands für jede der Mehrzahl von Batteriezellen unter Verwendung der Ladezustandsermittlungseinheit nach Abschluss des ersten Betriebs des Geräts, (h) Bestimmen einer durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (i) Bestimmen einer durch das Entladen jeder Batteriezelle des ersten Satzes verursachten Ladungsänderung für jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen, und (j) Bestimmen einer Kapazität für jede Batteriezelle des ersten Satzes von Batteriezellen basierend auf (ja) der bestimmten durchschnittlichen Ladungsänderung für die Batteriezellen, die nicht in dem ersten Satz von Batteriezellen enthalten sind, (jb) der für die jeweilige Batteriezelle bestimmten durch das Entladen verursachten Ladungsänderung und (jc) einer Differenz zwischen dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand für die jeweilige Batteriezelle. According to a second aspect of the invention, a device for determining the capacity of a battery is described, which battery has a plurality of battery cells and is used to supply a device with electrical energy during its operation. The described apparatus comprises: (a) a plurality of discharge elements, each discharge element being adapted for connection to one of the battery cells, (b) a state of charge detection unit for determining a state of charge for each of the plurality of battery cells, and (c) a control unit, adapted to: (d) determine a first state of charge for each of the plurality of battery cells using the state of charge detection unit; (e) select a first set of battery cells from the plurality of battery cells; (f) discharge each battery cell of the first set of battery cells during a first operation of the device by means of the respective discharge elements, (g) determining a second state of charge for each of the plurality of battery cells using the state of charge detection unit after completion of the first operation of the device, (h) determining an average charge change for the battery cells, i e) are not included in the first set of battery cells, (i) determining a charge change caused by discharging each battery cell of the first set for each battery cell of the first set of battery cells, and (j) determining a capacity for each battery cell of the first set of battery cells based on (ja) the determined average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells, (jb) the charge change caused by the discharge determined for the respective battery cell, and (jc) a difference between the first charge state and the second state of charge for the respective battery cell.

Dieser zweite Aspekt beruht im Wesentlichen auf der gleichen Erkenntnis wie der oben beschriebene erste Aspekt und die oben beschriebenen Ausführungsformen. Der zweite Aspekt stellt insbesondere eine Vorrichtung bereit, die zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt oder einer der obigen Ausführungsformen eingerichtet ist. This second aspect is based essentially on the same insight as the first aspect described above and the embodiments described above. In particular, the second aspect provides an apparatus arranged to perform the method according to the first aspect or one of the above embodiments.

Die beschriebene Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Entladungselementen auf. Jedes Entladungselement ist zum Verbinden mit einer Batteriezelle angepasst, um diese gegebenenfalls zu entladen. Dabei mag jedes Entladungselement einen elektrischen Widerstand und Schalter aufweisen, die den Widerstand parallel mit einer entsprechenden Batteriezelle verbinden können, wenn diese Batteriezelle entladen werden soll. Die Ladezustandsermittlungseinheit weist vorzugsweise Mittel zum Messen einer Spannung (zum Beispiel einer Ruhespannung) für jede einzelne Batteriezelle sowie Hardware und/oder Software zum Ermitteln eines Ladezustands basierend auf der gemessenen Spannung auf. Die Steuereinheit mag als selbständige Einheit oder als Teil eines in einem Gerät (zum Beispiel einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb) vorhandenen Steuergerät implementiert werden und mag aus Hardware und/oder Software bestehen. The device described has a plurality of discharge elements. Each discharge element is adapted for connection to a battery cell in order to discharge it if necessary. In this case, each discharge element may have an electrical resistance and switches that can connect the resistor in parallel with a corresponding battery cell when this battery cell is to be discharged. The charge state determination unit preferably has means for measuring a voltage (for example a quiescent voltage) for each individual battery cell and hardware and / or software for determining a charge state based on the measured voltage. The control unit may be implemented as a stand-alone unit or as part of a controller provided in a device (for example, a motor vehicle with electric or hybrid drive) and may consist of hardware and / or software.

Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht somit ein Bestimmen der momentanen Kapazität ausgewählter Batteriezellen basierend auf Werten, die ausschließlich während des Betriebs bestimmt werden. The described device thus enables determination of the instantaneous capacity of selected battery cells based on values determined exclusively during operation.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele angepasst ist. According to a third aspect of the invention, an engine control system for a vehicle adapted for using a method according to the first aspect and / or one of the above embodiments is described.

Diese Motorsteuerung ermöglicht zum Beispiel, dass Änderungen in der Batteriekapazität beim Fahren berücksichtigt werden. Dabei kann zum Beispiel Energie eingespart werden, wenn es festgestellt wird, dass die Batteriekapazität niedrig ist. This engine control, for example, allows changes in battery capacity to be considered while driving. In this case, for example, energy can be saved if it is determined that the battery capacity is low.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen. According to a fourth aspect of the invention, a computer program is described which, when executed by a processor, is adapted to perform the method according to the first aspect and / or one of the above embodiments.

Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen. For the purposes of this document, the mention of such a computer program is synonymous with the notion of a program element, a computer program product, and / or a computer readable medium containing instructions for controlling a computer system to appropriately coordinate the operation of a system or method to achieve the effects associated with the method of the invention.

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Bluray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. The computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc. The computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Bluray disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.). The instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions. Further, the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. The invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with method claims and other embodiments of the invention with apparatus claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die vorliegende Erfindung es möglich macht, die Kapazität von Batteriezellen einer Batterie im Betrieb zu aktualisieren. Dadurch entfällt u.a. der Energieverbrauch bei Nichtbetrieb und mögliche Sicherheitsrisiken eines abgestellten Fahrzeugs durch autonom aktivierte Steuergeräte werden minimiert. Die bisher bestimmten Kapazitäten von Einzelzellen einer Batterie werden verwendet, um neue Kapazitätswerte für einzelne Batteriezellen zu bestimmen. Da die umgesetzte Ladungsmenge nicht direkt über Stromintegration bestimmt wird, sondern über die Änderung der Ruhespannungen, entfällt auch die sonst typische Aufintegration des Strommessfehlers. In summary, it can be said that the present invention makes it possible to update the capacity of battery cells of a battery in operation. This eliminates u.a. The energy consumption during non-operation and possible safety risks of a parked vehicle by autonomously activated ECUs are minimized. The previously determined capacities of single cells of a battery are used to determine new capacity values for individual battery cells. Since the amount of charge converted is not determined directly via current integration but via the change in the rest voltages, the otherwise typical integration of the current measurement error is also eliminated.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a preferred embodiment.

1 zeigt einen beispielhaften funktionalen Zusammenhang zwischen Ruhespannung und Ladezustand für eine Batteriezelle, die in Ausführungsformen der Erfindung verwendet wird. 1 shows an exemplary functional relationship between open circuit voltage and state of charge for a battery cell, which is used in embodiments of the invention.

2 zeigt einen Teil einer Batterie und einen Teil einer Entladeschaltung, die mit der Batterie verbunden werden kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a portion of a battery and a portion of a discharge circuit that can be connected to the battery, according to an embodiment of the invention.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. It should be noted that the embodiments described below represent only a limited selection of possible embodiments of the invention.

1 zeigt einen beispielhaften funktionalen Zusammenhang zwischen Ruhespannung (U_OCV) und Ladezustand (SOC) für eine Batteriezelle, die in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann. 1 shows an exemplary functional relationship between open circuit voltage (U _OCV ) and state of charge (SOC) for a battery cell, which can be used in embodiments of the invention.

Wie gezeigt beträgt die Ruhespannung etwa 2,5V bei einem Ladezustand von 0%, das heißt bei einer völlig entladenen Batteriezelle. Die Ruhespannung nimmt mit zunehmendem Ladezustand zu und beträgt etwa 4,2V bei einem Ladezustand von 100% (voll aufgeladener Batteriezelle). Wie es auch zu erkennen ist, besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ruhespannung und Ladezustand, so dass für eine gemessene Ruhespannung der entsprechende Ladezustand eindeutig bestimmt werden kann. Der in 1 gezeigte funktionale Zusammenhang kann als eine Tabelle korrespondierender Werte gespeichert werden, zum Beispiel in einem computerlesbaren Speicher, so dass ein Computer bei Bedarf darauf zugreifen kann. As shown, the quiescent voltage is about 2.5V at a 0% state of charge, that is, a fully discharged battery cell. The rest voltage increases with increasing state of charge and is about 4.2V at a state of charge of 100% (fully charged battery cell). As can also be seen, there is a clear relationship between the open circuit voltage and the state of charge, so that the corresponding state of charge for a measured open circuit voltage can be clearly determined can. The in 1 The functional relationship shown may be stored as a table of corresponding values, for example in a computer-readable memory, so that a computer can access it when needed.

2 zeigt einen Teil einer Batterie 10 und einen Teil einer Entladeschaltung 20, die mit der Batterie 10 verbunden werden kann, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a part of a battery 10 and a part of a discharge circuit 20 that with the battery 10 can be connected, according to an embodiment of the invention.

Die Batterie 10 besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen 12, 14, 16. Die Anzahl von Batteriezellen 12, 14, 16 hängt von der Spannung der einzelnen Batteriezellen 12, 14, 16 und der benötigten Gesamtspannung der Batterie 10 ab. Die 2 zeigt 3 Batterieelemente 12, 14, 16, aber es wird verstanden, dass die tatsächliche Anzahl auch größer sein kann. The battery 10 consists of several series connected battery cells 12 . 14 . 16 , The number of battery cells 12 . 14 . 16 depends on the voltage of each battery cell 12 . 14 . 16 and the required total voltage of the battery 10 from. The 2 shows 3 battery elements 12 . 14 . 16 but it is understood that the actual number can be larger.

Die Entladeschaltung 20 weist Schalter 22, 23, 24 und Widerstände 26, 27, 28 auf. Die Schalter 22, 23, 24 sind elektronisch steuerbar und dienen dazu, die Widerstände 26, 27, 28 wahlweise in parallel mit einer entsprechenden Batteriezelle 12, 14, 16 zu schalten, um diese zu entladen. Ein Schließen der Schalter 22 und 23 erlaubt zum Beispiel, dass die Batteriezelle 14 durch den Widerstand 27 entladen wird. In ähnlicher Weise erlaubt ein Schließen der Schalter 23 und 24, dass die Batteriezelle 16 durch den Widerstand 28 entladen wird. The discharge circuit 20 has switch 22 . 23 . 24 and resistances 26 . 27 . 28 on. The switches 22 . 23 . 24 are electronically controllable and serve the resistors 26 . 27 . 28 optionally in parallel with a corresponding battery cell 12 . 14 . 16 to switch to discharge this. A closing of the switches 22 and 23 allows, for example, that the battery cell 14 through the resistance 27 unloaded. Similarly, closing the switch allows 23 and 24 that the battery cell 16 through the resistance 28 unloaded.

Mit Bezugnahme auf die oben beschriebenen Figuren wird jetzt der Ablauf einer Kapazitätsbestimmung in einem Fahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb erläutert. Das Fahrzeug weist eine Batterie 10 mit insgesamt n Batteriezellen 12, 14, 16 auf. Das Fahrzeug weist ferner eine Entladeschaltung 20 auf, die die benötigte Anzahl von Schaltern 22, 23, 24 und Widerständen 26, 27, 28 aufweist, um die n Batteriezellen wahlweise zu entladen. Endlich weist das Fahrzeug eine Steuereinheit auf, die dazu angepasst ist, die Entladeschaltung sowie Einheiten zum Messen von Spannungen usw. zu steuern. Die Steuereinheit besteht vorzugsweise aus einem Prozessor, Speicher und benötigten Schnittstellen. With reference to the figures described above, the flow of capacity determination in a vehicle with electric or hybrid drive will now be explained. The vehicle has a battery 10 with a total of n battery cells 12 . 14 . 16 on. The vehicle further includes a discharge circuit 20 on that the required number of switches 22 . 23 . 24 and resistors 26 . 27 . 28 to selectively discharge the n battery cells. Finally, the vehicle has a control unit adapted to control the discharge circuit as well as units for measuring voltages, and so on. The control unit preferably consists of a processor, memory and required interfaces.

Die Kapazitätsbestimmung beginnt damit, dass das Fahrzeug nach einer Betriebspause eingeschaltet wird, die ausreichend lang war, um die n Batteriezellen 12, 14, 16 der Batterie 10 in Ruhe zu bringen. Als erstes werden dann die Ruhespannungen U_OCV,i für jede der n Batteriezellen 12, 14, 16 gemessen und die entsprechenden ersten Ladezustände SOC_1,i mittels des in 1 dargestellten Zusammenhangs bestimmt und abgespeichert, das heißt: SOC_1,i = SOC_OCV(U_OCV,i) The capacity determination begins with the vehicle being switched on after a break in operation, which was sufficiently long for the n battery cells 12 . 14 . 16 the battery 10 to calm down. First then the rest voltages U _{OCV, i} for each of the n battery cells 12 . 14 . 16 measured and the corresponding first state of charge SOC _{1, i} by means of in 1 determined relationship stored and stored, that is: SOC _{1, i} = SOC _OCV (U _{OCV, i} )

Als nächstes wird ein Teil (erster Satz) der n Batteriezellen 12, 14, 16 ausgewählt. Die Anzahl der ausgewählten Batteriezellen 12, 14, 16 wird als m bezeichnet, wobei m < n.

(*) Next, a part (first set) of the n battery cells 12 . 14 . 16 selected. The number of selected battery cells 12 . 14 . 16 is denoted as m, where m <n.

(*)

Dann wird die Entladeschaltung 20 von der Steuereinheit derart angesteuert, dass ein Widerstand 26, 27, 28 parallel mit jeder ausgewählten Batteriezelle 12, 14, 16 geschaltet wird, so dass diese zusätzlich zu der durch das Fahrzeug entnommenen Ladung durch den entsprechenden Widerstand entladen wird. Während des Entladens wird die Spannung U_k jeder der ausgewählten Batteriezellen 12, 14, 16 regelmäßig erfasst und gespeichert und zum Schluss berechnet die Steuereinheit anhand der erfassten Spannungswerte eine durchschnittliche Spannung für jede der ausgewählten Batteriezellen, das heißt:

Then the discharge circuit 20 controlled by the control unit such that a resistor 26 . 27 . 28 in parallel with each selected battery cell 12 . 14 . 16 is switched so that it is discharged in addition to the charge removed by the vehicle by the corresponding resistor. During discharging, the voltage U _{k of} each of the selected battery cells becomes 12 . 14 . 16 The control unit calculates, on the basis of the detected voltage values, an average voltage for each of the selected battery cells, that is to say:

Der Index k bezeichnet hier die ausgewählten Batteriezellen. Dann wird das Fahrzeug abgestellt und ausgeschaltet. The index k here denotes the selected battery cells. Then the vehicle is turned off and off.

Nach einer weiteren Betriebspause, die ausreichend lang war, um die n Batteriezellen 12, 14, 16 der Batterie 10 in Ruhe zu bringen, wird das Fahrzeug wieder gestartet. Die Ruhespannungen U_OCV,i für jede der n Batteriezellen 12, 14, 16 werden erneut gemessen und die entsprechenden zweiten Ladezustände SOC_2,i werden mittels des in 1 dargestellten Zusammenhangs bestimmt und abgespeichert, das heißt: SOC_2,i = SOC_OCV(U_OCV,i) After another break, which was sufficiently long, around the n battery cells 12 . 14 . 16 the battery 10 to bring to rest, the vehicle is restarted. The quiescent voltages U _{OCV, i} for each of the n battery cells 12 . 14 . 16 are measured again and the corresponding second state of charge SOC _{2, i} are determined by means of the in 1 determined relationship stored and stored, that is: SOC _{2, i} = SOC _OCV (U _{OCV, i} )

Dann wird für jede Batteriezelle 12, 14, 16, die nicht in dem ersten Satz enthalten ist und mit dem Index j gekennzeichnet ist, die Ladungsänderung seit Beginn des ersten Betriebs wie folgt berechnet:

wobei K_j den letzten abgespeicherten Wert für die Kapazität der Batteriezelle j bezeichnet. Then, for each battery cell 12 . 14 . 16 which is not included in the first sentence and marked with the index j, the charge change since the beginning of the first operation is calculated as follows:

wherein K _j denotes the last stored value for the capacity of the battery cell j.

Basierend auf den berechneten Ladungsänderungen wird eine durchschnittliche Ladungsänderung für die n – m Batteriezellen 12, 14, 16, die nicht in dem ersten Satz enthalten sind, dann wie folgt berechnet:

Based on the calculated charge changes, there will be an average charge change for the n - m battery cells 12 . 14 . 16 that are not included in the first sentence, then calculated as:

Als nächstes wird für jede der ausgewählten Batteriezellen 12, 14, 16 die durch das Entladen verursachte Ladungsänderung ΔQ_E,k wie folgt berechnet:

wobei der Index k wieder eine ausgewählte Batteriezelle bezeichnet, T_E die Entladungszeitdauer und R_E den elektrischen Widerstand des mit der Batteriezelle parallel geschalteten Widerstands 26, 27, 28. Next, for each of the selected battery cells 12 . 14 . 16 the charge change ΔQ _{E, k} caused by the discharge is calculated as follows:

wherein the index k again denotes a selected battery cell, T _E the discharge time duration and R _E the electrical resistance of the resistor connected in parallel with the battery cell 26 . 27 . 28 ,

Endlich wird für jede der ausgewählten Batteriezellen 12, 14, 16 die aktuelle Kapazität K_k berechnet und gespeichert:

Finally, for each of the selected battery cells 12 . 14 . 16 the current capacity K _{k is} calculated and stored:

Das ganze Verfahren kann jetzt wiederholt werden, um die Kapazitäten für die gleiche oder eine andere Auswahl von Batteriezellen 12, 14, 16 zu bestimmen. Dafür wird jetzt ein (zweiter) Satz von Batteriezellen 12, 14, 16 ausgewählt, wobei die Anzahl der ausgewählten Batteriezellen wiederum mit m bezeichnet wird, obwohl die Anzahl von Batteriezellen in dem zweiten Satz nicht notwendigerweise gleich der Anzahl von Batteriezellen in dem ersten (früheren) ausgewählten Satz von Batteriezellen sein muss. The whole process can now be repeated to increase the capacities for the same or a different selection of battery cells 12 . 14 . 16 to determine. This is now a (second) set of battery cells 12 . 14 . 16 again, wherein the number of battery cells in the second set is not necessarily equal to the number of battery cells in the first (earlier) selected set of battery cells.

Dann wird das ganze Verfahren ab dem obigen Zeichen (*) wiederholt, wobei die oben verwendeten ersten Ladezustände SOC_1,i durch die neuesten (zweiten) Ladezustände SOC_2,i zu ersetzen sind, das heißt: SOC_1,i -> SOC_2,i. Then, the whole process is repeated from the above character (*), replacing the first charge states SOC _{1, i} used above with the newest (second) charge states SOC _{2, i} , that is, SOC _{1, i} -> SOC _{2 , i} .

Das Auswählen der einzelnen Batteriezellen, die entladen werden sollen, um deren aktuelle Kapazität zu bestimmen, kann so implementiert werden, dass alle Batteriezellen regelmäßig ausgewählt werden oder so dass Batteriezellen, die schon einen Kapazitätsverlust gegenüber dem Neuzustand aufweisen, häufiger ausgewählt werden als Batteriezellen, deren Kapazität immer noch nahe an der vom Hersteller angeführten Kapazität ist. Selecting the individual battery cells to be discharged to determine their current capacity can be implemented so that all battery cells are regularly selected or so that battery cells already having a capacity loss against the new state are selected more frequently than battery cells Capacity is still close to the capacity stated by the manufacturer.

Das Verfahren kann verfeinert werden, indem die neuen Kapazitätswerte weiter gefiltert werden, z.B. durch Pufferung und Summierung von 10 aufeinanderfolgenden Kapazitätswerten zum Ausschluss von Fehlmessungen und Verkleinerung des Einflusses von Messabweichungen. Wenn sich die Batteriezellen beim Start des Gerätes nicht im Ruhezustand befinden, kann kein Update der Zellkapazität stattfinden. Mit Hilfe des Verfahrens können aus bekannten Anfangswerten für die Kapazitäten der Zellen, z.B. der Nominalwert, die Kapazitätswerte aktualisiert werden. The method can be refined by further filtering the new capacitance values, e.g. by buffering and summing 10 consecutive capacitance values to exclude erroneous measurements and reduce the influence of measurement errors. If the battery cells are not at rest when starting the device, the cell capacity can not be updated. By means of the method, it is possible to calculate from known initial values for the capacities of the cells, e.g. the nominal value, the capacity values are updated.

Mit der oben beschriebenen Erfindung wird es möglich gemacht, die Kapazität von Batteriezellen einer Batterie im Betrieb zu aktualisieren. Dadurch entfällt u.a. der Energieverbrauch bei Nichtbetrieb und mögliche Sicherheitsrisiken eines abgestellten Fahrzeugs durch autonom aktivierte Steuergeräte werden minimiert. Die bisher bestimmten Kapazitäten von Einzelzellen einer Batterie werden verwendet, um neue Kapazitätswerte für einzelne Batteriezellen zu bestimmen. With the invention described above, it is made possible to update the capacity of battery cells of a battery in operation. This eliminates u.a. The energy consumption during non-operation and possible safety risks of a parked vehicle by autonomously activated ECUs are minimized. The previously determined capacities of single cells of a battery are used to determine new capacity values for individual battery cells.

Abschließend das hier beschriebene Verfahren verkürzt dargestellt, wobei die Bezugszeichen lediglich zur Zuordnung zu Zeichnungselementen der Ausführungsformen zum besseren Verständnis dienen, jedoch nicht die betreffenden Komponenten auf spezifische Darstellungsformen beschränken sollen. Finally, the method described here is shown in abbreviated form, wherein the reference numerals are only for assignment to drawing elements of the embodiments for better understanding, but are not intended to limit the relevant components to specific forms of presentation.

Das Verfahren sieht vor, dass die Kapazität einer Batterie (10) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12, 14, 16) bestimmt wird. Die Batterie versorgt mindestens ein Gerät Es wird (a) ein erster Ladezustands für jede Batteriezelle bestimmt, (b) ein erster Satz Batteriezellen ausgewählt und (c) jede Batteriezelle des ersten Satzes in einem ersten Betriebs des Geräts entladen mittels Entladungselemente. Es wird (d) ein zweiter Ladezustands für die Batteriezellen nach dem ersten Betrieb des Geräts bestimmt, (e) eine durchschnittliche Ladungsänderung für nicht in dem ersten Satz enthalten Batteriezellen bestimmt, und (f) eine resultierende Ladungsänderung für jede Batteriezelle des ersten Satzes bestimmt. Schließlich wird (g) eine Kapazität für jede Batteriezelle des ersten Satzes basierend auf: (ga) der durchschnittlichen Ladungsänderung für nicht in dem ersten Satz enthaltene Batteriezellen, (gb) der bestimmten Ladungsänderung und (gc) einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand bestimmt. The procedure provides that the capacity of a battery ( 10 ) with a plurality of battery cells ( 12 . 14 . 16 ) is determined. The battery powers at least one device. (A) a first state of charge is determined for each battery cell, (b) a first set of battery cells selected, and (c) each battery cell of the first set discharged in a first operation of the device by means of discharge elements. (D) determining a second state of charge for the battery cells after the first operation of the device, (e) determining an average charge change for battery cells not included in the first set, and (f) determining a resulting charge change for each battery cell of the first set. Finally, (g) a capacity for each battery cell of the first set is based on: (ga) the average charge change for battery cells not included in the first set, (gb) the determined charge change, and (gc) a difference between the first and second charge states certainly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

U_OCV U _OCV: Ruhespannung open circuit voltage
SOC SOC: Ladezustand SOC
10 10: Batterie battery
12 12: Batteriezelle battery cell
14 14: Batteriezelle battery cell
16 16: Batteriezelle battery cell
20 20: Entladeschaltung discharge
22 22: Schalter switch
23 23: Schalter switch
24 24: Schalter switch
26 26: Widerstand resistance
27 27: Widerstand resistance
28 28: Widerstand resistance

Claims

Method for determining the capacity of a battery ( 10 ) comprising a plurality of battery cells ( 12 . 14 . 16 ), and used to supply a device with electrical energy during its operation, the method comprising determining a first state of charge for each of the plurality of battery cells, selecting a first set of battery cells from the plurality of battery cells, discharging each battery cell of the first set during a first operation of the device, wherein the discharge of the respective battery cells by means of corresponding discharge elements ( 22 . 23 . 24 . 26 . 27 . 28 ), determining a second state of charge for each of the plurality of battery cells upon completion of the first operation of the device, determining an average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells, determining one by discharging each battery cell of the first set causing charge change for each battery cell of the first set of battery cells, and determining a capacity for each battery cell of the first set of battery cells based on (a) the determined average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells, (b) the charge change caused by the discharging for the respective battery cell and (c) a difference between the first charge state and the second charge state for the respective battery cell.

A method according to the preceding claim, wherein determining the first state of charge comprises determining a first rest voltage for each battery cell and determining the second state of charge comprises determining a second rest voltage for each battery cell.

The method of any one of the preceding claims, wherein the first set of battery cells has at least one but not all of the battery cells of the plurality of battery cells.

A method according to any one of the preceding claims, further comprising determining an average value of the voltage for each battery cell of the first set in connection with the discharging of these battery cells.

A method according to the preceding claim, wherein the charge change caused by the discharging of each battery cell of the first set for each battery cell of the first set is based on (a) the average of the voltage for the respective battery cell, (b) the duration of the discharge and (c) a electrical resistance ( 26 . 27 . 28 ) of the corresponding discharge element is determined.

The method of claim 1, wherein the average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells is based on a difference between the first charge state and the second charge state and a capacity for each battery cell not in the first one Sentence is included is determined.

The method of any one of the preceding claims, further comprising Selecting a second set of battery cells from the plurality of battery cells, Discharging each battery cell of the second set of battery cells during a second operation of the device, wherein the discharge of the respective battery cells takes place by means of corresponding discharge elements, Determining a third state of charge for each of the plurality of battery cells upon completion of the second operation of the device, Determining an average charge change for the battery cells that are not included in the second set of battery cells, Determining a charge change caused by the discharge of each battery cell of the second set for each battery cell of the second set of battery cells, and Determining a capacity for each battery cell of the second set of battery cells based on (a) the determined average charge change for the battery cells that are not included in the second set of battery cells, (b) the change in charge caused by the discharge for the particular battery cell, and (C) a difference between the second state of charge and the third state of charge for the respective battery cell.

Device for determining the capacity of a battery ( 10 ) comprising a plurality of battery cells ( 12 . 14 . 16 ) and is used to supply a device with electrical energy during its operation, the device comprising a plurality of discharge elements ( 22 . 23 . 24 . 26 . 27 . 28 ), wherein each discharge element is adapted for connection to one of the battery cells, a state of charge detection unit for determining a state of charge for each of the plurality of battery cells, and a control unit adapted to: determine a first state of charge for each of the plurality of battery cells using the state of charge detection unit . Selecting a first set of battery cells from the plurality of battery cells, discharging each battery cell of the first set of battery cells during a first operation of the device by means of the respective discharge elements, determining a second state of charge for each of the plurality of battery cells using the state of charge detection unit after completion of the first operation determining an average charge change for the battery cells not included in the first set of battery cells, determining a charge change caused by the discharge of each battery cell of the first set for each battery cell of the first set of battery cells, and determining a capacity for each battery cell the first set of battery cells based on (a) the determined average charge change for the battery cells that are not included in the first set of battery cells, (b) that for the jewei lige battery cell determined by the discharge charge change and (c) a difference between the first state of charge and the second state of charge for the respective battery cell.

An engine control system for a vehicle adapted to use a method according to any one of claims 1 to 7.

Computer program which, when executed by a processor, is adapted to perform the method according to one of claims 1 to 7.