DE102014217135A1

DE102014217135A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Health- und eines State-of-Charge-Wertes einer Batterie

Info

Publication number: DE102014217135A1
Application number: DE102014217135.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Hollas; Eugen Getzinger; Samad Ravazi; Ingo Metge; Christian Gucza
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2016030075A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines State-of-Health-Wertes SOH einer Blei-Säure-Batterie (2), umfassend eine Wechselspannungs- oder -stromquelle (3), Mittel zur phasengerechten Erfassung von Spannung und Strom sowie eine Auswerteeinheit (4), wobei die Auswerteeinheit (4) derart ausgebildet ist, dass diese aus Spannung und Strom die Impedanz und daraus den Imaginärteil (Z‘‘) als Auswertegröße ermittelt und durch Vergleich der Auswertegröße mit mindestens einem Referenzwert einen SOH-Wert der Batterie (2) bestimmt, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Health-Wertes einer Batterie sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Charge-Wertes einer Batterie.
Die Kenntnis von Zustandsgrößen einer Batterie ist äußerst wichtig, beispielsweise um Betriebsstrategien und/oder deren Austausch festzulegen. Zunächst sollen daher einige Batteriekenngrößen kurz erläutert bzw. definiert werden.
Die Ladungskapazität einer Batterie wird in der Einheit Amperestunde [Ah] angegeben, dabei wird unter folgenden Kapazitäten unterschieden:
Nennkapazität K₂₀: Stellt die nominale Kapazität dar, die der Hersteller angibt. Sie ist die mindestens enthaltene Kapazität in [Ah], die in einer neuen Batterie gespeichert ist und bei zwanzigstündiger Entladung mit dem definierten Strom I₂₀ bei einer Temperatur von T = (27 +0 / –2)°C bis zum Abschaltkriterium von U = 10,5 V bereitgestellt werden kann.
Istkapazität K_IST: Bezeichnet die maximale Kapazität in [Ah] im aktuellen Zustand der Batterie.
Restkapazität K_REST: Die Restkapazität stellt die Kapazität in [Ah] dar, die im aktuellen Zustand vorliegt. Sie ist kleiner oder gleich der Istkapazität.
Der Ladungszustand (SOC, State-of-Charge) einer Batterie ist wie folgt definiert:
Die Definition des Gesundheitszustands (SOH, State-of-Health) einer Batterie lautet:
Der SOC kann maximal 100 % betragen, da K_IST die maximale Kapazität darstellt, wobei der Wert des SOHs > 100 % betragen kann, da die maximal mögliche Kapazität K_IST einer neuen Batterie meist die vom Hersteller angegebene Nennkapazität K₂₀ übersteigt.
Alterungseffekte von Blei-Säure-Batterien stellen irreversible Schäden dar, die sich negativ auf Bauteilfunktion und SOH auswirken. Der Verlust an aktiver Masse bewirkt beispielsweise eine geringere Istkapazität der Batterie und somit eine geringere Energiemenge, die in der Batterie gespeichert werden kann. Verursacht wird der Verlust der Istkapazität durch die zyklische Belastung der Batterie sowie durch Korrosion. Korrosion wird insbesondere durch längere Verweilzeit der Batterie in geringem Ladezustand insbesondere bei hohen Temperaturen begünstigt. Die Folgen der Alterung durch Zyklisierung und Korrosion sind beispielsweise Abschlammung, Oberflächensulfatierung und Bruch von Stegen des stromableitenden Gitters der positiven Elektroden.
Aus der DE 10 2009 000 337 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes einer Batteriezelle bekannt, umfassend die Schritte:

a) Bereitstellen einer Batteriezelle,
b) Aufnehmen eines Impedanzspektrums der Batteriezelle,
c) Ermitteln einer Auswertegröße anhand des gemessenen Impedanzspektrums,
d) Bestimmen eines Alterungszustandes der Batteriezelle anhand eines Vergleichs der Auswertegröße mit einem Referenzwert und Übertragung des Ergebnisses für eine Zelle auf die gesamte Batterie, wobei mögliche Unterschiede des Alterungszustandes einzelner Zellen unberücksichtigt bleiben

Dabei ist vorzugsweise die Auswertegröße der Betrag der gemessenen Impedanz in Ohm bei einer bestimmten Niederfrequenz und der Referenzwert eine reelle Zahl mit der Einheit Ohm. Als Niederfrequenz kann dabei jede Frequenz ≤ 10 Hz, bevorzugt ≤ 1 Hz, sein. Besonders bevorzugt wird eine Frequenz aus dem Bereich 0,1 Hz bis 0,3 Hz. Dabei wird in der Druckschrift die prinzipielle Anwendung für alle gebräuchlichen Akkumulatortechnologien beschrieben.
Allerdings hat sich in praktischen Versuchen ergeben, dass die SOH-Bestimmung bei Blei-Säure-Batterien mit den vorgeschlagenen Verfahrensschritten nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt. Dabei ist anzumerken, dass das beschriebene Verfahren aus DE 10 2009 000 337 A1 keinen SOH als Ergebnis bereit stellt, da der SOH zu
definiert ist. Es wird vielmehr eine restliche Lebenszeit in Tagen angegeben, die vom Ladungszustand (SOC) und der Temperatur abhängt.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Health-Wertes SOH einer Batterie zur Verfügung zu stellen, mittels derer der SOH-Wert zuverlässiger bestimmt werden kann. Ein weiteres technisches Problem ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Charge-Wertes einer Batterie zur Verfügung zu stellen, mittels derer der SOC-Wert zuverlässiger bestimmt werden kann.
Die Lösungen des technischen Problems ergeben sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 5 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 4 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zur Bestimmung des SOH-Wertes umfasst die Verfahrensschritte des Bereitstellens einer Batterie mit bekannter Temperatur und bekanntem Zeitpunkt nach letzter Ladung/Entladung sowie des Ermittelns mindestens eines Impedanzwertes bei mindestens einer Frequenz f. Aus der ermittelten Impedanz wird der Imaginärteil der Impedanz als Auswertegröße ermittelt, wobei die Bestimmung eines SOH-Wertes der Batterie anhand eines Vergleichs der Auswertegröße mit mindestens einem Referenzwert erfolgt. Dabei wird ausgenutzt, dass Untersuchungen gezeigt haben, dass sich der Realteil der Impedanz insbesondere von Blei-Säure-Batterien in Abhängigkeit vom SOH-Wert nicht-linear verändert und daher messtechnisch nur schwer auswertbar ist. Dies führt dazu, dass auch bei Auswertungen der Gesamtimpedanz die Unterschiede durch den schlecht differenzierenden Realteil abgeschwächt werden. Erfindungsgemäß wird die Unterscheidung an dem sehr viel prägnanteren Imaginärteil vorgenommen, was eine signifikante Verbesserung bei der Bestimmung der SOH-Werte bewirkt. Die Referenzwerte werden dabei empirisch bestimmt und abgelegt und zur Definition von SOH-Bereichen zusammengefasst. Dabei ist zu beachten, dass die Referenzwerte bei vergleichbaren Bedingungen aufgenommen werden wie die Imaginärteile zur Bestimmung des SOH-Bereiches eines Prüflings. So ist beispielsweise die Impedanz und auch deren Imaginärteil von der Temperatur, dem Zeitpunkt nach letzter Ladung/Entladung der Batterie und von der Frequenz abhängig. Die Frequenz kann dabei sehr einfach konstant gehalten werden. Das erfindungsgemäße Verfahren der SOH-Bestimmung erweist sich in dem bevorzugten Frequenzbereich von f < 10 Hz als unabhängig vom SOC, so dass hauptsächlich Temperatur und Zeitpunkt nach letzter Ladung/Entladung zu berücksichtigen sind. Dies kann auch durch Korrekturterme erfolgen. Bevorzugt wird die Probe bei der gleichen Temperatur wie die Referenz vermessen. Ferner erfolgen die Vermessung der Probe und der Referenz bevorzugt im Ruhezustand der Batterie, d.h. min.0,5, Std., bevorzugt 5–12 Std., nach letzter Ladung/Entladung. Als Ruhezustand einer Blei-Säure-Batterie wird die Abwesenheit signifikanter Diffusionsprozesse, die unmittelbar nach Lade-/Entladevorgängen über min. 0,5 Stunden aufgrund von Säuredichteunterschieden in den Elektroden und im freien Elektrolyten ablaufen, definiert. Dabei sei angemerkt, dass die Batterien vorzugsweise Blei-Säure-Batterien sind, aber auch andere Batterietechnologien wie z. B. Li-Ionen-Batterien mit Durchtrittsreaktion an der Phasengrenze Fest (Elektrode) / Flüssig (Elektrolyt) vermessen werden können.
In einer Ausführungsform ist die Frequenz f kleiner als 10 Hz, da oberhalb dieser Frequenz auch die Unterschiede im Imaginärteil sehr gering sind.
Dabei hat sich gezeigt, dass die Unterschiede im Imaginärteil mit sinkender Frequenz prägnanter werden. Allerdings nimmt dann entsprechend die Messzeit zu. Daher wird in einer Ausführungsform die Frequenz f kleiner als 50 mHz und größer als 0,1 mHz gewählt, besonders bevorzugt 10 mHz.
Die Vorrichtung umfasst hierzu eine Wechselspannungs- oder -stromquelle, mittels derer eine Spannung oder ein Strom auf die Batterie aufprägbar ist, wobei die Aufprägung eines Stromes bevorzugt wird. Die Wechselspannung oder der Wechselstrom ist dabei vorzugsweise sinusförmig.
Dabei kann das Verfahren auch ohne weiteres on-board in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden.
Das Verfahren zur Bestimmung eines State-of-Charge-Wertes (SOC) einer Batterie, vorzugsweise einer Blei-Säure-Batterie, umfasst den Verfahrensschritt des Bereitstellens einer Batterie mit bekannter Temperatur und bekanntem Zeitpunkt nach letzter Ladung/Entladung. Das Verfahren umfasst weiterhin den Verfahrensschritt, dass mindestens ein Impedanzwert bei mindestens einer Frequenz f bestimmt wird.
Dabei wird der Phasenwinkel φ der Impedanz als Auswertegröße ermittelt und mit mindestens einem Referenzwert verglichen und ein SOC-Wert zugeordnet.
Bevorzugt werden mehrere Referenzwerte zu Referenzbereichen zusammengefasst.
Zusätzlich oder alternativ wird in einem linearen Impedanzbereich des Nyquist-Diagramms eine die Steigung repräsentierende Größe des Impedanzspektrums als Auswertegröße ermittelt und mit mindestens einem Referenzwert verglichen, wobei dann in Abhängigkeit des Vergleichs ein SOC-Wert zugeordnet wird. Die die Steigung repräsentierende Größe kann dabei ein Winkel der Geraden zu einer Koordinatenachse sein. Der lineare Impedanzbereich wird dabei auch als Diffusionsbereich bezeichnet.
In einer Ausführungsform wird als Vorschritt der Imaginärteil einer Impedanz bei einer bestimmten Frequenz f bestimmt und mit einem Schwellwert verglichen. Unterschreitet der negative Imaginärteil den Schwellwert, so liegt der SOC bei 100 %. Bei einer bevorzugten Frequenz von f = 10 mHz liegt der Schwellwert bei Blei-Säure-Batterien beispielsweise bei „–0,14 mΩ“. Bei kleineren Frequenzen wird der Schwellwert kleiner definiert. Wird der Schwellwert hingegen nicht unterschritten, so wird nachfolgend der SOC über Auswertung des Phasenwinkels φ und/oder der Steigung m ausgewertet.
Dabei kann die Frequenz bei der der Imaginärteil bestimmt wird gleich der Frequenz bei der Bestimmung des Phasenwinkels sein (z. B. 10 mHz), diese können aber unterschiedlich sein.
In einer Ausführungsform wird der Phasenwinkel bei einer Frequenz f kleiner 100 mHz und größer 1 mHz bestimmt, wobei wieder gilt, dass die Unterschiede bei kleineren Frequenzen ausgeprägter sind, jedoch dafür die Messzeit steigt. Ein guter Kompromiss ist dabei eine Frequenz von 10 mHz.
Das Impedanzspektrum wird vorzugsweise zwischen 1 Hz und 0,1 mHz bestimmt, wobei bei einer Frequenz f von 1 Hz die Batterie sicher im Diffusionsbereich liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein SOC-Wert < 100% über die Auswertung des Phasenwinkels und ein SOC-Wert < 100% über die Auswertung der Steigung des Impedanzspektrums ermittelt, wobei eine Wichtung der Auswertungsergebnisse erfolgen kann.
Ergibt sich aus der Auswertung des Imaginärteiles der Impedanz über den Schwellwert ein SOC-Wert von 100 %, ist dieser das Ergebnis. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild zur Ermittlung einer Impedanz einer Blei-Säure-Batterie,
2 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Blei-Säure-Batterie,
3 einen beispielhaften Verlauf der Impedanz (Nyquist-Diagramm) einer Blei-Säure-Batterie,
4 eine Darstellung des Verlaufs des Realteils über der Frequenz für unterschiedliche SOH-Werte bzw. Istkapazitäten,
5 eine Darstellung des Verlaufs des Imaginärteils über der Frequenz für unterschiedliche SOH-Werte bzw. Istkapazitäten und
6 eine Darstellung der Steigungen im Diffusionsbereich in Abhängigkeit vom SOC.
In der 1 ist vereinfacht ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Impedanz einer Blei-Säure-Batterie 2 mit einer Wechselspannungsquelle 3 dargestellt, deren Frequenz f veränderbar ist. Dabei ist in Reihe zur Wechselspannungsquelle 3 ein Amperemeter A und parallel zur Blei-Säure-Batterie 2 ein Voltmeter geschaltet, die phasengerecht Strom und Spannung erfassen, um daraus die Impedanz in einer Auswerteeinheit 4 zu ermitteln. Alternativ kann die Quelle auch als Wechselstromquelle ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit 4 kann dann wie nachfolgend erläutert den SOH und/oder den SOC der Blei-Säure-Batterie 2 ermitteln.
In der 2 ist ein häufig verwendetes Ersatzbild einer Blei-Säure-Batterie 2 dargestellt, deren Elemente kurz erläutert werden sollen. Der Innenwiderstand R_i einer Blei-Säure-Batterie setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen: Pole, Polbrücken, Zellverbinder (wenn mehrere Batterien in Reihe oder parallel verschaltet werden), Elektrodengitter, aktive Materialien und den Elektrolyten, wobei dieser den größten Anteil ausmacht. Eine Erhöhung des Innenwiderstands entsteht durch Korrosionseffekte, Verlust aktiver Masse, Veränderungen von Mikrostrukturen im Laufe der Zeit sowie Elektrolytkonzentration und -temperatur. Induktive Effekte treten bei einer Batterie an Anschlussleitungen und deren Verschaltung, Polverbindern und der Massestruktur auf, was durch die Induktivität L ausgedrückt wird.
Innerhalb des Blei-Säure-Akkumulators findet die Energiespeicherung innerhalb des Elektrolyten statt. Bei Anlegen einer Überspannung verändert sich durch Stromfluss die Dichteverteilung der Ladungsträger aufgrund der Potentialverschiebung in der Doppelschicht. Zum Erreichen eines neuen, stabilen Zustandes wird eine gewisse Zeit benötigt. Die Modellierung dieses physikalischen Verhaltens erfolgt über eine Kapazität C, hier benannt als C_dl für „double layer“. Zum Verhalten in der Doppelschicht muss der dabei ebenfalls auftretende Durchtritt der Ladungsträger von fester Elektrode zu flüssigem Elektrolyten und der anschließende Ladungs-Transfer innerhalb der Doppelschicht, als ein Widerstand, der den Ladungsträgern entgegenwirkt, modelliert werden. Dies kann durch die Parallelschaltung des Widerstandes R_ct zur Doppelschichtkapazität C_dl erfolgen. Der Index „ct“ steht dabei für „charge transfer“.
Die Kapazität C_D mit dem parallel geschalteten Widerstand R_D modelliert Diffusionsvorgänge. Diffusionsvorgänge sind dann relevant, wenn die Elektrodenreaktionen durch einen Mangel an Reaktionspartnern gehemmt sind. Dies tritt beispielsweise am Ende jeder Batterieladung auf, wenn nur noch wenig umsetzbares PbSO₄ auf den Elektrodenoberflächen vorhanden ist, sodass der Ladestrom durch die geringere Diffusionsrate der Blei-Ionen in die Doppelschicht bestimmt wird und auch bei Anhebung der Ladespannung kaum noch ansteigt.
In der 3 ist nun ein beispielhafter Verlauf einer Impedanz Z = Z‘ + jZ‘‘ einer Blei-Säure-Batterie dargestellt, wobei anzumerken ist, dass die negativen Z‘‘-Werte auf der Y-Achse aufgetragen sind. Dabei sind die jeweils dominierenden Teile des Ersatzschaltbildes gemäß 2 eingezeichnet. Dabei ist Z‘ der Realteil und Z‘‘ der Imaginärteil der Impedanz. Wird durch einen Impedanzwert eine Ursprungsgerade gelegt, so ist der Winkel zwischen Ursprungsgerade und X-Achse der Phasenwinkel φ.
In der 4 ist der Realteil Z‘ über der Frequenz für unterschiedlich gealterte Batterien im Ruhezustand dargestellt, wobei die Temperatur und der SOC jeweils gleich ist (T = 20°C und SOC = 40 %). Dabei ist zu erkennen, dass sich die Verläufe nur geringfügig im Bereich > 1000 Hz unterscheiden. Von 1000 Hz bis etwa 0,1 Hz besteht nur eine Unterscheidungsmöglichkeit der am stärksten zyklisierten Batterie K_IST = 22, 15 Ah zu den anderen Batterien. Bei Frequenzen < 0,1 Hz differieren die Verläufe stärker voneinander, wobei der größte Unterschied bei f = 10 mHz zu erkennen ist. Dabei ist jedoch zu erkennen, dass die Istkapazität bei 10 mHz mit zunehmendem Realteil nichtlinear abnimmt. In der 5 sind nun die Messergebnisse der gleichen Batterien dargestellt, wobei nunmehr der negative Imaginärteil Z‘‘ über der Frequenz f dargestellt ist.
In der Darstellung ist erkennbar, dass der Imaginärteil bis zu einer Frequenz von etwa 10 Hz keine Unterscheidung der Istkapazitäten liefern kann. Ab Frequenzen < 10 Hz ist eine größere Differenz der Verläufe ersichtlich als bei der Darstellung in 4. Der größte Unterschied stellte sich ebenfalls bei der Frequenz 10 mHz ein. Dort ist zu erkennen, dass bei sinkendem Imaginärteil ebenfalls die Istkapazität sinkt. In diesem Fall in einer nahezu linearen Reihenfolge.
Dies wird nun erfindungsgemäß für eine Bestimmung des SOH-Wertes ausgenutzt, indem Bereichen von Werten des Imaginärteils Z‘‘ SOH-Wertebereiche zugeordnet werden. Durch die Verwendung von ausreichend großen Bereichen, stellen auch Messausreißer kein Problem dar. Dabei erfolgt vorzugsweise der Vergleich zwischen Auswertegröße (Imaginärteil Z‘‘) und Referenzwerten bei einer festen Frequenz (z.B. 10 mHz) und gleicher Temperatur im Ruhezustand der Batterie.
Die Auswertung erfolgt vorzugsweise in einer Auswerteeinheit, in der aus den Strom- und Spannungswerten der Imaginärteil Z‘‘ bestimmt und verglichen wird, wobei die Referenzwerte in einem zugeordneten Speicher abgelegt sind. Der ermittelte SOH-Wert kann dann angezeigt werden und gegebenenfalls eine Empfehlung bei einem Batteriewechsel ausgegeben werden. Des Weiteren kann der ermittelte SOH-Wert weiteren Steuergeräten, beispielsweise einem Batterie-Management-System, zugeführt werden.
In der 6 sind die Steigungen für Blei-Säure-Batterien mit unterschiedlichen SOC im Diffusionsbereich dargestellt, wobei die oberste Frequenz beispielsweise 1 Hz und die unterste Frequenz beispielsweise 10 mHz ist, wobei in der grafischen Darstellung von den Impedanzwerten die Werte des ersten Impedanzwertes (Z’min + jZ‘‘min) bei der größten Frequenz (z.B. 1 Hz) von den nachfolgenden Werten abgezogen wird, sodass Ursprungsgeraden entstehen. Dabei kann dann der Steigung m bzw. dem Winkel α über Vergleich mit Referenzwerten ein SOC-Wert zugeordnet werden. Dabei sind die Imaginärteile Z‘‘ wieder negativ. Dabei ist ein Schwellwert S eingezeichnet, der beispielsweise bei Blei-Säure-Batterien bei einer Frequenz f = 10 mHz „–0,14 mΩ“ beträgt. Wie der 6 zu entnehmen ist, unterschreitet nur der Imaginärteil Z‘‘ bei SOC = 100% dieser Schwellwert S. Daher wird vorzugsweise dieses Kriterium zunächst ausgewertet, ob der SOC = 100 % ist. Unterschreitet der Imaginärteil den Schwellwert S nicht, so ist der SOC kleiner 100 % und wird durch Auswertung der Steigung m bzw. des Winkels α bestimmt.
Alternativ kann auch der Phasenwinkel φ der Impedanz bei einer möglichst kleinen Frequenz von beispielsweise 10 mHz bestimmt werden und einen Winkelbereich ein SOC-Bereich zugeordnet werden. Auch hier kann zunächst der Imaginärteil Z‘‘ zuvor mit dem Schwellwert S verglichen werden, ob der SOC = 100 % ist.
Dabei können die beiden Methoden auch kombiniert werden. Dabei wird vorzugsweise zunächst der Imaginärteil Z‘‘ mit dem Schwellwert S verglichen, wobei bei einer Unterschreitung des Schwellwerts S der SOC zu 100 % bestimmt wird. Wird hingegen der Schwellwert S nicht unterschritten, so wird sowohl die Steigung m (bzw. der Winkel α) als auch der Phasenwinkel φ bei einer bestimmten Frequenz bestimmt, wobei dann die beiden Ergebnisse der SOC-Bestimmung zusammengeführt werden, wobei dabei auch eine Gewichtung vorgenommen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009000337 A1 [0011, 0013]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines State-of-Health-Wertes SOH einer Batterie (2), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Batterie mit bekannter Temperatur und bekanntem Zeitpunkt nach letztem Lade-/Entladevorgang (2), b) Ermitteln mindestens eines Impedanzwertes (Z) bei mindestens einer Frequenz f, c) Ermitteln einer Auswertegröße anhand der mindestens einen ermittelten Impedanz (Z), d) Bestimmen eines SOH-Wertes der Batterie (2) anhand eines Vergleichs der Auswertegröße mit mindestens einem Referenzwert, dadurch gekennzeichnet, dass als Auswertegröße der Imaginärteil (Z‘‘) der Impedanz (Z) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz f kleiner als 10 Hz gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz kleiner als 50 mHz und größer als 1 mHz ist.
Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines State-of-Health-Wertes SOH einer Batterie (2), umfassend eine Wechselspannungs- oder -stromquelle (3), Mittel zur phasengerechten Erfassung von Spannung und Strom sowie eine Auswerteeinheit (4), wobei die Auswerteeinheit (4) derart ausgebildet ist, dass diese aus Spannung und Strom die Impedanz und daraus den Imaginärteil (Z‘‘) als Auswertegröße ermittelt und durch Vergleich der Auswertegröße mit mindestens einem Referenzwert einen SOH-Wert der Batterie bestimmt.
Verfahren zur Bestimmung eines State-of-Charge-Wertes SOC einer Batterie (2), umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Batterie mit bekannter Temperatur und bekanntem Zeitpunkt nach letzter Ladung/Entladung, b1) Ermitteln mindestens eines Impedanzwertes (Z) bei mindestens einer Frequenz f,, c1) Ermitteln des Phasenwinkels (φ) der Impedanz (Z) als Auswertegröße und d1) Bestimmen eines SOC-Wertes der Batterie (2) anhand eines Vergleichs des Phasenwinkels (φ) mit mindestens einem Referenzwert und/oder b2) Ermitteln mindestens eines Impedanzspektrums der Batterie in einem linearen Impedanzbereich des Nyquist Diagramms (2), c2) Ermitteln einer die Steigung (m) des Imaginärteils Z‘‘ repräsentierenden Größe des Impedanzspektrums als Auswertegröße und d2) Bestimmen eines SOC-Wertes der Batterie (2) anhand eines Vergleichs der Auswertegröße mit mindestens einem Referenzwert.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Imaginärteil (Z‘‘) der Impedanz (Z) bei einer bestimmten Frequenz f ermittelt und mit einem Schwellwert (S) verglichen wird, wobei bei einer Unterschreitung des Schwellwerts (S) der SOC zu 100 % bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenwinkel (φ) bei einer Frequenz f kleiner 100 mHz und größer 0,1 mHz bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Impedanzspektrum zwischen 1 Hz und 0,1 mHz bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein SOC-Wert < 100% über die Auswertung des Phasenwinkels (φ) und über die Auswertung der Steigung (m) des Impedanzspektrums ermittelt und gewichtet wird.
Vorrichtung zur Bestimmung eines State-of-Charge-Wertes SOC einer Batterie (2), umfassend eine Wechselspannungs- oder -stromquelle (3), Mittel zur phasengerechten Erfassung von Spannung und Strom sowie eine Auswerteeinheit (4), wobei die Auswerteeinheit (4) derart ausgebildet ist, dass diese aus Spannung und Strom daraus den Imaginärteil (Z‘‘) und den Phasenwinkel (φ) der Impedanz (Z) als Auswertegrößen ermittelt und durch Vergleich des Imaginärteils (Z‘‘) mit einem Schwellwert (S) und/oder des Phasenwinkels φ mit mindestens einem Referenzwert einen SOC-Wert der Batterie (2) bestimmt und/oder die Wechselspannungs- und -stromquelle eine veränderbare Frequenz f aufweist, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass ein Impedanzspektrum in einem linearen Impedanzbereich der Batterie (2) ermittelt wird und eine die Steigung (m) des Imaginärteils (Z‘‘) repräsentierende Größe des Impedanzspektrums als Auswertegröße ermittelt, und durch Vergleich der Auswertegröße und mindestens einem Referenzwert einen SOC-Wert der Batterie (2) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) derart ausgebildet ist, dass ein SOC-Wert von 100% über die Auswertung des Imaginärteiles (Z‘‘) der Impedanz (Z) durch Vergleich mit einem Schwellwert (S) erfolgt und ein SOC-Wert < 100% über die Auswertung des Phasenwinkels (φ) und über die Auswertung der Steigung (m) des Impedanzspektrums ermittelt und gewichtet wird.