DE102014220914A1

DE102014220914A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014220914A1
Application number: DE102014220914.5A
Authority: DE
Inventors: Jörg Schleicher; Martin Mener; Sascha Drenkelforth; Michael Clauss
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: DE102014220914B4; US20160109528A1; US9784796B2; CN105527493A; CN105527493B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AFAP) einer Energiespeichereinrichtung (2), wobei an einem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt ein Anfangs-Widerstand bestimmt wird, wobei zumindest an einem Betriebspunkt-Endzeitpunkt eine Widerstandsänderung zwischen einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung (2) und dem Anfangs-Widerstand bestimmt wird, wobei ein End-Widerstand als Summe des Anfangs-Widerstands und der am Betriebspunkt-Endzeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung bestimmt wird, wobei der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AFAP) als Verhältnis zwischen dem End-Widerstand und einem Nominal-Widerstand-Anteil des Anfangs-Widerstands bestimmt wird, sowie Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors einer Energiespeichereinrichtung sowie ein Fahrzeug. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands einer Energiespeichereinrichtung.
Insbesondere in zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen, beispielsweise in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, sind Energiespeichereinrichtungen vorgesehen, die die zum Fahrbetrieb notwendige elektrische Energie speichern und bereitstellen.
Der Widerstand einer solchen Energiespeichereinrichtung stellt einen wichtigen Kennwert dar, der insbesondere zur Bestimmung einer zulässigen Leistungsabgabe dient. Mit zunehmender Alterung der Energiespeichereinrichtung ändert sich hierbei dieser Widerstand, der üblicherweise vor der Inbetriebnahme der Energiespeichereinrichtung, also zum so genannten Begin of Life (BOL), am Prüfstand bestimmt wird. Nach der ersten Inbetriebnahme wird die Alterung maßgeblich durch zwei Kriterien beeinflusst, nämlich die sogenannte zyklische und die sogenannte kalendarische Alterung. Allerdings kann aufgrund der verschiedenen Einflussfaktoren die Alterung nur ungenau vorhergesagt werden. Auch tritt in voneinander verschiedenen Betriebspunkten eine ungleichmäßige Alterung auf.
Um z.B. die zulässige Leistungsabgabe genau und zuverlässig bestimmen zu können, ist es wünschenswert, in jedem Fahrzyklus des Fahrzeugs und über den gesamten Lebenszyklus der Energiespeichereinrichtung den Widerstand möglichst genau zu ermitteln.
Hierbei ist es insbesondere wünschenswert, den Widerstand bereits zum Beginn eines Fahrzyklus genau zu bestimmen, um eine unzulässige Leistungsfreigabe zu vermeiden.
Die DE 102 57 588 B3 beschreibt ein Verfahren zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie. Das beschriebene Verfahren ermöglicht, einen Spannungseinbruch vorherzusagen, bevor er tatsächlich aufgrund einer Belastung eintritt. Dazu wird u.a. der dynamische Innenwiderstand genutzt und zunächst eine gefilterte Batteriespannung und ein gefilterter Batteriestrom ermittelt. Aus einem Differenzstrom zwischen dem gefilterten Batteriestrom und einem vorgegebenen Laststrom wird ein ohmscher Spannungsabfall über dem dynamischen Innenwiderstand ermittelt. Aus der gefilterten Batteriespannung, abzüglich des ohmschen Spannungsabfalls und der gefilterten Polarisationsspannung, wird eine vorhergesagte Batteriespannung berechnet. Die Druckschrift beschreibt allerdings keine konkrete Art und Weise der Bestimmung des dynamischen Innenwiderstands.
Die WO 2006/057468 A1 offenbart ein Verfahren zur Schätzung von Werten, die aktuelle Betriebsbedingungen einer Batterie beschreiben. Das Verfahren umfasst das Schätzen eines Ladezustands in einer Batterie, wobei der Ladezustand von einer internen Zustandsgröße umfasst ist. Weiter umfasst das Verfahren das Schätzen eines Gesundheitszustands in einer Batterie, wobei der Gesundheitszustand von einem internen Parameter umfasst wird. In der Druckschrift ist ein Kalman-Filter beschrieben, wobei der Widerstand einer Batteriezelle als Zustandsgröße oder Parameter im Kalman-Filter enthalten ist.
Ein Nachteil einer solchen Kalman-Filter-basierten Schätzung ist es, dass Ungenauigkeiten, die aus dem verwendeten Modell einer Energiespeichereinrichtung resultieren, zu einer fehlerhaften Bestimmung des Innenwiderstandes der Energiespeichereinrichtung führen können. Beispielsweise können Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Ladezustands (SOC – State of Charge), der Temperatur und/oder des Stromes zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Widerstandes führen. Aus diesem Grunde wird der Widerstand in kritischen Betriebszuständen nicht bestimmt, beispielsweise bei Temperaturen unter 0°C, bei Ladezuständen zwischen 0 % bis 10 % und 90 % bis 100 % und im Falle von geringen Stromflüssen, beispielsweise Stromflüssen kleiner als 10 A.
Die DE 10 2011 017 113 A1 offenbart eine Bestimmung des Alterungszustandes eines Akkumulators während des Betriebes, z.B. eines Fahrzeuges, das von einer elektrischen Maschine angetrieben wird. Auch hierin wird ein Kalman-Filter, nämlich ein dreifach erweiterter Kalman-Filter, verwendet. Bei dem Verfahren erfolgt mit einem ersten Kalman-Filter die Berechnung des Ladezustandes und der durch den Strom erzeugten schnellen und langsamen Überspannungen und mit einem zweiten Kalman-Filter eine Berechnung des Innenwiderstands und mit einem dritten Kalman-Filter die Berechnung der Zellkapazität.
Die DE 10 2012 010 487 A1 offenbart ein Verfahren zum Bewerten eines Alterungszustandes einer Batterie unter Verwendung eines Kennlinienfeldes.
Die EP 1 380 849 B1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der im Vollladezustand entnehmbaren Ladungsmenge einer Speicherbatterie bezogen auf den Neuzustand durch Messung von Batterieströmen und/oder Batteriespannungen zu mindestens zwei Zeitpunkten vor oder während einer Anstiegsphase sowie während einer Abklingphase eines Lade- oder Entladevorgangs durch Bestimmen einer Kenngröße für die entnehmbare Ladungsmenge aus der Beziehung von mindestens einem Batteriespannungswert aus der Anstiegsphase zu mindestens einem Batteriespannungswert aus der Abklingphase bei annähernd gleichem Batteriestromwert oder aus der Beziehung von mindestens einem Batteriestromwert aus der Anstiegsphase zu mindestens einem Batteriestromwert aus der Abklingphase bei annähernd gleichem Batteriespannungswert. Hierbei wird das Verhalten der Hysterese ausgewertet, die sich durch Auftragen der Batteriestromwerte und Batteriespannungswerte bei einer vorzugsweise kurzzeitigen pulsförmigen Belastung in Lade- oder Entladerichtung ergibt, um hieraus auf die entnehmbare Ladungsmenge der Speicherbatterie zu schließen.
Die DE 10 2010 043 870 A1 offenbart eine Konvertersteuereinheit, die auf einen Befehl von einer Startbestimmungseinheit dahingehend anspricht, einen Konverter derart zu steuern, dass ein Brummstrom an einem Akkumulator erzeugt wird. Eine Speichereinheit speichert ein Kennfeld, das eine korrelierende Beziehung zwischen der Temperatur und dem Strom des Akkumulators sowie den Innenwiderstand definiert. Eine Schätzeinheit schätzt einen Wert eines Innenwiderstands des Akkumulators basierend auf jedem Erfassungswert der Temperatur und des Stroms sowie dem in der Speichereinheit gespeicherten Kennfeld.
Die DE 10 2012 022 458 A1 offenbart ein Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers, wobei Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Energiespeichers sensorisch erfasst werden und ein aktueller relativer Kapazitätszustand des Energiespeichers mittels der Betriebsparameter und/oder Betriebszustände aus einem dem Energiespeicher zugeordneten ersten Kennfeld oder durch eine dem Energiespeicher zugeordnete erste Berechnungsfunktion ermittelt wird. Weiter wird ein aktueller, relativer Energiezustand des Energiespeichers mittels des Kapazitätszustands aus einem dem Energiespeicher zugeordneten, zweiten Kennfeld oder durch eine dem Energiespeicher zugeordnete zweite Berechnungsfunktion ermittelt.
Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors zu bestimmen, die eine genaue und zuverlässige Bestimmung eines aktuellen Widerstands der Energiespeichereinrichtung zu jedem Fahrzyklus während der gesamten Lebensdauer der Energiespeichereinrichtung ermöglichen. Weiter stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands und ein Fahrzeug zu schaffen, die ebenfalls eine solche Bestimmung des Widerstands ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 15, 16 und 17. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors einer Energiespeichereinrichtung. Der Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei auch als Alterungsfaktor bezeichnet werden. Der Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei ein Verhältnis zwischen dem aktuellen Widerstand, insbesondere einem Innenwiderstand, der Energiespeichereinrichtung und einem Nominal-Widerstand für einen bestimmten Betriebspunkt bezeichnen. Der Nominal-Widerstand kann hierbei der vorhergehend erläuterte BOL (begin of life) Widerstand sein, der vor der ersten Inbetriebnahme der Energiespeichereinrichtung, beispielsweise durch geeignete Prüfverfahren, bestimmt wurde. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere eine Batteriezelle oder eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs sein, wobei die Traktionsbatterie wiederum mehrere Batteriezellen umfassen kann. Die Energiespeichereinrichtung kann hierbei Energie für einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs speichern und bereitstellen.
Betriebspunktabhängige Nominal-Widerstände können beispielsweise in Form eines Kennfeldes (Nominalkennfeld) bereitgestellt werden, wobei durch das Kennfeld ein Zusammenhang zwischen mindestens einem Betriebsparameter und dem Nominal-Widerstand gegeben ist.
Ein Betriebspunkt ist hierbei durch mindestens einen Betriebsparameter, beispielsweise einen Ladezustand (State of Charge – SOC) und/oder eine Temperatur, charakterisiert. Vorzugsweise ist ein Betriebspunkt durch den Ladezustand und die Temperatur charakterisiert. In diesem Fall ist das Nominalkennfeld ein zweidimensionales Kennfeld.
Erfindungsgemäß wird an einem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt ein Anfangs-Widerstand bestimmt. Der Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt kann hierbei einen Zeitpunkt bezeichnen, an dem sich dieser Betriebspunkt im Betrieb der Energiespeichereinrichtung einstellt. Somit kann der Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt auch ein Beginn eines Fahrzyklus des Fahrzeugs sein. Der Anfangs-Widerstand kann hierbei, insbesondere bei der ersten Inbetriebnahme der Energiespeichereinrichtung, gleich dem Nominal-Widerstand sein. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann der Anfangs-Widerstand jedoch noch weitere Anteile enthalten. Somit wird auch der Anfangs-Widerstand betriebspunktabhängig bestimmt.
Ein Fahrzyklus bezeichnet hierbei eine Zeitdauer eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs bzw. eine Zeitdauer, in der sich das Fahrzeug in einem fahrbereiten oder aktivierten Zustand befindet. Diese Zeitdauer umfasst selbstverständlich auch Zeiträume, in denen das Fahrzeug im Betrieb ist, aber nicht fährt. So kann die Zeitdauer des Fahrbetriebs beispielsweise eine Zeitdauer von einem Anfangs-Zeitpunkt, zu dem eine Spannungsversorgung für einen oder mehrere Verbraucher, beispielsweise ein oder mehrere Steuergeräte und/oder ein Zündsystem, hergestellt wird, bis zu einem Endzeitpunkt, zu dem diese Spannungsversorgung für den oder die Verbraucher wieder unterbrochen wird, sein. Ein Fahrzyklus kann aber auch eine Zeitdauer von einem Anfangszeitpunkt, zu dem eine Entnahme von Energie aus der Energiespeichereinrichtung für den Betrieb des Fahrzeugs oder zumindest einen Teil des Fahrzeugs begonnen wird, bis zu einem Endzeitpunkt, zu dem diese Entnahme wieder beendet wird, sein.
Weiter wird zumindest an einem Betriebspunkt-Endzeitpunkt eine Widerstandsänderung zwischen einem aktuellen (betriebspunktabhängigen) Widerstand der Energiespeichereinrichtung und dem, insbesondere für diesen Betriebspunkt bestimmten, Anfangs-Widerstand bestimmt. Der Betriebspunkt-Endzeitpunkt bezeichnet einen Zeitpunkt, an dem beim Betrieb der Energiespeichereinrichtung in einen anderen Betriebspunkt gewechselt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, wenn sich der Ladezustand und/oder die Temperatur, insbesondere um mehr als ein vorbestimmtes Maß, ändert. Dass zumindest an dem Betriebspunkt-Endzeitpunkt die Widerstandsänderung bestimmt wird, schließt nicht aus, dass, wie nachfolgend noch näher erläutert, die Widerstandsänderung zwischen dem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt und dem Betriebspunkt-Endzeitpunkt mehrfach, insbesondere rekursiv, bestimmt wird.
Weiter wird ein (betriebspunktabhängiger) End-Widerstand als Summe des Anfangs-Widerstands und der am Betriebspunkt-Endzeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung bestimmt. Weiter wird der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor als Verhältnis zwischen dem End-Widerstand und einem Nominal-Widerstands-Anteil des Anfangs-Widerstands bestimmt. Der Nominal-Widerstands-Anteil des Anfangs-Widerstands kann hierbei dem vorhergehend erläuterten Nominal-Widerstand entsprechen.
Der derart bestimmte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor kann dann gespeichert werden. Insbesondere kann der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor betriebspunktabhängig gespeichert werden, insbesondere in Form eines Kennfeldes. Durch ein solches Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld kann ein Zusammenhang zwischen mindestens einem Betriebsparameter und dem Widerstandsänderungsfaktor gegeben sein. Vorzugsweise ist auch das Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld ein zweidimensionales Kennfeld, welches einen Zusammenhang zwischen einem Ladezustand, einer Temperatur und dem Widerstands-Änderungsfaktor wiedergibt. Hierbei kann das Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld vor der ersten Inbetriebnahme der Energiespeichereinrichtung für jeden Betriebspunkt mit dem Wert 1 initialisiert werden.
Selbstverständlich kann ein Zusammenhang zwischen einem Betriebspunkt und dem entsprechenden Widerstandsänderungsfaktor, Nominal-Widerstand oder Anfangs-Widerstand auch in anderer Form gegeben sein, beispielsweise in Form einer Funktion.
Werden in einem Fahrzyklus mehrere Betriebspunkte durchlaufen, so kann der Anfangs-Widerstand, die Widerstandsänderung und der Widerstandsänderungsfaktor für jeden der Betriebspunkte neu bestimmt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine genaue Bestimmung und, insbesondere persistente, Speicherung des Widerstandsänderungsfaktors für verschiedene Betriebspunkte der Energiespeichereinrichtung.
Somit kann der betriebspunktabhängiger Nominal-Widerstand für jeden Fahrzyklus und für die gesamte Lebensdauer der Energiespeichereinrichtung mittels des entsprechenden betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors in den aktuellen betriebspunktabhängigen Widerstand umgerechnet werden. Dies wiederum ermöglicht z.B. eine verbesserte Bestimmung einer aktuell zulässigen Leistungsabgabe und somit eine erhöhte Betriebssicherheit.
Insbesondere ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren auch zu Beginn eines Fahrzyklus jeweils eine genaue Bestimmung des Widerstands der Energiespeichereinrichtung unter Berücksichtigung des zuletzt gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors durchzuführen. Somit kann bereits zu Beginn des Fahrzyklus eine Betriebssicherheit gewährleistet und z.B. eine zu starke Entladung vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Anfangs-Widerstand als Summe eines Nominal-Widerstands und einer initialen Widerstandsänderung bestimmt. Der Nominal-Widerstand wurde hierbei vorhergehend erläutert.
Die initiale Widerstandsänderung kann eine Differenz zwischen einem zuletzt an diesem Betriebspunkt vorhandenen Widerstand der Energiespeichereinrichtung und dem an diesem Betriebspunkt bestimmten Nominal-Widerstand bezeichnen.
Die initiale Widerstandsänderung kann beispielsweise bestimmt werden, indem der entsprechende betriebspunktabhängige Nominal-Widerstand mit dem aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktor oder, wie nachfolgend noch näher erläutert, einem entsprechenden Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor multipliziert wird und dann die Differenz zwischen diesem Produkt und dem betriebspunktabhängigen Nominal-Widerstand bestimmt wird.
Diese Bestimmung des Anfangs-Widerstands kann insbesondere zu Beginn eines Fahrzyklus durchgeführt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass der Widerstandsänderungsfaktor nicht zwingendermaßen ausgehend vom Nominal-Widerstand, sondern ausgehend von einem gegebenenfalls bereits an einen veränderten Widerstand angepassten Widerstand bestimmt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Nominal-Widerstand betriebspunktabhängig bestimmt. Dies wurde vorhergehend erläutert.
Hierbei kann das Nominal-Kennfeld eine geringere Dimension als das vorhergehend erläuterte Widerstandsänderungskennfeld aufweisen. So können beispielsweise im Nominal-Kennfeld weniger Betriebspunkte als im Widerstandsänderungskennfeld definiert sein. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise Speicherbedarf reduziert werden, wobei aufgrund der höheren Dimensionalität des Widerstandsänderungskennfeldes dennoch eine genaue Bestimmung des Widerstands möglich ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die initiale Widerstandsänderung für alle Betriebspunkte eines vorbestimmten Betriebsintervalls konstant. Das vorbestimmte Betriebsintervall kann insbesondere genau einen Fahrzyklus des Fahrzeuges umfassen.
Wird die Energiespeichereinrichtung während des vorbestimmten Betriebsintervalls in mehreren Betriebspunkten betrieben, so ändert sich bei jedem Betriebspunkt der Nominal-Widerstand-Anteil des Anfangs-Widerstands, während jedoch der initiale Widerstandsänderungs-Anteil konstant bleibt. Die initiale Widerstandsänderung kann beispielsweise abhängig vom zeitlich ersten Betriebspunkt des vorbestimmten Betriebsintervalls bestimmt werden.
Hierdurch werden in vorteilhafter Weise zu hohe Sprünge bei der Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors während des Betriebs in mehreren Betriebspunkten vermieden. Dies ermöglicht insgesamt eine zeitlich schnellere Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors, da der initiale Widerstandsänderungs-Anteil als Vorsteuerwert verwendet wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Widerstandsänderung im Zeitraum zwischen dem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt und Betriebspunkt-Endzeitpunkt wiederholt, insbesondere rekursiv, bestimmt, wobei die Widerstandsänderung nur dann erneut bestimmt wird, wenn vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Dies kann bedeuten, dass eine Widerstandsänderung in einem Betriebspunkt immer dann bestimmt wird, wenn vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt sind. In diesem Fall kann die Widerstandsänderung rekursiv bestimmt werden, wobei die neu bestimmte Widerstandsänderung in Abhängigkeit der zuletzt bestimmten Widerstandsänderung bestimmt wird. Beispielsweise kann die neu bestimmte Widerstandsänderung als Summe der zuletzt bestimmten Widerstandsänderung und einem Abweichungsanteil bestimmt werden, der nachfolgend noch näher erläutert wird.
Vorbestimmte Betriebsbedingungen können beispielsweise erfüllt sein, wenn mindestens ein Betriebsparameter, vorzugsweise mehrere Betriebsparameter, in einem vorbestimmten Intervall liegen oder einem vorbestimmten Wert entsprechen.
So kann z.B. eine vorbestimmte Betriebsbedingung erfüllt sein, falls ein Energiespeichereinrichtungs-Strom ein Entladestrom ist und dieser Entladestrom eine fallende Flanke aufweist. Dies kann bedeuten, dass ein Entladestrom betragsmäßig größer wird.
Selbstverständlich sind jedoch auch weitere Betriebsbedingungen, auch für andere Betriebsparameter, vorstellbar.
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass Widerstandsänderungen nur unter Betriebsbedingungen bestimmt werden, die eine zuverlässige und genaue Bestimmung der Widerstandsänderung ermöglichen. Dies wiederum erhöht eine Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Widerstandsänderungsfaktor gespeichert. Dies wurde vorhergehend erläutert. Die Speicherung des Widerstandsänderungsfaktors erfolgt hierbei nur dann, wenn eine Häufigkeit der Bestimmung der Widerstandsänderung in dem Zeitraum zwischen dem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt und dem Betriebspunkt-Endzeitpunkt einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert kann hierbei größer als Eins sein. Dies wiederum bedeutet, dass der Widerstandsänderungsfaktor für eine nachfolgende Nutzung nur dann gespeichert wird, wenn die Bestimmung der Widerstandsänderung in einem Betriebspunkt-Intervall ausreichend genau ist, da ausreichend viele Bestimmungszeitpunkte vorhanden sind. Ist die Häufigkeit der Bestimmung kleiner als der oder gleich dem vorbestimmten Schwellwert, so kann keine Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors vorgenommen werden oder der dann bestimmte Widerstandsänderungsfaktor verworfen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Widerstandsänderungsfaktor gespeichert. Dies wurde vorhergehend näher erläutert. Weiter wird zusätzlich zum Widerstandsänderungsfaktor eine Zeitinformation über einen Bestimmungszeitpunkt des Widerstandsänderungsfaktors gespeichert. Die Zeitinformation kann beispielsweise in Form eines Zeitstempels gegeben sein, der einen (System)-Zeitpunkt der Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors repräsentiert. Der Bestimmungszeitpunkt kann hierbei z.B. dem Zeitpunkt der Speicherung oder der Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors entsprechen. Der Widerstandsänderungsfaktor und der dazugehörige Zeitstempel können synchron erfasst werden und gespeichert werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass zusätzlich zum Widerstandsänderungsfaktor auch eine Zeitinformation zu dessen letzter Bestimmung gespeichert wird, was nachfolgend ermöglicht, eine Aktualität eines gespeicherten Widerstandsänderungsfaktors zu bewerten. Dies wiederum ermöglicht eine Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens zu erhöhen, da zeitlich zu alte Widerstandsänderungsfaktoren nicht berücksichtigt werden können und z.B. durch Ersatz-Widerstandsänderungsfaktoren ersetzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Widerstandsänderungsfaktor in einer indexierten Speicherstelle einer ersten Speicherstellenmenge gespeichert, die über einen betriebspunktabhängigen Index adressiert ist. Alternativ oder kumulativ wird Zeitinformation über einen Bestimmungszeitpunkt des Widerstandsänderungsfaktors in einer indexierten Speicherstelle einer weiteren Speicherstellenlänge gespeichert, die über den betriebspunktabhängigen Index adressiert ist.
Somit kann das vorhergehend erläuterte Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld ein Indexkennfeld sein, durch welches einen Zusammenhang zwischen dem Betriebspunkt und einem betriebspunktabhängigen Index gegeben ist, wobei über den Index der Widerstandsänderungsfaktor in der ersten Speicherstellenmenge und/oder die Zeitinformation in der weiteren Speicherstellenmenge adressiert ist und somit abgerufen werden kann.
Diese indexbasierte Speicherung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass mehrere Betriebspunkte, die sich in Bezug auf eine alterungsbedingte Widerstandsänderung annähernd gleich verhalten, zusammengefasst werden können, indem in dem Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld für diese Betriebspunkte der gleiche Index gespeichert wird. Beispielsweise können somit benachbarte Betriebspunkte zusammengefasst werden. Hierdurch kann die Anzahl der benötigten Speicherstellen in einer Speicherstellenmenge kleiner als die Anzahl an Betriebspunkten sein. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Reduktion von Speicherbedarf, da nunmehr nicht für jeden Betriebspunkt eine Speicherung des entsprechenden Widerstandsänderungsfaktors und/oder der Zeitinformation notwendig ist.
Hierbei kann, wie vorhergehend erläutert, der gleiche Index verwendet werden, um eine Speicherstelle in der ersten Speicherstellenmenge, die auch als Speichervektor bezeichnet werden kann, und in der weiteren Speicherstellenmenge, die ebenfalls als weiterer Speichervektor bezeichnet werden kann, zu adressieren. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass nicht zwei voneinander verschiedene Indizes notwendig sind, um den Widerstandsänderungsfaktor und die entsprechende Zeitinformation zu adressieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird in Abhängigkeit des Widerstandsänderungsfaktors und in Abhängigkeit einer Betriebspunkttemperatur ein temperaturnormierter Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bestimmt.
Beispielsweise kann der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nur dann bestimmt werden, falls der Widerstandsänderungsfaktor auch gespeichert wird. Selbstverständlich kann der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor ebenfalls gespeichert werden, insbesondere betriebspunktabhängig gespeichert werden. Der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei ebenfalls in Form eines betriebspunktabhängigen Kennfelds oder durch ein Index-Kennfeld in Verbindung mit entsprechenden Speicherstellenmengen gespeichert werden.
Beispielsweise kann der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bestimmt werden, indem in Abhängigkeit einer vorbekannten Zuordnung zwischen einer Temperatur und einem Umrechnungsfaktor ein Umrechnungsfaktor für die aktuelle Betriebspunkttemperatur bestimmt wird, wobei der Umrechnungsfaktor ein Widerstandsverhältnis zwischen dem Widerstandswert bei der aktuellen Betriebspunkttemperatur und dem Widerstandswert bei einer Referenztemperatur, beispielsweise einer vorbestimmten Testtemperatur, angibt.
Die vorbekannte Zuordnung kann beispielsweise in Form einer Kennlinie gegeben sein, durch die einer Betriebspunkttemperatur ein solcher Umrechnungsfaktor zugeordnet werden kann. Eine solche Kennlinie kann beispielsweise einen exponentiellen Verlauf aufweisen.
Hierbei wird in vorteilhafter Weise die Erkenntnis genutzt, dass bei einer zyklischen Belastung der Energiespeichereinrichtung eine temperaturabhängige Veränderung des Widerstandes beobachtet werden kann. Hierbei konnte insbesondere beobachtet werden, dass das vorhergehend erläuterte Verhältnis des Widerstandes bei aktueller Temperatur zu dem Widerstand bei einer Referenztemperatur, beispielsweise einer Temperatur von 23°, fast ausschließlich temperaturabhängig und somit nur minimal alterungs- und ladezustandsabhängig ist.
Der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor kann somit auf die Referenztemperatur normiert werden. Der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor kann dann nachfolgend verwendet werden, um z.B. einen Widerstandsänderungsfaktor zu bestimmen, falls der zuletzt bestimmte Widerstandsänderungsfaktor, also der gespeicherte Widerstandsänderungsfaktor, zu alt ist oder nicht vorliegt.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass bei zeitlich zu lange zurückliegenden Bestimmungszeitpunkten des Widerstandsänderungsfaktors ein Ersatzwert zur erfindungsgemäßen Bestimmung des aktuellen Widerstandsänderungsfaktors herangezogen werden kann. Dies erhöht eine Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens.
In einer weiteren Ausführungsform wird der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nur dann bestimmt, wenn die Betriebspunkttemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt. Beispielsweise kann der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nur dann bestimmt werden, wenn die Betriebspunkttemperatur in einem Temperaturbereich mit vorbestimmter Größe um die Referenztemperatur, beispielsweise um 23°, herum liegt, beispielsweise in einem Temperaturbereich von 22° (einschließlich) bis 24° (einschließlich).
Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein durch die vorhergehend erläuterte Kennlinie gegebener Schätzfehler reduziert werden. Beispielsweise kann angenommen werden, dass in dem vorbestimmten Temperaturbereich der vorhergehend erläuterte Umrechnungsfaktor gleich 1 ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Anfangs-Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors bestimmt. Der aktuell gespeicherte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei dem in einem vorangegangenen Fahrzyklus oder dem zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktor entsprechen. Insbesondere kann die vorhergehend erläuterte initiale Widerstandsänderung als Differenz zwischen dem Produkt aus betriebspunktabhängigen Nominal-Widerstand und aktuell gespeichertem betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktor und dem betriebspunktabhängigen Nominal-Widerstand bestimmt werden, insbesondere zu Beginn eines Fahrzyklus. Der Anfangs-Widerstand kann als Produkt aus betriebspunktabhängigem Nominal-Widerstand und betriebspunktabhängigem aktuell gespeicherten Widerstandsänderungsfaktor bestimmt werden kann, insbesondere zu Beginn eines Fahrzyklus.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass am Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt in jedem Fall ein möglichst aktueller und somit möglichst genauer Anfangs-Widerstand bestimmt wird. Dies erhöht einerseits die Geschwindigkeit der Bestimmung und andererseits die Genauigkeit der Bestimmung.
In einer alternativen Ausführungsform wird der Anfangs-Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors bestimmt, falls eine Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmen betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmten Zeitdauer ist. Der aktuell gespeicherte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei insbesondere gleich dem zuletzt bestimmten Widerstandsänderungsfaktor entsprechen.
Der Bestimmungszeitpunkt wurde hierbei vorhergehend erläutert und kann beispielsweise ebenfalls abgespeichert sein. Die vorbestimmte Zeitdauer kann hierbei anwendungs- oder anwenderspezifisch gewählt werden. In anderen Worten bedeutet dies, dass der aktuell gespeicherte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor nur dann zur Bestimmung des Anfangs-Widerstands herangezogen wird, falls der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor noch ausreichend aktuell ist.
Weiter wird der Anfangswiderstand in Abhängigkeit eines Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors bestimmt, falls die Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors größer als die vorbestimmte Zeitdauer ist.
Ist der zuletzt gespeicherte Widerstandsänderungsfaktor nicht mehr ausreichend aktuell, so wird an dessen Stelle ein Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor zur Bestimmung des Anfangs-Widerstands herangezogen. Dieser Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor kann in Abhängigkeit des vorhergehend erläuterten, zuletzt gespeicherten temperaturnormierten Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors bestimmt werden. Dies erhöht in vorteilhafter Weise die Genauigkeit der Widerstandsbestimmung.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebspunkttemperatur bestimmt. Wie vorhergehend erläutert, kann hierzu wiederum ein Umrechnungsfaktor in Abhängigkeit einer Kennlinie bestimmt werden, der das Verhältnis des Widerstandes bei der aktuellen Betriebspunkttemperatur zu dem Widerstand bei einer Referenztemperatur angibt. Beispielsweise kann hierbei der vorhergehend erläuterte temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor in Abhängigkeit des Umrechnungsfaktors in einen Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor für eine aktuelle Betriebspunkttemperatur umgerechnet werden.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zuverlässige Bestimmung des Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung einer Abweichung zwischen einer Modell-Spannung und einer Mess-Spannung bestimmt. Die Mess-Spannung der Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise eine Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung sein, die mittels einer entsprechenden Erfassungseinrichtung, insbesondere mittels eines Spannungssensors, erfasst wird. Der Begriff „erfassen“ umfasst hierbei jedoch sowohl das unmittelbare Erfassen der Mess-Spannung als auch ein Bestimmen der Mess-Spannung in Abhängigkeit einer weiteren, insbesondere unmittelbar, erfassten elektrischen Größe.
Die Modell-Spannung kann bestimmt werden, insbesondere modellbasiert bestimmt werden. Die Modell-Spannung kann ebenfalls eine Modell-Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung modellieren. Die Modell-Spannung kann z.B. eine geschätzte Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung bezeichnen. Die Modell-Spannung kann insbesondere in Abhängigkeit eines vorzugsweise, jedoch nicht zwingendermaßen, dynamischen Modells der Energiespeichereinrichtung bestimmt werden. Das Modell kann beispielsweise einen Zusammenhang zwischen der Modell-Spannung und mindestens einem Betriebsparameter der Energiespeichereinrichtung abbilden. Ein Betriebsparameter kann, wie vorhergehend erläutert, ein Ladezustand, eine Temperatur sowie ein Strom der Energiespeichereinrichtung sein. Der Strom der Energiespeichereinrichtung kann hierbei ein Lade- oder Entladestrom sein.
Weiter kann ein solches Modell mindestens eine Kenngröße, die auch als Modellparameter bezeichnet werden kann, umfassen. Eine Kenngröße kann insbesondere der Widerstand der Energiespeichereinrichtung sein. Ein weitere Kenngröße kann beispielsweise eine Zeitkonstante eines dynamischen Lade- oder Entladeverhaltens sein.
Weiter wird eine Abweichung zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung bestimmt, wobei die Abweichung beispielsweise als Differenz zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung bestimmt werden kann.
Weiter wird eine zeitliche Änderung der Abweichung bestimmt, wobei die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Abweichung bestimmt wird. Die zeitliche Änderung der Abweichung kann einen quantitativen Wert der zeitlichen Änderung bezeichnen.
Zusätzlich kann ein Mess-Strom der Energiespeichereinrichtung erfasst werden. Dies kann beispielsweise mittels einer geeigneten Erfassungseinrichtung, insbesondere mittels eines Stromsensors, erfolgen. Der Mess-Strom kann hierbei ein Lade- oder Entladestrom der Energiespeichereinrichtung sein. Hierbei kann z.B. angenommen werden, dass ein Ladestrom ein positives Vorzeichen aufweist, wobei ein Entladestrom ein negatives Vorzeichen aufweist. Die Modell-Spannung kann beispielsweise in Abhängigkeit des derart erfassten Mess-Stromes bestimmt werden. Weiter kann auch eine zeitliche Änderung des Mess-Stroms bestimmt werden, wobei die Widerstandsänderung zusätzlich in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung des Mess-Stroms bestimmt wird.
Somit wird die Widerstandsänderung nicht abhängig von der Abweichung zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung bestimmt, sondern in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderung dieser Abweichung. Dies bedeutet insbesondere, dass ein Versatz (Offset) zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung nicht zu einer Annahme eines veränderten Widerstandes führt, wenn dieser Versatz zeitlich konstant ist, insbesondere auch während dynamischen Vorgängen, insbesondere Lade- oder Entladevorgänge.
Die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Abweichung bestimmt werden, indem die zeitliche Änderung der Abweichung mit einem konstanten oder veränderlichen, insbesondere betriebspunktabhängigen, Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Betriebspunktabhängige Verstärkungsfaktoren können beispielsweise durch Simulation oder durch prüfstandbasierte Bestimmungsverfahren bestimmt werden.
Zusätzlich kann die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Abweichung bestimmt werden, indem eine zu einem aktuellen Zeitpunkt bestimmte Widerstandsänderung in Abhängigkeit einer zumindest an einem vorangegangenen Zeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung und der mit dem Verstärkungsfaktor multiplizierten zeitlichen Änderung der Abweichung bestimmt wird.
Auch kann die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung der Abweichung bestimmt werden, indem die Widerstandsänderung als Division der zeitlichen Änderung der Abweichung durch die zeitliche Änderung des Mess-Stromes bestimmt wird. Eine derartige Bestimmung der Widerstandsänderung kann insbesondere nur dann erfolgen, wenn die zeitliche Änderung des Mess-Stromes größer als Null ist und die zeitliche Änderung in einem Betrachtungszeitraum erfolgt, der kürzer als eine vorbestimmte (geringe) Zeitdauer ist, beispielsweise kürzer als 100ms, kürzer als 50ms oder kürzer als 20ms. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer des Betrachtungszeitraums 10ms.
Somit wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass statische Abweichungen zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung die Bestimmung der Widerstandsänderung beeinflussen. Somit erfolgt die Bestimmung der Widerstandsänderung unabhängig von diesen statischen Abweichungen. Dies kann insbesondere unter der Annahme erfolgen, dass ein angenommener Widerstand gleich dem realen Batterieinnenwiderstand ist, wenn keine zeitliche Änderung der Abweichung auftritt. Somit ergibt sich insgesamt in vorteilhafter Weise eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Widerstandsänderung, insbesondere unabhängig von statischen Abweichungen zwischen Modell- und Mess-Spannung.
Weiter kann die Bestimmung der Widerstandsänderung nur dann erfolgen, wenn ein Betrag der zeitlichen Änderung der Abweichung größer als ein vorbestimmter Schwellwert, beispielsweise größer als Null, ist.
Weiter kann ein Mess-Strom erfasst werden, wobei die Bestimmung der Widerstandsänderung nur dann erfolgt, wenn ein Betrag der zeitlichen Änderung des Mess-Stroms größer als ein vorbestimmter Schwellwert, insbesondere größer als Null, ist.
Weiter kann die Bestimmung der Widerstandsänderung nur dann erfolgen, falls der Mess-Strom ein Entladestrom ist und der Entladestrom betragsmäßig ansteigt. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die Bestimmung der Widerstandsänderung durchzuführen, falls der Mess-Strom ein Entladestrom ist und der Entladestrom betragsmäßig absinkt. Auch vorstellbar ist, dass die Bestimmung der Widerstandsänderung erfolgt, wenn der Mess-Strom ein Ladestrom ist und der Ladestrom betragsmäßig ansteigt oder absinkt.
Weiter kann die Widerstandsänderung an mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten bestimmt werden, wobei die Widerstandsänderung zu einem aktuellen Zeitpunkt in Abhängigkeit der Widerstandsänderung zu mindestens einem vorangegangenen Zeitpunkt bestimmt wird. Insbesondere kann die Widerstandsänderung rekursiv bestimmt werden.
Z.B. kann die Widerstandsänderung zu einem aktuellen Zeitpunkt in Abhängigkeit der Widerstandsänderung zu mindestens einem vorangegangenen Zeitpunkt bestimmt werden, in dem zu der Widerstandsänderung, die an dem unmittelbar vorangegangenen Zeitpunkt bestimmt wurde, das Produkt aus Verstärkungsfaktor und der zeitlichen Änderung der Abweichung addiert wird.
Weiter kann die Widerstandsänderung an dem aktuellen Zeitpunkt als Stellgröße einer Regelvorschrift bestimmt werden, wobei die zeitliche Änderung der Abweichung zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung der Führungsgröße der Regelvorschrift entspricht.
Weiter kann die zeitliche Änderung der Abweichung und die zeitliche Änderung des Mess-Stroms gefiltert werden.
Weiter kann in Abhängigkeit der Abweichung zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung eine Korrekturspannung für die Modell-Spannung bestimmt werden. Beispielsweise kann dann die an einem aktuellen Zeitpunkt bestimmte Modell-Spannung zusätzlich in Abhängigkeit der an einem vorangegangenen Zeitpunkt, insbesondere der an dem unmittelbar vorangegangenen Zeitpunkt, bestimmten Korrekturspannung bestimmt werden. Die derart korrigierte Modell-Spannung kann dann wiederum an dem aktuellen Zeitpunkt zur Bestimmung der Widerstandsänderung verwendet werden. Zusätzlich ist es möglich, dass die derart korrigierte Modell-Spannung auch für weitere Steuerungs- und Regelungsvorgänge im Fahrzeug, beispielsweise zur Steuerung der Leistungsabgabe und/oder zur Vorhersage einer verfügbaren Leistung, verwendet werden kann.
Weiter ist es vorstellbar, Anteile der Korrekturspannung einzelnen Elementen des Modells zur Bestimmung der Modell-Spannung zuzuordnen. Beispielsweise können somit Korrekturfaktoren für ungenaue OCV(Open Circuit Voltage)-Kennfelder bestimmt werden.
Weiter kann die Korrekturspannung als Stellgröße einer Regelvorschrift bestimmt werden, wobei die Abweichung zwischen der Modell-Spannung und der Mess-Spannung der Führungsgröße der Regelvorschrift entspricht. Die Regelvorschrift kann insbesondere eine Regelvorschrift eines I-Reglers oder eines PI-Reglers sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine möglichst genaue und zuverlässige Bestimmung der Korrekturspannung.
Weiter kann Modell-Spannung abhängig von einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung und in Abhängigkeit mindestens eines Betriebsparameters, vorzugsweise in Abhängigkeit eines Ladezustands, einer Temperatur sowie eines Lade- oder Entladestroms, der Energiespeichereinrichtung bestimmt werden. Hierbei kann der aktuelle Widerstand einen Modellparameter des Modells darstellen. Weitere Modellparameter können beispielsweise Zeitkonstanten sein, die dynamische Spannungsänderungen der Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung charakterisieren.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands einer Energiespeichereinrichtung, wobei der betriebspunktabhängige Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors bestimmt wird. Der aktuell gespeicherte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor kann hierbei dem zuletzt bestimmten Widerstandsänderungsfaktor für diesen Betriebspunkt entsprechen. Allerdings ist es auch vorstellbar, dass der aktuell gespeicherte betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor einem Initialwert, beispielsweise einem Initialwert von 1, entspricht. Weiter wird der Widerstandsänderungsfaktor durch ein Verfahren gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen bestimmt.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands einer Energiespeichereinrichtung, wobei der betriebspunktabhängige Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors bestimmt wird, falls eine Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmten Zeitdauer ist. Der betriebspunktabhängige Widerstand wird in Abhängigkeit eines Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors bestimmt, falls die Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors größer als die vorbestimmte Zeitdauer ist. Dies wurde vorhergehend bereits in Bezug auf die Bestimmung des betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors erläutert. Der Widerstandsänderungsfaktor kann durch ein Verfahren gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen bestimmt werden. Der Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor kann wie vorhergehend erläutert bestimmt werden.
Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors einer Energiespeichereinrichtung, wobei die Vorrichtung mindestens eine Auswerteeinrichtung umfasst.
Erfindungsgemäß ist, insbesondere durch die Auswerteeinrichtung, an einem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt ein Anfangs-Widerstand bestimmbar, wobei zumindest an einem Betriebspunkt-Endzeitpunkt eine Widerstandsänderung zwischen einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung und dem Anfangs-Widerstand bestimmbar ist, wobei ein End-Widerstand als Summe des Anfangs-Widerstands und der am Betriebspunkt-Endzeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung bestimmbar ist. Der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor ist als Verhältnis zwischen dem End-Widerstand und einem Nominal-Widerstand-Anteil des Anfangs-Widerstands bestimmbar.
Die Vorrichtung kann hierbei ebenfalls zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandes dienen. Die Vorrichtung ist hierbei derart ausgebildet, dass ein Verfahren gemäß einer der vorhergehend erläuterten Ausführungsformen durch die Vorrichtung ausführbar ist.
Weiter kann die Vorrichtung mindestens eine Speichereinrichtung zur Speicherung des betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors umfassen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein beispielhaftes Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld,
3a eine beispielhafte erste Speicherstellenmenge,
3b eine beispielhafte weitere Speicherstellenmenge,
4 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 einen beispielhaften Verlauf einer Widerstandsverhältnis-Kennlinie und
6 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt, die Teil eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) sein kann. Dargestellt ist eine Energiespeichereinrichtung 2, die beispielsweise eine Batteriezelle einer Traktionsbatterie sein kann.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen Stromsensor 3 zur Erfassung eines Mess-Stromes I, der einen Lade- oder Entladestrom bezeichnet. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Spannungssensor 4 zur Erfassung einer Mess-Spannung Umess, wobei die Mess-Spannung Umess eine Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 2 darstellt. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 einen Temperatursensor 5 zur Erfassung einer Betriebstemperatur der Energiespeichereinrichtung 2. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 6. Die Auswerteeinrichtung 6 ist daten- und/oder signaltechnisch mit dem Temperatursensor 5, dem Spannungssensor 4 und dem Stromsensor 3 verbunden, was durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Mittels der Auswerteeinrichtung 6 ist das nachfolgend erläuterte Verfahren durchführbar.
In 2 ist ein exemplarisches Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld einer Energiespeichereinrichtung 2 (siehe 1) dargestellt. Das dargestellte Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld umfasst hierbei 35 Betriebspunkte, wobei ein Betriebspunkt durch eine Temperatur T und einen Ladezustand SOC gegeben ist. Beispielsweise ist ein Betriebspunkt gegeben, falls eine Temperatur zwischen 0°C und 10°C liegt und ein Ladezustand zwischen 0,2 und 0,4 liegt.
In diesem Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld kann jedem Betriebspunkt jeweils ein Index IX zugeordnet sein, wobei der Index IX (siehe 3a) beispielsweise Werte von 0 bis 9 annehmen kann. Wie in Bezug auf 3a und 3b noch nähert erläutert, kann ein solcher Index IX eine Speicherstelle in einer Speicherstellenmenge SM1, SM2 adressieren, wobei ein Widerstandsänderungsfaktor AF und/oder ein Zeitstempel an dieser adressierten Speicherstelle gespeichert sein kann.
Ein nicht dargestelltes Nominal-Kennfeld kann hierbei ähnlich zu dem in 2 dargestellten Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld ausgebildet sein, wobei jedem Betriebspunkt ein Nominal-Widerstand zugeordnet sein kann, der vor einer ersten Inbetriebnahme ermittelt oder zugewiesen wird. Dieser Nominal-Widerstand kann auch als BOL(begin of life)-Widerstand bezeichnet werden und kann ebenfalls abhängig von der Temperatur T und dem Ladezustand SOC bestimmt werden. Hierbei ist es möglich, dass das Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld mehr Betriebspunkte aufweist als das Nominalkennfeld.
Für einen der in 2 dargestellten Betriebspunkte kann die Annahme gelten, dass eine Alterung des Widerstands innerhalb eines Betriebspunkts als konstant anzusehen ist.
Bei jedem Fahrzyklus können verschiedene Betriebspunkte durchlaufen werden. Beispielsweise kann ein erster Betriebspunkt eines Fahrzyklus durch eine Temperatur von 0°C bis 10°C und einen Ladezustand von 0,8 bis 1,0 definiert sein. Folgende Betriebspunkte können beispielsweise durch sinkende Ladezustände, beispielsweise Ladezustände zwischen 0,6 und 0,8 und 0,4 bis 0,6 gegeben sein, wobei die Temperatur weiterhin zwischen 0°C und 10°C liegt. Für jeden dieser Betriebspunkte kann dann ein betriebspunktabhängiger Widerstandsänderungsfaktor AF_AP bestimmt werden, was nachfolgend noch näher erläutert wird.
In 3a ist eine erste Speicherstellenmenge SM1 dargestellt, die mit einem Index IX von 0 bis 9 jeweils adressierte Speicherstellen umfasst. Exemplarisch sind Werte eines Widerstandsänderungsfaktors AF für die einzelnen Speicherstellen dargestellt.
In 3b ist eine korrespondierende weitere Speicherstellenmenge SM2 dargestellt, die ebenfalls Speicherstellen umfasst, die mit einem Index IX von 0 bis 9 adressiert sind. In diesen weiteren Speicherstellen der weiteren Speicherstellenmenge SM2 können beispielsweise Zeitstempel gespeichert sein, die den Zeitpunkt der zuletzt erfolgten Bestimmung bzw. Speicherung des Widerstandsänderungsfaktors AF enthalten.
Die Speicherstellenmengen SM1, SM2 können hierbei während einer Laufzeit des Verfahrens von einer RAM-Speichereinrichtung bereitgestellt werden, wobei nach Abschluss des Verfahrens, beispielsweise bei Ende eines Fahrzyklus oder bei einem Ausschalten oder Deaktivieren einer entsprechenden Auswerteeinrichtung eine Übertragung in eine EEPROM-Speichereinrichtung erfolgen kann.
In 4 ist ein erstes exemplarisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einer ersten Zeile sind Betriebspunkte durch die entsprechenden Indizes IX 6, 9 und 5 dargestellt. Dies bedeutet, dass in dem dargestellten Fahrzyklus die Energiespeichereinrichtung 2 (siehe 1) zuerst in einem Betriebspunkt betrieben wird, dem der Index 6 zugewiesen ist. Entsprechend wechselt der Betrieb der Energiespeichereinrichtung 2 in einen Betriebspunkt, dem der Index 9 zugewiesen ist. Hiernach wechselt der Betrieb in einen Betriebspunkt, dem der Index 5 zugewiesen ist. In einer zweiten Zeile sind die jeweils aktuell bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktoren AF_AP dargestellt, wobei der im ersten Betriebspunkt bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP 1.1 beträgt, der im zweiten Betriebspunkt bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP 1.3 beträgt und der im dritten Betriebspunkt bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP 1.4 beträgt.
In einer dritten Zeile sind jeweils die Anzahl der Häufigkeit H dargestellt, mit der eine nachfolgend noch näher erläuterte Widerstandsänderung ∆R während des Betriebs in dem jeweiligen Betriebspunkt bestimmt wird. Dies bedeutet, dass im ersten Betriebspunkt nur an einem Zeitpunkt eine Widerstandsänderung ∆R bestimmt wurde. Im zweiten Betriebspunkt wurde an zwei Zeitpunkten eine Widerstandsänderung ∆R bestimmt. Ebenfalls wurde im dritten Betriebspunkt an zwei Zeitpunkten eine Widerstandsänderung ∆R bestimmt.
Hierbei wird die Widerstandsänderung ∆R in einem Betriebspunkt nur dann bestimmt, wenn vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt sind, insbesondere wenn Entladestrom I fließt und dieser eine fallende Flanke aufweist.
In einer vierten Zeile sind die aktuell gespeicherten Widerstandsänderungsfaktoren AF dargestellt für die Betriebspunkte dargestellt, denen der Index IX 6 zugewiesen ist. In einer fünften Zeile sind die aktuell gespeicherten Widerstandsänderungsfaktoren AF für die Betriebspunkte dargestellt, denen der Index IX 9 zugewiesen ist. Entsprechend sind in einer sechsten Zeile die Widerstandsänderungsfaktoren der Betriebspunkte dargestellt, denen der Index IX 5 zugewiesen ist.
Zwar wurde im ersten Betriebspunkt ein von dem aktuell gespeicherten Widerstandsänderungsfaktor AF von 1.0 verschiedener Widerstandsänderungsfaktor AF_AP von 1.1 bestimmt. Da jedoch die Häufigkeit der Bestimmung der Widerstandsänderung ∆R kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert, nämlich kleiner als 2, ist, wird dieser neu bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP nicht gespeichert.
Im zweiten Betriebspunkt, dem der Index 9 zugewiesen ist, wird ein Widerstandsänderungsfaktor AF_AP von 1.3 bestimmt, der von dem bisher gespeicherten Widerstandsänderungsfaktor AF 1.2 verschieden ist. Da die Anzahl der Bestimmungen der Widerstandsänderung ∆R größer als 1 ist, wird der neu bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP gespeichert. Entsprechend wird auch der im dritten Betriebspunkt bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP von 1.4 gespeichert.
In 6 ist ein weiteres exemplarisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine Initialisierung, beispielsweise einer sprechenden Auswerteeinrichtung 6 (siehe 1) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Auswerteeinrichtung 6 kann hierbei beispielsweise durch ein Steuergerät im Fahrzeug bereitgestellt werden. Bei der Initialisierung können beispielsweise das vorhergehend erläuterte Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld sowie die Speicherstellenmengen SM1, SM2 aus der ebenfalls vorhergehend erläuterten EEPROM-Speichereinrichtung in eine RAM-Speichereinrichtung übertragen werden.
In einem zweiten Schritt beginnt die Bestimmung eines aktuellen Widerstandsänderungsfaktors AF_AP sowie eines aktuellen Widerstands der Energiespeichereinrichtung 2. Hierzu wird ein aktueller Betriebspunkt bestimmt, insbesondere in Abhängigkeit einer aktuellen Temperatur T und eines aktuellen Ladezustands SOC. In Abhängigkeit des Betriebspunktes kann dann ein aktuell gespeicherter Widerstandsänderungsfaktor AF_AP oder ein Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor EAF_AP bestimmt werden.
Hierbei kann der Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor EAF_AP bestimmt werden, falls eine Zeitdauer zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt der letzten Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors AF_AP größer als eine vorbestimmte Zeitdauer ist. Ist die Zeitdauer zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt der letzten Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors AF_AP jedoch kleiner als oder gleich der vorbestimmten Zeitdauer, so kann der gespeicherte Widerstandsänderungsfaktor AF betriebspunktabhängig aus erläuterten ersten Speicherstellenmenge SM1 über den Index IX in dem Widerstandsänderungsfaktor-Kennfeld ausgelesen werden. Alternativ ist es möglich, auch in diesem Fall den Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor EAF_AP zu bestimmen und dann ein Minimum aus dem gespeicherten Widerstandsänderungsfaktor AF_AP und dem Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor EAF_AP zu bestimmen, wobei das Minimum dann als betriebspunktabhängiger Widerstandsänderungsfaktor AF_AP verwendet wird.
Ein aktueller Widerstand, insbesondere der aktuelle Widerstand zum Fahrzyklus-Anfangszeitpunkt, der Energiespeichereinrichtung 2s kann dann wie folgt bestimmt werden: R0_i = R0_AP × min(AF_AP, EAF_AP) Formel 1
Hierbei bezeichnet R0_i den aktuellen Widerstand und R0_AP den betriebspunktabhängigen Nominal-Widerstand. Alternativ kann der aktuelle Widerstand als R0_i = R0_AP × AF_AP Formel 2 bestimmt werden, falls die Zeitdauer zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und dem Zeitpunkt der ersten Bestimmung des Widerstandsänderungsfaktors AF_AP kleiner als oder gleich der vorbestimmten Zeitdauer ist.
Ist die Zeitdauer größer als die vorbestimmte Zeitdauer, so kann der aktuelle Widerstand als R0_i = R0_AP × EAF_AP Formel 3 bestimmt werden.
In Abhängigkeit des aktuellen Widerstandes R0_i kann dann eine initiale Widerstandsänderung als ∆R0 = R0_i – R0_AP Formel 4 bestimmt werden. Diese initiale Widerstandsänderung ∆R0 wird am Anfangszeitpunkt des Verfahrens bestimmt und gilt dann für alle nachfolgenden Betriebspunkte eines Fahrzyklus.
Die Bestimmung des Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors EAF wird nachfolgend noch näher erläutert.
In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein zyklischer Betrieb der Energiespeichereinrichtung 2, also ein Ladebetrieb oder Entladebetrieb. In diesem zyklischen Betrieb wird für jeden Betriebspunkt ein betriebspunktabhängiger Widerstandsänderungsfaktor gemäß AF_AP = (R0_AP + ∆R0 + ∆R)/R0_AP Formel 5 bestimmt. Hierbei bezeichnet R0_AP den betriebspunktabhängigen Nominalwiderstand, wobei ∆R0 die vorhergehend erläuterte initiale Widerstandsänderung beschreibt.
Weiter wird in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderung einer Abweichung zwischen einer Modell-Spannung und einer Mess-Spannung die Widerstandsänderung ∆R zwischen einem zum Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt bestimmten Anfangs-Widerstand und einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung 2 bestimmt. Die Widerstandsänderung ∆R zu einem Zeitpunkt kann beispielsweise gemäß ∆R(k) = ∆R(k – 1) + kd × Ud(k) Formel 6 bestimmt werden, wobei kd einen konstanten oder betriebspunktabhängigen, vorbekannten Verstärkungsfaktor und k einen (diskreten) Zeitpunkt bezeichnet. Die Änderung der Abweichung kann gemäß Ud(k) = Ue(k) – Ue(k – 1) Formel 7 bestimmt werden, wobei Ue(k) gemäß Ue(k) = Umod(k) – Umess(k) Formel 8 bestimmt wird, wobei Umess (k) eine Mess-Spannung und Umod (k) eine Modell-Spannung der Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 2 bezeichnet.
Der Anfangs-Widerstand bestimmt sich als die Summe aus dem betriebspunktabhängigen Nominal-Widerstand R0_AP und der vorhergehend erläuterten initialen Widerstandsänderung ∆R0. Hierbei wird jedoch der Anfangs-Widerstand für jeden Betriebspunkt neu bestimmt, wobei jedoch ausschließlich der Nominal-Widerstand R0_AP, nicht jedoch die initiale Widerstandsänderung ∆R0 erneut bestimmt wird.
Die Widerstandsänderung ∆R wird hierbei während des Betriebes in einem Betriebspunkt wiederholt, insbesondere rekursiv, bestimmt, wobei die Widerstandsänderung ∆R nur dann erneut bestimmt wird, wenn die vorhergehend erläuterten Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Liegt eine Häufigkeit der erneuten Bestimmung über dem vorhergehend erläuterten bestimmten Schwellwert, beispielsweise über dem Schwellwert von Eins, so kann im Betriebspunkt-Endzeitpunkt der neu bestimmte Widerstandsänderungsfaktor AF_AP gespeichert werden, wenn er vom bisher gespeicherten Widerstandsänderungsfaktor AF_AP verschieden ist.
In diesem Fall kann gleichzeitig auch ein temperaturnormierter Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nEAF wie folgt bestimmt werden: nEAF = (AF_AP – 1)/TF(T_AP) Formel 9 wobei TF eine Funktion bezeichnet, durch die ein Verhältnis zwischen einem Widerstand der Energiespeichereinrichtung 2 bei einer aktuellen Temperatur T_AP zu dem Widerstand der Energiespeichereinrichtung 2 bei einer Referenztemperatur, beispielsweise 23°, bestimmbar ist. Auch dieser temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nEAF kann gespeichert werden.
Alternativ ist es möglich, diesen temperaturnormierten Ersatzwiderstandsfaktor nEAF nur dann zu bestimmen, falls die aktuelle Betriebspunkttemperatur T_AP in einem vorbestimmten Intervall um die Referenztemperatur herumliegt oder der Referenztemperatur entspricht. In diesem Fall bestimmt sich der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nEAF zu nEAF = (AF_AP – 1) Formel 10.
In Abhängigkeit dieses temperaturnormierten Ersatz-Widerstandsänderungsfaktors nEAF kann dann ein betriebspunktabhängiger Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor EAF_AP als EAF_AP = (1 + nEAF × TF(T_AP)) Formel 11 bestimmt werden.
Die derart bestimmten Widerstandsänderungsfaktoren AF_AP für einen oder mehrere Betriebspunkte können dann in der vorhergehend erläuterten RAM-Speichereinrichtung gespeichert werden.
In einem vierten Schritt S4, z.B. bei einer Deaktivierung oder einem Ausschalten der Auswerteeinrichtung 6, können die in der RAM-Speichereinrichtung gespeicherten Widerstandsänderungsfaktoren AF_AP in die EEPROM-Speichereinrichtung übertragen werden.
In 5 ist eine exemplarische Temperaturfunktion TF dargestellt, über die in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebspunkttemperatur T_AP ein Umrechnungsfaktor zwischen einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung 2 bei der Betriebspunkttemperatur T_AP und einem Widerstand der Energiespeichereinrichtung 2 bei der Referenztemperatur bestimmt werden kann.
Im Rahmen von Beobachtungen konnte festgestellt werden, dass diese Temperaturfunktion nur minimal ladezustands- und alterungsabhängig ist. Die Temperaturfunktion, die insbesondere in Form einer Kennlinie gegeben sein kann, kann beispielsweise durch geeignete Verfahren vor Inbetriebnahme der Energiespeichereinrichtung 2, beispielsweise bei einer Parametrisierung der Batterie, insbesondere durch einen sogenannten RIPA-Test, bestimmt werden.
Hierbei kann der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bei der Initialisierung mit einem vorbestimmten Wert, beispielsweise einem Wert von 0 × 00 (hexadezimal), gespeichert werden.
Insbesondere kann somit vermieden werden, dass in einem ersten Fahrzyklus nicht der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nEAF zur Bestimmung des aktuellen Widerstands bzw. des Anfangs-Widerstands herangezogen wird.
Das vorgeschlagene Verfahren kann hierbei im Fahrzeug auf Batteriezellebene oder auch auf Batterieebene durchgeführt werden, wobei eine Batterie aus mehreren Batteriezellen bestehen kann.
Insgesamt ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren eine Online-Berechnung von betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktoren AF, die auch als Alterungsfaktoren bezeichnet werden können. Diese können persistent abgespeichert werden. Weiter können die bereits gelernten Widerstandsänderungsfaktoren AF für nachfolgende Berechnungen verwendet werden, insbesondere zu Beginn eines neuen Fahrzyklus.
Es ist selbstverständlich vorstellbar, neben den beispielhaft angeführten Betriebsparametern der Temperatur T und des Ladezustands SOC weitere Betriebsparameter zur Bestimmung des Betriebspunktes zu verwenden. Beispielsweise kann auch ein Strom der Energiespeichereinrichtung 2 zur Charakterisierung eines Betriebspunktes verwendet werden.
In Abhängigkeit des Verfahrens können z.B. einzelne Batteriezellen einer Traktionsbatterie der Widerstandsänderungsfaktor AF geschätzt werden. Da angenommen werden kann, dass stark gealterte Batteriezellen einen hohen Widerstandsänderungsfaktor AF aufweisen, kann dann gezielt eine solche Batteriezelle identifiziert und ausgetauscht werden. Hierdurch ergibt sich vorteilhafter Weise eine Kosteneinsparung im Vergleich zum Austausch der gesamten Traktionsbatterie.
Weiter ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren in vorteilhafter Weise, einen Betrieb einer Batteriezelle spezifisch zu steuern. So wird es z.B. ermöglicht, Batteriezellen alterungsabhängig derart zu steuern, dass eine Batteriezelle entsprechend ihres Alters Leistung abgibt oder aufnimmt. Dies wiederum kann in vorteilhafter Weise zur Erhöhung einer Lebensdauer einer Einzelzelle führen.
Weiter kann das beschriebene Verfahren in ähnlicher Weiser genutzt werden, um weitere Kenngrößen einer Energiespeichereinrichtung 2 zu messen. Beispielsweise kann ein Batteriemodell mit einem Innenwiderstand und einem oder mehreren RC-Gliedern genutzt werden, wobei ein RC-Glied ein dynamisches Verhalten der Energiespeichereinrichtung 2 abbildet. Es ist möglich, durch das beschriebene Verfahren Änderungsfaktoren von Kenngrößen und/oder Kenngrößen des RC-Gliedes, beispielsweise eine Verstärkung und/oder eine Zeitkonstante zu schätzen.
Auch bisher noch nicht bekannte Modellelemente oder Modellparameter können mittels des vorgeschlagenen Verfahrens geschätzt werden.
Es ist auch vorstellbar, alterungsbedingte Veränderungen der Temperaturfunktion zu berücksichtigen. Auch ist es möglich, eine Änderung der Temperaturfunktion in Abhängigkeit eines Ladezustands SOC zu berücksichtigen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Energiespeichereinrichtung
3: Stromsensor
4: Spannungssensor
5: Temperatursensor
6: Auswerteeinrichtung
SOC: Ladezustand
T: Temperatur
T_AP: Betriebspunkttemperatur
TF: Temperaturfunktion
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
IX: Index
H: Häufigkeit
SM1: erste Speicherstellenmenge
SM2: weitere Speicherstellenmenge
AF_AP: betriebspunktabhängiger Widerstandsänderungsfaktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10257588 B3 [0006]
WO 2006/057468 A1 [0007]
DE 102011017113 A1 [0009]
DE 102012010487 A1 [0010]
EP 1380849 B1 [0011]
DE 102010043870 A1 [0012]
DE 102012022458 A1 [0013]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) einer Energiespeichereinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass an einem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt ein Anfangs-Widerstand bestimmt wird, wobei zumindest an einem Betriebspunkt-Endzeitpunkt eine Widerstandsänderung zwischen einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung (2) und dem Anfangs-Widerstand bestimmt wird, wobei ein End-Widerstand als Summe des Anfangs-Widerstands und der am Betriebspunkt-Endzeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung bestimmt wird, wobei der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor AF_AP als Verhältnis zwischen dem End-Widerstand und einem Nominal-Widerstand-Anteil des Anfangs-Widerstands bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangs-Widerstand als Summe eines Nominal-Widerstands und einer initialen Widerstandsänderung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nominal-Widerstand betriebspunktabhängig bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die initiale Widerstandsänderung für alle Betriebspunkte eines vorbestimmten Betriebsintervalls konstant ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsänderung im Zeitraum zwischen dem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt und Betriebspunkt-Endzeitpunkt wiederholt bestimmt wird, wobei die Widerstandsänderung nur dann erneut bestimmt wird, wenn vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) gespeichert wird, wobei die Speicherung des betriebspunktabhängigen (AF_AP) Widerstandsänderungsfaktors nur dann erfolgt, wenn eine Häufigkeit der Bestimmung der Widerstandsänderung in dem Zeitraum zwischen dem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt und Betriebspunkt-Endzeitpunkt einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) gespeichert wird, wobei zusätzlich zum betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) eine Zeitinformation über einen Bestimmungszeitpunkt des betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) in einer indexierten Speicherstelle einer ersten Speicherstellenmenge (SM1) gespeichert wird, die über einen betriebspunktabhängigen Index (IX) adressiert ist und/oder die Zeitinformation über einen Bestimmungszeitpunkt des betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) in einer indexierten Speicherstelle einer weiteren Speicherstellenmenge (SM2) gespeichert wird, die über den betriebspunktabhängigen Index (IX) adressiert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) und in Abhängigkeit einer Betriebspunkttemperatur (T_AP) ein temperaturnormierter Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturnormierte Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor nur dann bestimmt wird, wenn die Betriebspunkttemperatur (T_AP) in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangs-Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfangs-Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) bestimmt wird, falls eine Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmten Zeitdauer ist, wobei der Anfangs-Widerstand in Abhängigkeit eines Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bestimmt wird, falls die Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) größer als die vorbestimmte Zeitdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebspunkttemperatur (T_AP) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsänderung der Energiespeichereinrichtung (2) in Abhängigkeit der zeitlichen Änderung einer Abweichung (Ue) zwischen einer Modell-Spannung und einer Mess-Spannung (Umess) bestimmt wird.
Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands einer Energiespeichereinrichtung (2), wobei der betriebspunktabhängige Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) bestimmt wird, wobei der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 bestimmt wurde.
Verfahren zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstands einer Energiespeichereinrichtung (2), wobei der betriebspunktabhängige Widerstand in Abhängigkeit eines aktuell gespeicherten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) bestimmt wird, falls eine Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) kleiner als eine oder gleich einer vorbestimmten Zeitdauer ist, wobei der betriebspunktabhängige Widerstand in Abhängigkeit eines Ersatz-Widerstandsänderungsfaktor bestimmt wird, falls die Zeitdauer zwischen einem aktuellen Zeitpunkt und einem Bestimmungszeitpunkt des zuletzt bestimmten betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) größer als die vorbestimmte Zeitdauer ist.
Vorrichtung zur Bestimmung eines betriebspunktabhängigen Widerstandsänderungsfaktors (AF_AP) einer Energiespeichereinrichtung (2), wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine Auswerteeinrichtung (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Betriebspunkt-Anfangszeitpunkt ein Anfangs-Widerstand bestimmbar ist, wobei zumindest an einem Betriebspunkt-Endzeitpunkt eine Widerstandsänderung zwischen einem aktuellen Widerstand der Energiespeichereinrichtung (2) und dem Anfangs-Widerstand bestimmbar ist, wobei ein End-Widerstand als Summe des Anfangs-Widerstands und der am Betriebspunkt-Endzeitpunkt bestimmten Widerstandsänderung bestimmbar ist, wobei der betriebspunktabhängige Widerstandsänderungsfaktor (AF_AP) als Verhältnis zwischen dem End-Widerstand und einem Nominal-Widerstand-Anteil des Anfangs-Widerstands bestimmbar ist.