DE102015203461A1

DE102015203461A1 - System und verfahren zur beurteilung des gesundheitszustands anhand von batteriemodellparametern

Info

Publication number: DE102015203461A1
Application number: DE102015203461.5A
Authority: DE
Inventors: Woo Suk Sung
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2016-05-12
Also published as: US10310019B2; CN106033112B; US20160131715A1; US10739407B2; US20190250215A1; KR101619634B1; CN106033112A

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern bereitgestellt. Das System enthält einen Batteriemodell-Parameterextraktor, der zum Extrahieren eines Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter konfiguriert ist, und eine Speichereinheit, die zum Speicher einer Mapping-Tabelle konfiguriert ist, in der der Gesundheitszustand (SOH) für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters abgebildet ist. Außerdem ist eine SOH-Schätzfunktion zur Anwendung der Mapping-Tabelle konfiguriert, um den SOH zu beurteilen, der dem aus dem Batteriemodell-Parameterextraktor extrahierten Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters entspricht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zur Beurteilung des Gesundheitszustands (state of health; SOH) anhand von Batteriemodellparametern und insbesondere eine Technologie zur Beurteilung des Gesundheitszustand anhand der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters, der unter den Batteriemodellparametern eine hohe Korrelation mit der Zustandsverschlechterung der Batterie hat.
HINTERGRUND
Mit der zunehmenden Verschärfung des Problems der Umweltverschmutzung nimmt der Wettbewerb zwischen den verschiedenen technischen Gebieten, umweltfreundliche Energien zu entwickeln, zu. Außerdem hat der Wettbewerb auf Gebiet der Entwicklung alternativer Energiequellen aufgrund der Erschöpfung der Erdölvorkommen und der natürlichen Ressourcen und dgl. zugenommen. Demzufolge nimmt auch der Wettbewerb unter den Fahrzeugherstellern bei der Entwicklung von Fahrzeugen der nächsten Generation zu. Zu den Fahrzeugen der nächsten Generation zählen reine Elektrofahrzeuge (EV) mit einer Batterie als Energiequelle, ein Verbrennungsmotor-Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Brennstoffzellen-Hybrid-Elektrofahrzeug und dgl., bei denen eine Batterie als Energiepuffer dient.
Bei einem Hybridfahrzeug ist das Batteriesystem eines der wichtigsten Systeme, die die Qualität eines Fahrzeugs ausmachen. Das Batteriesystem des Hybridfahrzeugs ist eine Hilfsenergiequelle, die die Leistung eines Verbrennungsmotors unterstützt und die Energie speichert, die während der Fahrt des Fahrzeugs erzeugt wird. Insbesondere ist eine Steuertechnologie des Batteriesystems von Bedeutung, die Leistungssteuerung, Kühlung, Diagnose, Berechnung des Ladezustands (SOC) und dgl. enthält.
Von diesen Steuertechnologien stellt die Berechnung des Ladezustands einen wichtigen Faktor für die Fahrstrategie eines Fahrzeugs dar. Mit anderen Worten, beim Hybridfahrzeug wird der Ladezustand berechnet, um eine Batterie zu laden, wenn zusätzliche Energie erzeugt wird, um das Fahrzeug zu betreiben, um die erforderliche Leistung durch Entladen der Batterie zu gewinnen, wenn eine sehr hohe Leistung gefordert wird. Um die Energie zu reduzieren und die Betriebseffizienz des Hybridfahrzeugs durch die genaue Implementierung der Fahrstrategie des Hybridfahrzeugs zu maximieren, muss deshalb der Ladezustand genauer berechnet werden.
Wenn der Ladezustand ungenau berechnet wird, kann die Betriebseffizienz des Hybridfahrzeugs sinken und es können gefährliche Situationen eintreten. Wenn z. B. der tatsächliche Ladezustand 80% beträgt, aber der berechnete Ladezustand 30%, ist eine Fahrzeugsteuerung so konfiguriert, dass sie bestimmt, dass Laden erforderlich ist, und somit kann die Batterie überladen oder im umgekehrten Fall überentladen werden. Eine Entzündung oder Explosion der Batterie kann aufgrund der Überladung oder Überentladung stattfinden, und somit können gefährliche Situationen eintreten.
Zur Berechnung des Ladezustands wird die Zustandsverschlechterung der Batterie, d. h. ihr Gesundheitszustand, als Haupteingabe bereitgestellt. Der Gesundheitszustand verschlechtert sich zunehmend auf Basis der Einsatzumgebung oder der Nutzungsdauer wie bei einer Batterie früherer Produktion, und damit verringert sich die verfügbare Kapazität oder der Widerstand steigt an. Im Allgemeinen nimmt der Gesundheitszustand bis auf ca. 20% ab. Um eine Abnahme der Energie und ein Risiko durch den effizienten Betrieb des Hybridfahrzeugs zu vermeiden, besteht die Notwendigkeit, den Gesundheitszustand genauer zu beurteilen.
Die vorhandenen Verfahren zum Beurteilen des Gesundheitszustands sind verschieden, lassen sich aber in zwei Verfahren einteilen. Bei einem ersten Verfahren wird eine Last mit einer vorgegebenen Frequenz, die die Hardware konfiguriert, direkt an die Batterie gelegt, um deren Impedanz zu messen und den Gesundheitszustand daraus abzuleiten. Bei einem zweiten Verfahren werden Strom- und Spannungspaardaten über einen vorgegebenen Zeitraum erfasst, um die Impedanz oder die verringerte Kapazität indirekt abzuleiten.
Das erste Hardware verwendende Verfahren kann aufgrund von Fehlern, mangelnder Haltbarkeit, hoher Kosten und dgl. für die Konfigurierung einer Schaltung der der Sensoren eine eingeschränkte Leistungsfähigkeit haben. Beim zweiten Verfahren kann die genaue Schlussfolgerung schwierig sein oder es kann eine komplexe Logik aufgrund der ausgeprägten Nichtlinearität und der Störungen durch das Verfahren der Erfassung von Strom- und Spannungspaardaten zur indirekten Ableitung der Impedanz und des verringerten Ladezustands haben.
Demzufolge wird ein Verfahren zum Beurteilen des Gesundheitszustands durch Berechnen der Ladekapazität innerhalb eines bestimmten Spannungsabschnitts auf Basis einer Stromspeicherung entwickelt, das bei Raumtemperatur und bei langsamem Laden angewendet werden kann und das auf akkumulierte Fehlers eines Stromsensors während der Stromspeicherung anspricht.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern und ein Verfahren dafür bereit, mit denen der Gesundheitszustand anhand des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Lithium-Ionen-(Li-Ionen)Parameters, der unter den Batteriemodellparametern eine hohe Korrelation mit dem Kapazitätsschwund der Batterie hat, beurteilt werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein System zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern einen Batteriemodell-Parameterextraktor enthalten, der zum Extrahieren des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter konfiguriert ist; eine Speichereinheit, die zum Speichern einer Mapping-Tabelle, in der die Gesundheitszustände für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter abgebildet sind, konfiguriert ist; und eine Gesundheitszustands-(SOH)Schätzfunktion, die zur Verwendung der Mapping-Tabelle zum Beurteilen des SOH konfiguriert ist, der dem aus dem Batteriemodell-Parameterextraktor extrahierten Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters entspricht.
Der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient des Li-Ione-Parameters kann einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen in einem flüssigen Elektrolyten enthalten. Die Mapping-Tabelle kann Kapazitäten und Kapazitätsschwundwerte der Batterie, die für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameterwertes abgebildet sind, enthalten. Der SOH kann berechnet werden, indem die aktuelle Nennkapazität der Batterie durch die Anfangs-Nennkapazität der Batterie dividiert wird. Der Batteriemodell-Parameterextraktor kann so konfiguriert sein, dass er Spannungsdaten während des Ladens erfasst, und bei abgeschlossenem Laden den Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters mittels der Spannungsdaten extrahiert.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann ein Verfahren zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern enthalten: Bestimmen, ob das Aufladen einer Batterie beginnt; Erfassen von Daten zur Parameterextraktion, wenn das Laden der Batterie beginnt; Extrahieren eines Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters mittels der Daten, wenn das Laden der Batterie endet; und Beurteilen des Gesundheitszustands mittels des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters.
Das Verfahren kann ferner enthalten: vor der Bestimmung, ob das Laden einer Batterie beginnt, Erzeugen und Speichern einer Mapping-Tabelle, in der die SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameterwerts abgebildet sind, durch Berechnen der SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters auf Basis eines Experiments. Beim Erzeugen und Speichern der Mapping-Tabelle können Nennkapazitäten der Batterie für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters berechnet werden und der SOH kann berechnet werden, indem die Nennkapazität der Batterie durch die Anfangs-Nennkapazität der Batterie dividiert und gespeichert wird. Der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient des Li-Ionen-Parameters kann einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen in einem flüssigen Elektrolyten enthalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung erschließen sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
1 ist ein beispielhafter Graph, der eine Änderung der Nennkapazität einer Batterie auf Basis der Nutzung der Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein beispielhaftes Konfigurationsdiagramm eines Systems zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3A ist ein beispielhaftes internes Strukturdiagramm einer Batterie, die mit einer positiven Elektrode, einem Separator und einer negativen Elektrode konfiguriert ist, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3B ist ein beispielhaftes Diagramm, das die Bewegung von Lithiumionen veranschaulicht, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
3C ist ein beispielhaftes Diagramm der Batteriemodellparameter gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein beispielhafter Graph, der eine Änderung der Parameter auf Basis der Kapazitätsschwundwerte für jeden Parameter gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 ist ein beispielhafter Graph, der veranschaulicht, warum ein Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient des Li-Ionen-Parameters verwendet wird, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine beispielhafte Tabelle, in der eine Beziehung zwischen dem Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung und dem Gesundheitszustand (SOH) abgebildet ist; und
7 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass der Begriff ”Fahrzeug” oder ”fahrzeugtechnisch” oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dgl. und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Obwohl das Ausführungsbeispiel so beschrieben wird, dass es eine Mehrzahl Einheiten zur Ausführung der beispielhaften Prozesse verwendet, versteht es sich, dass die beispielhaften Prozesse auch von einem oder einer Mehrzahl Module ausgeführt werden können. Außerdem versteht es sich, dass sich der Begriff Steuerung/Steuereinheit auf ein Hardware-Gerät bezieht, das einen Speicher und einen Prozessor enthält. Der Speicher ist zum Speichern der Module konfiguriert und der Prozessor ist speziell zum Ausführen der Module konfiguriert, um einen oder mehrere der später beschriebenen Prozesse auszuführen.
Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium mit ausführbaren Programmanweisungen, die von einem Prozessor, einer Steuerung und dgl. ausgeführt werden, verwirklicht sein. Beispiele für computerlesbare Medien sind u. a. ROMs, RAMs, Compact Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, USB-Sticks, Smart Cards und optische Datenspeichergeräte. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann auch in netzgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. von einem Telematik-Server oder einem Controller Area Network (CAN).
Die hierin verwendete Terminologie hat den Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet sollen die Singularformen ”einer, eine, eines” und ”der, die, das” auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Außerdem versteht es sich, dass der Begriff ”aufweisen” und/oder ”aufweisend” bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet enthält die Formulierung ”und/oder” sämtliche Kombinationen einer oder mehrerer der aufgeführten Positionen.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Zusammenhang offensichtlich, ist der Begriff ”etwa, ca.” wie hierin verwendet so zu verstehen, dass er sich auf Werte innerhalb des normalen Toleranzbereichs der Technik bezieht, z. B. auf zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. ”Etwa” oder ”ca.” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern aus dem Zusammenhang nicht anderweitig klar hervorgeht, sind alle hierin enthaltenen numerischen Werte durch den Begriff ”etwa, ca.” modifiziert.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung anhand der beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass der Fachmann den Geist der vorliegenden Offenbarung auf einfache Weise verwirklichen kann.
Der Gesundheitszustand (SOH) ist ein Parameter, der eine Änderung der Kennlinie der Nennkapazität der Batterie aufgrund der Alterung quantitativ repräsentiert und der angeben kann, wie stark die Nennkapazität der Batterie gesunken ist. Deshalb kann es die Bestimmung des Gesundheitszustands ermöglichen, eine Batterie zum richtigen Zeitpunkt auszuwechseln und zu verhindern, dass die Batterie überladen und überentladen wird, indem die Lade- und Entladekapazität der Batterie angepasst wird, während die Batterie in Betrieb ist. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung offenbart deshalb eine Technologie zur genaueren Beurteilung des SOH.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung anhand der 1 bis 7 beschrieben.
Eine Batterie für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug kann wiederholt geladen und entladen werden, während das Fahrzeug fährt und kann so konfiguriert sein, dass sie Spannung zum Antrieb des Fahrzeugs liefert. Mit zunehmender Nutzungsdauer der Batterie für das Fahrzeug, kann jedoch die Ladekapazität abnehmen. Wie in 1 dargestellt kann die Ladekapazität der Batterie mit jedem Mal der Batterienutzung stetig abnehmen. Mit anderen Worten, bei einem Zyklus von 0 kann von einer Ladekapazität der Batterie von 100 ausgegangen werden, wenn der Zyklus 500 wird, sinkt die Ladekapazität die Batterie auf 97,5, wenn der Zyklus 1000 wird, beträgt die Ladekapazität der Batterie 93,7 und wenn der Zyklus 2500 wird, wird die Ladekapazität der Batterie auf 85 reduziert. Wenn also die Ladekapazität der Batterie sinkt, kann die Reichweite verkürzt werden, selbst wenn die Batterie geladen ist. Deshalb kann das System zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung die Ladekapazität der Batterie, d. h. den Gesundheitszustand (SOH), genauer beurteilen.
2 ist ein beispielhaftes Konfigurationsdiagramm eines Systems zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Im Folgenden wird der Gesundheitszustand als SOH bezeichnet. Das System zum Beurteilen des Gesundheitszustand anhand von Batteriemodellparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann eine Batterie 200 und eine Batteriemanagementeinheit 100 enthalten, wobei die Batteriemanagementeinheit 100 einen Batteriemodell-Parameterextraktor 110, eine SOH-Schätzfunktiont 120 und eine Speichereinheit 130 enthalten kann. Die Batterie 200 und die Batteriemanagementeinheit 100 mit ihren Komponenten können von einer Steuerung angesteuert werden.
Die Batteriemanagementeinheit 100 kann als ein Batteriemanagementsystem (BMS) implementiert sein, das zum Verwalten des SOH, des Ladezustand (SOC) und dgl. einer Fahrzeugbatterie konfiguriert ist. Auf die Konfiguration eines allgemeinen Batteriemanagementsystems zusätzlich zur Konfiguration zum Beurteilen des SOH, bei dem es sich um ein Merkmal der vorliegenden Offenbarung handelt, wird verzichtet. Der Batteriemodell-Parameterextraktor 110 kann so konfiguriert sein, dass er die mit dem Kapazitätsschwund verbunden Batteriemodellparameter extrahiert, wenn die Batterie 200 zu Laden beginnt (z. B. bei Beginn des Ladens). Der mit dem Kapazitätsschwund verbundene Batteriemodellparameter kann den Li+Flüssigelektrolyt-Diffusionskoeffizienten De, den +Li+Festelektroden-Diffusionskoeffizienten Dsp, den –Li+Festelektroden-Diffusionskoeffizienten Dsn, einen +Elektrodenreaktionsraten-Koeffizienten Kp und einen –Elektrodenreaktionsraten-Koeffizienten Kn enthalten.
Die obigen Parameter hängen mit der Zustandsverschlechterung der Batterie zusammen. Wie in 3A dargestellt kann die Batterie eine positive Elektrode 10, eine negative Elektrode 20 und einen Separator 30 enthaften, der zwischen der positiven Elektrode 10 und negativen Elektrode 20 angeordnet ist, in dem ein Elektrolyte 40 strömen kann. Wie in 3B dargestellt ist, können die Lithiumionen von der negativen Elektrode 20 getrennt werden, so dass sie durch den Separator 30 in die positive Elektrode 10 fließen, wobei der Parameter des –Li+Festelektroden-Diffusionskoeffizienten Dsn einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen an der negativen Elektrode 20, der Parameter des +Li+Festelektroden-Diffusionskoeffizienten Dsp den Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen an der positiven Elektrode 10 und der Parameter des +Elektrodenreaktionsraten-Koeffizienten Kp den Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen am Separator 30 repräsentieren. 3C zeigt eine Reaktionsformel und einen Reaktionsraten-Koeffizienten K auf Basis der Bewegung der Lithiumionen.
4 zeigt jedoch eine Änderung der Parameterwerte für jeden Kapazitätsschwund der obigen fünf Parameter De, Dsp, Dsn, Kp und Kn, wobei zu erkennen ist, dass der +Li+Festelektroden-Diffusionskoeffizient Dsp, der i-Festelektroden Li+Diffusionskoeffizient Dsn und der +Elektroden-Reaktionsraten-Koeffizient Kp keine konstante Kurve haben, sondern sich ändern, während sich der Li+Flüssigelektrolyt-Diffusionskoeffizient De und der –Elektrodenreaktionsraten-Koeffizient Kn konstant exponentiell ändern.
Der Graph von 5, der einen Kapazitätsschwund für einen Li+Flüssigelektrolyt-Diffusionskoeffizienten De darstellt, ist jedoch ähnlich einem Graphen für den Kapazitätsschwund durch eine Kombination der fünf Parameter. Da die fünf Parameter kombiniert sind, ist der Algorithmus komplex und sehr zeitaufwändig. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet den Li+Flüssigelektrolyt-Diffusionskoeffizienten De, bei dem es sich um einen Parameter zum Beurteilen des SOH handelt.
Mit anderen Worten, bei einer Zustandsverschlechterung der Batterie können Phänomene wie eine Anhäufung fester Elektrodenpartikel, eine Ausbildung der Feststoffelektrolytgrenzschicht, Lithiummetallabscheidung, mechanische Rissbildung durch Dauerbeanspruchung und aktive Materialauflösung auftreten. Wenn jedoch die obigen Phänomene auftreten, kann der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen verringert werden und somit kann die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit abnehmen. Da Elektronen durch einen externen Leiterdraht fließen, ist der Elektronenfluss schnell und deshalb braucht der Widerstand nicht berücksichtigt zu werden, und da der Fluss der meisten Lithiumionen in der Batterie behindert ist, kann der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen verringert werden.
Aus der Mapping-Tabelle von 6 ist zu ersehen, dass bei zunehmendem Kapazitätsschwund der Batterie der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen abnimmt. Die SOH-Schätzfunktion 120 kann zur Anwendung der in der Speichereinheit 130 gespeicherten Mapping-Tabelle konfiguriert sein, um den SOH zu bestätigen, der auf die aus dem Batteriemodell-Parameterextraktor 110 extrahierten Parameterwerte abgebildet wird, und so den SOH zu beurteilen. Insbesondere kann der SOH angeben, wie stark die Zustandsverschlechterung oder die Abnahme der Nennkapazität der Batterie fortschreitet (z. B. einen Grad der Zustandsverschlechterung).
Die Speichereinheit 130 kann zum Speichern einer Mapping-Tabelle konfiguriert sein, wie in 6 dargestellt ist, in der die Geschwindigkeit der Lithiumionen, die Nennkapazität der Batterie, der Kapazitätsschwund und der SOH abgebildet sind. Insbesondere kann der SOH nach der folgenden Gleichung 1 berechnet werden.
Gleichung 1

SOH(%) = Current Rated Capacity Of Battery / Initial Rated Capacity Of Battery·100 SOH(%) = Aktuelle Nennkapazität der Batterie / Anfangs-Nennkapazität der Batterie·100

In 6 kann der Kapazitätsschwund eine Größe sein, die durch Subtraktion des SOH von 100 erhalten wird. Die SOH-Schätzfunktion 120 kann zum Messen der Nennkapazitäten der Batterie für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen im Voraus auf Basis eines experimentellen Wertes und zum Berechnen des Kapazitätsschwunds und des SOH zum Erzeugen der Mapping-Tabelle gemäß 6 sowie zum Speichern der erzeugten Mapping-Tabelle in der Speichereinheit 130 konfiguriert werden. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Beurteilen des Gesundheitszustands anhand von Batteriemodellparametern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 7 ausführlich beschrieben. Zunächst sei angenommen, dass die Mapping-Tabelle gemäß 6 in der Speichereinheit 130 gespeichert ist.
Der Batteriemodell-Parameterextraktor 110 kann so konfiguriert sein, dass er bestimmt, ob das Laden der Batterie 200 beginnt (z. B. den Start des Batterieladens bestimmen) (S101) und Daten erfasst, wenn das Laden der Batterie 100 beginnt (S102), die Spannungsdaten enthalten können. Ferner kann der Batteriemodell-Parameterextraktor 110 so konfiguriert sein, dass er bestimmt, ob das Laden endet (S103) und wann das Laden endet, und es kann der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen-Parameter mittels der erfassten Daten extrahiert werden (S104). Insbesondere kann die Extraktion des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter die Berechnung des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen im Flüssigelektrolyten betreffen, und als Verfahren zum Extrahieren von Parameters anhand von Daten während des Ladens kann ein übliches Verfahren angewendet werden, so dass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird. Deshalb kann die SOH-Schätzfunktion 120 so konfiguriert sein, dass sie den SOH extrahiert, der dem Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen entspricht, der anhand der in der Speichereinheit 130 gespeicherten Mapping-Tabelle zum Beurteilen des SOH berechnet wurde (S105).
Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann den Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter im Flüssigelektrolyten anwenden, um den SOH genauer zu extrahieren und dem System einen genaueren SOH für die Berechnung des Ladezustands und dgl. anhand des SOH bereitzustellen, um so die Zuverlässigkeit verschiedener Typen von Steuergeräten mittels des SOH wie dem Ladezustand und dgl. zu verbessern.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, den Gesundheitszustand (SOH) unabhängig von der Ladegeschwindigkeit und der Temperatur genauer zu beurteilen. Ferner ist es gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung möglich, die Zuverlässigkeit der Steuerungstechnologie zusätzlich zur Technologie der Sicherstellung der Zuverlässigkeit des Batteriemodells, der Berechnung des Ladezustands (SOC), der in enger Beziehung zum Gesundheitszustand steht, und dgl. durch genaueres Beurteilen des Gesundheitszustands zu verbessern.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung dienen der Veranschaulichung. Für den Fachmann versteht es sich deshalb, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen, Substitutionen und Hinzufügungen möglich sind, ohne von Gültigkeitsbereich und Geist der Offenbarung wie in den angefügten Ansprüchen offenbart abzuweichen und dass derartigen Modifikationen, Änderungen, Substitutionen und Hinzufügungen vom Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung erfasst sind.
Bezugszeichenliste

110: BATTERIEMODELL-PARAMETEREXTRAKTOR
120: SOH-SCHÄTZFUNKTION
130: SPEICHEREINHEIT
200: BATTERIE

Claims

System zum Beurteilen des Gesundheitszustands (SOH) anhand von Batteriemodellparametern, aufweisend: einen Batteriemodell-Parameterextraktor, der zum Extrahieren des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Lithiumionen-(Li-Ionen)Parameter konfiguriert ist; eine Speichereinheit, die zum Speichern Mapping-Tabelle, in der der Gesundheitszustand für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter abgebildet ist, konfiguriert ist; und eine SOH-Schätzfunktion, die zur Verwendung der Mapping-Tabelle zum Beurteilen des SOH konfiguriert ist, der dem aus dem Batteriemodell-Parameterextraktor extrahierten Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters entspricht.
System nach Anspruch 1, wobei der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient des Li-Ionen-Parameters einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen in einem Flüssigelektrolyten enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Mapping-Tabelle die Nennkapazitäten und den Kapazitätsschwund der Batterie enthält, die für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen-Parameterwert abgebildet sind.
System nach Anspruch 3, wobei der SOH durch Dividieren der aktuellen Nennkapazität einer Batterie durch die Anfangs-Nennkapazität der Batterie berechnet wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Batteriemodell-Parameterextraktor zum Erfassen von Spannungsdaten während des Ladens und wenn das Laden abgeschlossen ist und zum Extrahieren des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters anhand der Spannungsdaten konfiguriert ist.
Verfahren zum Beurteilen des Gesundheitszustands (SOH) anhand von Batteriemodellparametern, aufweisend: Bestimmen, ob eine Batterie zu laden beginnt, durch eine Steuerung; Erfassen von Daten für die Parameterextraktion, wenn die Batterie zu laden beginnt, durch die Steuerung; Extrahieren eines Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Lithiumionen-(Li-Ionen)Parameters anhand der Daten, wenn das Laden der Batterie endet, durch die Steuerung; und Beurteilen des Gesundheitszustands anhand des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters durch die Steuerung.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: vor der Bestimmung, ob die Batterie zu laden beginnt, Erzeugen und Speichern einer Mapping-Tabelle, in der der SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameterwert abgebildet ist, durch die Steuerung durch Berechnen des SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters auf Basis eines Experiments.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei beim Erzeugen und Speichern der Mapping-Tabelle die Nennkapazitäten der Batterie für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters berechnet werden und der SOH durch Dividieren der aktuellen Nennkapazität der Batterie durch die Anfangs-Nennkapazität der Batterie berechnet und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient des Li-Ionen-Parameters einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen in einem Flüssigelektrolyten enthält.
Nicht flüchtiges computerlesbares Medium mit Programmanweisungen, die von einer Steuerung ausgeführt werden, wobei das computerlesbare Medium aufweist: Programmanweisungen, die bestimmen, ob eine Batterie zu laden beginnt; Programmanweisungen, die Daten zur Parameterextraktion erfassen, wenn die Batterie zu laden beginnt; Programmanweisungen, die einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Lithium-ionen-(Li-Ionen)Parameters anhand der Daten extrahieren, wenn das Laden der Batterie endet; und Programmanweisungen, die den Gesundheitszustand anhand des Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters beurteilen.
Nicht flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 10, ferner aufweisend: Programmanweisungen, die eine Mapping-Tabelle erzeugen und speichern, in der der SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameterwertes abgebildet ist, indem der SOH für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen-Parameter auf Basis eines Experiments vor der Bestimmung, ob die Batterie zu laden beginnt, berechnet wird.
Nicht flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 11, wobei beim Erzeugen und Speichern der Mapping-Tabelle die Nennkapazitäten der Batterie für jeden Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten des Li-Ionen-Parameters berechnet werden und der SOH durch Dividieren der aktuellen Nennkapazität der Batterie durch die Anfangs-Nennkapazität der Batterie berechnet und gespeichert wird.
Nicht flüchtiges computerlesbares Medium nach Anspruch 10, wobei der Flüssigphasen-Diffusionskoeffizient der Li-Ionen-Parameter einen Flüssigphasen-Diffusionskoeffizienten der Li-Ionen in einen Flüssigelektrolyten enthält.