DE102016219621A1 - Method for balancing calculation parameters for temperature determination in an energy store - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Abgleich von Berechnungs-Parametern (f(X)) zur Temperaturbestimmung in einem Energiespeicher mit wenigstens einem Batteriemodul, das wenigstens eine Batteriezelle umfasst, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, werden zu vorgegebenen Zeitpunkten folgende Schritte durchgeführt werden. Es wird ein Zustand erkannt, in dem eine Abhängigkeit des internen Temperaturwerts (Tint) von einem externen Temperaturwert (Text), der einer Temperatur außerhalb der wenigstens einen Batteriezelle entspricht, bekannt ist. Es wird ein tatsächlicher interner Temperaturwert des Energiespeichers ermittelt. Es wird ein aktueller Wert (X) einer internen physikalischen Größe des Energiespeichers ermittelt, die in einer bekannten Abhängigkeit von der internen Temperatur (Tint) des Energiespeichers variiert. Es wird ein interner Temperaturwert (Tint) für den Energiespeicher aus dem ermittelten Wert (X) unter Verwendung eines bisherigen Satzes von Berechnungsparametern (f(X)) berechnet. Der tatsächliche interne Temperaturwert wird mit dem berechneten internen Temperaturwert (Tint) verglichen, und der Satz von Berechnungsparametern (f(X)) wird angepasst, wenn der berechnete interne Temperaturwert (Tint) vom tatsächlichen internen Temperaturwert abweicht.In a method for the adjustment of calculation parameters (f (X)) for temperature determination in an energy store having at least one battery module, which comprises at least one battery cell, in particular for an electrically driven vehicle, the following steps will be performed at predetermined times. A state is detected in which a dependence of the internal temperature value (Tint) on an external temperature value (text) which corresponds to a temperature outside the at least one battery cell is known. An actual internal temperature value of the energy store is determined. A current value (X) of an internal physical quantity of the energy store is determined, which varies in a known dependence on the internal temperature (Tint) of the energy store. An internal temperature value (Tint) for the energy storage is calculated from the determined value (X) using a previous set of calculation parameters (f (X)). The actual internal temperature value is compared with the calculated internal temperature value (Tint), and the set of calculation parameters (f (X)) is adjusted when the calculated internal temperature value (Tint) deviates from the actual internal temperature value.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich von Berechnungsparametern zur Temperaturbestimmung in einem Energiespeicher, insbesondere einem Energiespeicher eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. The invention relates to a method for balancing calculation parameters for temperature determination in an energy store, in particular an energy store of an electrically driven vehicle.
Ein derartiger Energiespeicher setzt sich meist aus mehreren Batteriemodulen zusammen, von denen jedes mehrere einzelne Batteriezellen umfasst, in denen die chemische Reaktion zur Erzeugung von Elektrizität abläuft. Such an energy store is usually composed of several battery modules, each of which comprises a plurality of individual battery cells in which the chemical reaction to generate electricity takes place.
Der elektrische Energiespeicher sollte stets in einem bestimmten Temperatursegment gehalten werden, damit eine optimale Leistung erzielt werden kann, ein sicherer Betrieb gewährleistet ist und Alterungsprozesse minimiert werden. Entscheidend ist hier offensichtlich die aktuelle interne Temperatur der einzelnen Batteriezellen des Energiespeichers. The electrical energy storage should always be kept within a certain temperature range, so that optimum performance can be achieved, safe operation is ensured and aging processes are minimized. Crucial here is obviously the current internal temperature of the individual battery cells of the energy storage.
Zur Verringerung des technischen Aufwands und damit der Kosten werden jedoch normalerweise die Temperaturen nur an wenigen Stellen im Energiespeicher erfasst und zudem meist nicht im Inneren der einzelnen Batteriemodule oder gar der einzelnen Batteriezellen, sondern durch einen Temperatursensor im Bereich eines Außengehäuses, das den Energiespeicher gegenüber der Umgebung abschließt. Diese so gemessene externe Temperatur kann um einen relativ großen Betrag von der tatsächlichen internen Temperatur in den Batteriezellen abweichen sowie eine beträchtliche Zeitverzögerung gegenüber dieser aufweisen. To reduce the technical complexity and thus the cost, however, the temperatures are usually detected only in a few places in the energy storage and also usually not inside the individual battery modules or even the individual battery cells, but by a temperature sensor in the region of an outer housing, the energy storage against the Environment completes. This external temperature so measured may differ by a relatively large amount from the actual internal temperature in the battery cells and may have a considerable time delay therefrom.
Es ist auch bekannt, eine Temperatur aus einer gemessenen Impedanz des Energiespeichers abzuleiten, die in einer bekannten Abhängigkeit von der Temperatur variiert. In die Berechnung der internen Temperatur aus den gemessenen Werten geht allerdings auch der aktuelle Alterungszustand der einzelnen Batteriezellen ein, der Alterungsprozessen oder anderen Verschleißfaktoren unterworfen ist und sich daher über die Lebensdauer des Energiespeichers verändert. It is also known to derive a temperature from a measured impedance of the energy store, which varies in a known dependence on the temperature. However, the calculation of the internal temperature from the measured values also includes the current aging state of the individual battery cells, which is subject to aging processes or other wear factors and therefore changes over the life of the energy store.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise die Genauigkeit eines Verfahrens zur Bestimmung der internen Temperatur des Energiespeichers zu erhöhen. The object of the invention is to increase the accuracy of a method for determining the internal temperature of the energy store in a simple manner.
Dies wird mit einem Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Schritten erreicht. Zum Abgleich von Berechnungsparametern zur Temperaturbestimmung in einem Energiespeicher mit wenigstens einem Batteriemodul, das wenigstens eine Batteriezelle umfasst und das insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug verwendet wird, werden zu vorgegebenen Zeitpunkten die folgenden Schritte durchgeführt:
- a) Erkennen eines thermischen Gleichgewichts zwischen einem internen Temperaturwert innerhalb einer Batteriezelle und einem externen Temperaturwert, der einer Temperatur außerhalb der wenigstens einen Batteriezelle entspricht,
- b) Ermitteln eines tatsächlichen internen Temperaturwerts des Energiespeichers,
- c) Ermitteln eines aktuellen Werts einer internen physikalischen Größe des Energiespeichers, die in einer bekannten Abhängigkeit von der internen Temperatur des Energiespeichers variiert,
- d) Berechnen eines internen Temperaturwerts für den Energiespeicher aus dem ermittelten Wert unter Verwendung eines bisherigen Satzes von Berechnungsparametern,
- e) Vergleichen des tatsächlichen internen Temperaturwerts mit dem berechneten internen Temperaturwert und
- f) Anpassen des Satzes von Berechnungsparametern, wenn der berechnete interne Temperaturwert vom tatsächlichen internen Temperaturwert abweicht.
- a) detecting a thermal equilibrium between an internal temperature value within a battery cell and an external temperature value which corresponds to a temperature outside the at least one battery cell,
- b) determining an actual internal temperature value of the energy store,
- c) determining a current value of an internal physical quantity of the energy store which varies in a known dependence on the internal temperature of the energy store,
- d) calculating an internal temperature value for the energy store from the determined value using a previous set of calculation parameters,
- e) comparing the actual internal temperature value with the calculated internal temperature value and
- f) adjusting the set of calculation parameters if the calculated internal temperature value deviates from the actual internal temperature value.
Vorteilhaft enthalten die Berechnungsparameter einen Zusammenhang mit einem Alterungszustand des Energiespeichers und insbesondere der einzelnen Batteriezellen. Der Alterungszustand hängt dabei nicht nur vom tatsächlichen Lebensalter des Energiespeichers bzw. der einzelnen Batteriezellen ab, sondern auch von anderen Verschleißerscheinungen, der bisherigen Anzahl an Ladungszyklen oder ähnlichem. Advantageously, the calculation parameters contain a relationship with an aging state of the energy store and in particular of the individual battery cells. The state of aging depends not only on the actual age of the energy storage or the individual battery cells, but also from other signs of wear, the previous number of charge cycles or the like.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich zu Nutze, dass es möglich ist, von einem externen Temperaturwert eindeutig auf den tatsächlichen aktuellen internen Temperaturwert innerhalb einer oder aller der Batteriezellen zu schließen, wenn sich der Energiespeicher in einem thermischen Gleichgewicht z.B. mit seiner Umgebung befindet. Die Kenntnis der tatsächlichen internen Temperatur, die sich in diesem Fall ohne eine Temperaturmessung im Inneren der Batteriezelle ergibt, ermöglicht auf einfache Weise eine Anpassung bzw. Nachführung des im laufenden Betriebs zur Berechnung des internen Temperaturwert verwendeten Satzes von Berechnungsparametern, damit dieser insbesondere mit einem aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers abgeglichen ist. Der Berechnung der internen Temperaturwerte können somit stets dem aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers entsprechende Berechnungsparameter zugrunde gelegt werden, sodass der berechnete interne Temperaturwert stets nur geringfügig vom tatsächlichen internen Temperaturwert abweicht. So können im normalen Betrieb ermittelte interne Temperaturwerte des Energiespeichers genutzt werden, um die abgegebene Leistung zu verbessern, eine höhere Reichweite zu erreichen und eine Zustandsvorhersage des Energiespeichers zu präzisieren. The method according to the invention makes use of the fact that it is possible to clearly deduce from an external temperature value the actual actual internal temperature value within one or all of the battery cells when the energy store is in thermal equilibrium, for example with its environment. The knowledge of the actual internal temperature, which in this case results without a temperature measurement inside the battery cell, makes it easy to adapt or track the set of calculation parameters used during operation for calculating the internal temperature value, in particular with a current one Aging condition of the energy storage is balanced. The calculation of the internal temperature values can thus always be based on the calculation parameters corresponding to the current aging state of the energy store so that the calculated internal temperature value always deviates only slightly from the actual internal temperature value. In this way, internal energy storage temperature values determined during normal operation can be used to improve the power output, to achieve a higher range and to specify a state prediction of the energy store.
Ein einzelner Satz von Berechnungsparametern ist dabei Teil einer Gesamtheit von Berechnungsparametern, die eine Vielzahl von Sätzen von Berechnungsparametern umfasst. A single set of calculation parameters is part of a set of calculation parameters that includes a plurality of sets of calculation parameters.
Generell beschreibt die Gesamtheit der Berechnungsparameter eine Abhängigkeit wenigstens einer zellinternen physikalischen Größe sowohl von der internen Temperatur als auch von anderen Einflüssen, die die Temperaturabhängigkeit insbesondere im Verlauf langer Zeiträume verändern. In general, the totality of the calculation parameters describes a dependence of at least one cell-internal physical quantity both on the internal temperature and on other influences which change the temperature dependence, in particular over long periods of time.
Die Gesamtheit der Berechnungsparameter kann sowohl über vorab ermittelte analytische oder empirische Gleichungen darstellbar sein, oder als einzelne Daten bzw. Wertepaare mit der internen Temperatur empirisch oder über eine Simulation ermittelt werden. Sie kann beispielsweise in Form eines Kennfeldes, einer Kurvenschar oder einer Lookup Table vorliegen, aus der der jeweilig verwendete Satz von Berechnungsparametern entnommen wird. The totality of the calculation parameters can be represented both by previously determined analytical or empirical equations, or determined as individual data or value pairs with the internal temperature empirically or via a simulation. It can for example be in the form of a characteristic field, a family of curves or a lookup table, from which the respective set of calculation parameters used is taken.
Ein einzelner Satz von Berechnungsparametern besteht z.B. aus einer Gruppe von Daten, beispielsweise einer Funktion des internen Temperaturwerts in Abhängigkeit von der physikalischen Größe oder einer Lookup Table, oder nur aus einem oder mehreren einzelnen Werten, die z.B. die Krümmung der die Temperaturabhängigkeit beschreibenden Funktion bestimmen. Der Satz von Berechnungsparametern beschreibt dabei vorzugsweise die Temperaturabhängigkeit der internen physikalischen Größe über einen für den Betrieb des Energiespeichers relevanten Temperaturbereich, für einen spezifischen Alterungszustand des Energiespeichers bzw. eines seiner Batteriemodule oder einer seiner Batteriezellen. A single set of calculation parameters consists e.g. from a group of data, for example a function of the internal temperature value depending on the physical quantity or a lookup table, or only one or more individual values, e.g. determine the curvature of the function describing the temperature dependence. The set of calculation parameters preferably describes the temperature dependence of the internal physical variable over a temperature range relevant to the operation of the energy store, for a specific aging state of the energy store or one of its battery modules or one of its battery cells.
Beim Abgleich der Berechnungsparameter wird ein Satz von Berechnungsparametern aus der vorab ermittelten und abgespeicherten Gesamtheit an Berechnungsparametern ausgewählt. Der Abgleich erfolgt, indem der bisherig verwendete Satz von Berechnungsparametern gegen einen anderen Satz von Berechnungsparametern aus der abgespeicherten Gesamtheit der Berechnungsparameter ersetzt wird, der besser zum aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers passt als der bisherig verwendete Parametersatz. Es werden also in der Regel keine Berechnungsparameter neu ermittelt und der Gesamtheit hinzugefügt. Sollte das ermittelte Wertepaar aus tatsächlichem internen Temperaturwert und der ermittelten physikalischen Größe nicht auf einem bekannten Wertepaar der Gesamtheit der Berechnungsparameter liegen, kann aber natürlich ein geeigneter Mittelwert aus zwei benachbarten bekannten Wertepaaren der Berechnungsparameter gebildet werden, um den angepassten Satz von Berechnungsparametern darzustellen. When adjusting the calculation parameters, a set of calculation parameters is selected from the previously determined and stored set of calculation parameters. The adjustment takes place by replacing the previously used set of calculation parameters with another set of calculation parameters from the stored set of calculation parameters, which better matches the current state of aging of the energy store than the parameter set used hitherto. As a rule, no calculation parameters are newly determined and added to the whole. Of course, if the determined value pair of the actual internal temperature value and the determined physical quantity does not lie on a known value pair of the totality of the calculation parameters, a suitable average of two adjacent known value pairs of the calculation parameters can be formed to represent the adjusted set of calculation parameters.
Die Gesamtheit der Berechnungsparameter enthält vorzugsweise einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der physikalischen Größe und dem internen Temperaturwert für den gesamten relevanten Temperaturbereich für unterschiedliche Alterungszustände des Energiespeichers entstehen. Es ist daher ausreichend, ein einziges Wertepaar aus der physikalischen Größe und der aktuellen internen Temperatur zu bestimmen, um einen eindeutigen, angepassten Satz von Berechnungsparametern auswählen zu können, der eine korrekte Berechnung der internen Temperatur für den gesamten relevanten Temperaturbereich erlaubt. Daher wird vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren jeweils nur für einen einzigen aktuellen internen Temperaturwert durchgeführt. The totality of the calculation parameters preferably contains a clear relationship between the physical quantity and the internal temperature value for the entire relevant temperature range for different aging states of the energy store. It is therefore sufficient to be able to determine a single value pair from the physical quantity and the current internal temperature in order to be able to select a unique, adjusted set of calculation parameters which allows a correct calculation of the internal temperature for the entire relevant temperature range. Therefore, the method according to the invention is preferably carried out in each case only for a single current internal temperature value.
Die Adaption des Satzes von Berechnungsparametern zu vorgegebenen Zeitpunkten sorgt dafür, dass im laufenden Betrieb die Berechnung des internen Temperaturwerts stets mit Berechnungsparametern erfolgt, die insbesondere den aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers wiedergeben. The adaptation of the set of calculation parameters at predetermined times ensures that during operation, the calculation of the internal temperature value always takes place with calculation parameters, which in particular reflect the current aging state of the energy store.
Die vorgegebenen Zeitpunkte können beispielsweise einem festgelegten Intervall folgen, das beispielweise einige Wochen oder Monate umfasst. Der Abgleich des Satzes von Berechnungsparametern kann aber z.B. auch jeweils im Rahmen einer Fahrzeuginspektion durchgeführt werden. For example, the given times may follow a predetermined interval, including, for example, a few weeks or months. However, the adjustment of the set of calculation parameters may be e.g. also be carried out in each case as part of a vehicle inspection.
Vorzugsweise wird der Satz von Berechnungsparameter nur dann angepasst, wenn der berechnete interne Temperaturwert um mehr als eine vorgegebene Differenz vom tatsächlichen internen Temperaturwert abweicht. Der Differenzwert kann z.B. 1 K betragen. Es hat sich herausgestellt, dass geringe Abweichungen keine negativen Auswirkungen haben, sodass die Größe der Gesamtheit der Berechnungsparameter und damit der Aufwand zur deren vorab erfolgenden Bestimmung reduziert werden kann. Preferably, the set of calculation parameters is adjusted only if the calculated internal temperature value deviates by more than a predetermined difference from the actual internal temperature value. The difference value may e.g. 1 K amount. It has been found that small deviations have no negative effects, so that the size of the totality of the calculation parameters and thus the effort for their preliminary determination can be reduced.
Grundsätzlich kann die Ermittlung des Werts der internen physikalischen Größe und das Berechnen des internen Temperaturwertes daraus insgesamt für den gesamten Energiespeicher erfolgen, für eines oder mehrere der Batteriemodule oder für eine oder mehrere der einzelnen Batteriezellen. Vorzugsweise wird stets für alle einzelnen Batteriezellen ein interner Temperaturwert ermittelt, da dies das genaueste Abbild des aktuellen Alterungszustands des Energiespeichers ergibt und somit beispielsweise übermäßige Alterungsprozesse aufgrund einer überhöhten Temperatur einzelner Batteriezellen vermeidbar sind. In principle, the determination of the value of the internal physical quantity and the calculation of the internal temperature value can be effected therefrom in total for the entire energy store, for one or more of the battery modules or for one or more of the individual battery cells. Preferably, an internal temperature value is always determined for all individual battery cells, since this gives the most accurate image of the current state of aging of the energy storage and thus, for example, excessive aging processes due to excessive temperature of individual battery cells can be avoided.
Das Ermitteln des Werts der internen physikalischen Größe erfolgt normalerweise durch ein direktes Messen dieser Größe selbst oder einer anderen Größe, aus der die interne physikalische Größe einfach ableitbar ist. Determining the value of the internal physical quantity is usually done by directly measuring that size itself or another quantity from which the internal physical quantity is easily derivable.
Eine besonders bevorzugt verwendete interne physikalische Größe ist die Impedanz, da diese Größe einfach mit der notwendigen Genauigkeit erfassbar ist und sowohl deren Realteil als auch deren Imaginärteil eine direkte eindeutige Temperaturabhängigkeit zeigt. Es könnte beispielsweise auch eine Durchtrittsfrequenz des verwendeten Messkreises erfasst werden, die ebenfalls abhängig von der internen Zelltemperatur ist. An especially preferred internal physical quantity is the impedance, since this quantity can be easily detected with the necessary accuracy and both its real part and its imaginary part show a direct, unambiguous temperature dependence. For example, it would also be possible to detect a passage frequency of the measuring circuit used, which is likewise dependent on the internal cell temperature.
Prinzipiell wäre die Verwendung jeder anderen sinnvoll messbaren physikalischen Größe möglich, die eine geeignete Temperaturabhängigkeit zeigt. In principle, it would be possible to use any other sensibly measurable physical quantity which shows a suitable temperature dependence.
Das Verfahren zum Abgleich der Berechnungsparameter wird vorteilhaft dann ausgeführt, wenn ein thermisches Gleichgewicht zwischen der unmittelbaren Umgebung des Energiespeichers und dem Inneren des Energiespeichers und damit der einzelnen Batteriezellen herrscht. Hierbei kann entweder angenommen werden, dass im Inneren des Energiespeichers dieselbe Temperatur wie beispielsweise direkt am Außengehäuse des Energiespeichers herrscht, oder es kann bei einem dynamischen thermischen Gleichgewicht eine bekannte Abhängigkeit zugrunde gelegt werden. Hierbei lässt sich beispielsweise die Temperatur des Energiespeichers gezielt durch Aufheizen oder Abkühlen einstellen, und eine bekannte, vorher ermittelte Wärmeverteilung oder Wärmeleitung zwischen dem Heiz-/Kühlmittel, dem Inneren der Batteriezellen sowie der unmittelbaren Umgebung des Energiespeichers ausnutzen. The method for adjusting the calculation parameters is advantageously carried out when there is a thermal equilibrium between the immediate surroundings of the energy store and the interior of the energy store and thus of the individual battery cells. In this case, it can either be assumed that the same temperature prevails inside the energy store as, for example, directly at the outer housing of the energy store, or a known dependency can be used for a dynamic thermal equilibrium. In this case, for example, the temperature of the energy store can be adjusted selectively by heating or cooling, and utilize a known, previously determined heat distribution or heat conduction between the heating / cooling means, the interior of the battery cells and the immediate environment of the energy storage.
In Schritt b), also beim Ermitteln des tatsächlichen internen Temperaturwerts des Energiespeichers, wird vorzugsweise eine externe Temperatur gemessen, und der tatsächliche interne Temperaturwert wird dem gemessenen externen Temperaturwert gleichgesetzt. Hierzu sollte sich der Energiespeicher in einem thermischen Gleichgewicht befinden, in dem die externe Temperatur mit der internen Temperatur übereinstimmt. In step b), that is to say when determining the actual internal temperature value of the energy store, an external temperature is preferably measured, and the actual internal temperature value is set equal to the measured external temperature value. For this purpose, the energy storage should be in a thermal equilibrium, in which the external temperature coincides with the internal temperature.
Im oder am Energiespeicher ist vorzugsweise zumindest ein Temperaturfühler angeordnet, beispielsweise in direktem Kontakt mit einem Außengehäuse des Energiespeichers, wobei der Temperaturfühler außen oder innen im Außengehäuse angeordnet sein kann. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines einzigen Temperaturfühlers ausreichend ist. Auf diese Weise kann der externe Temperaturwert einfach durch eine Temperaturmessung an einem Außengehäuse des Energiespeichers ermittelt werden. In or on the energy store, at least one temperature sensor is preferably arranged, for example in direct contact with an outer housing of the energy store, wherein the temperature sensor can be arranged outside or inside in the outer housing. It has been found that the use of a single temperature sensor is sufficient. In this way, the external temperature value can be easily determined by a temperature measurement on an outer casing of the energy store.
In einer möglichen Variante des Verfahrens umfasst Schritt a), also das Erkennen eines thermischen Gleichgewichts, das Erkennen, dass sich der Energiespeicher in einem Ruhezustand befindet, in dem er keine Wärmeenergie abgibt. Der Ruhezustand ist insbesondere dadurch definiert, dass keine Energieabgabe durch eine Leistungsanforderung an den Energiespeicher, aber auch keine Energieaufnahme durch einen Ladestrom erfolgt. Der erkannte Ruhezustand sollte vorzugsweise länger als eine vorgegebene Zeitspanne, beispielsweise etwa 20 Minuten, andauern, bevor die Schritte b) und c) durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich tatsächlich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat. In one possible variant of the method, step a), that is to say the detection of a thermal equilibrium, comprises recognizing that the energy store is in an idle state in which it does not emit heat energy. The idle state is defined in particular by the fact that no energy is released by a power requirement to the energy storage, but also no energy absorption by a charging current. The detected idle state should preferably last longer than a predetermined period of time, for example about 20 minutes, before performing steps b) and c) to ensure that a thermal equilibrium has actually set.
Hierbei kann beispielsweise eine Phase des Stillstands des Fahrzeugs ausgenutzt werden, etwa, wenn dieses über Nacht abgestellt ist, sodass nach einer gewissen Zeit der insbesondere voll geladene Energiespeicher nach Beenden des Ladevorgangs Umgebungstemperatur angenommen hat. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die interne tatsächliche Temperatur der Batteriezellen mit der Umgebungstemperatur des Energiespeichers übereinstimmt. In this case, for example, a phase of the standstill of the vehicle can be exploited, for example, if this is turned off overnight, so after a certain time the particular fully charged energy storage has assumed ambient temperature after completion of the charging process. In this case, it can be assumed that the internal actual temperature of the battery cells coincides with the ambient temperature of the energy storage.
Alternativ ist es auch möglich, das thermische Gleichgewicht in Schritt a) gezielt herbeizuführen, indem der Energiespeicher auf einen vorgegebenen externen Temperaturwert eingestellt wird, insbesondere durch Aufheizen oder Abkühlen wird. Alternatively, it is also possible to purposefully bring about the thermal equilibrium in step a) by setting the energy store to a predetermined external temperature value, in particular by heating or cooling.
In diesem Fall erfolgt das Aufheizen oder Abkühlen bevorzugt nur dann, wenn der Energiespeicher mit Ladestrom versorgt wird. In this case, the heating or cooling preferably takes place only when the energy storage is supplied with charging current.
Das Erkennen des thermischen Gleichgewichts in Schritt a) kann auch umfassen, einen zeitlichen Gradienten des berechneten internen Temperaturwerts sowie des externen Temperaturwerts zu ermitteln und die weiteren Schritte erst dann durchzuführen, wenn die Gradienten unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen. Dies bedeutet, dass sich der berechnete interne Temperaturwert und der externe Temperaturwert über eine vorgegebene Zeitspanne, beispielsweise etwa 20 Minuten, nicht zu stark ändern dürfen, bevor angenommen wird, dass der Energiespeicher sich in einem thermischen Gleichgewicht befindet. Erst nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts und somit insbesondere einer Übereinstimmung des externen und des tatsächlichen internen Temperaturwerts werden die Messung des externen Temperaturwerts und der physikalischen Größe sowie die Berechnung der internen Temperatur und die Anpassung des Satzes von Berechnungsparametern durchgeführt. The detection of the thermal equilibrium in step a) can also include determining a time gradient of the calculated internal temperature value and of the external temperature value and to carry out the further steps only if the gradients lie below a predefined threshold value. This means that the calculated internal temperature value and the external temperature value must not change too much over a predetermined period of time, for example about 20 minutes, before it is assumed that the energy store is in thermal equilibrium. Only after reaching the thermal equilibrium, and thus in particular a match of the external and the actual internal temperature value, the measurement of the external temperature value and the physical quantity and the calculation of the internal temperature and the adjustment of the set of calculation parameters are performed.
Im laufenden normalen Fahrbetrieb wird der interne Temperaturwert insbesondere einfach bestimmt, indem der Wert der internen physikalischen Größe ermittelt wird und der interne Temperaturwert aus dem ermittelten Wert der physikalischen Größe unter Verwendung des aktuellen, unter Verwendung eines oben beschriebenen Verfahrens angepassten Satzes von Berechnungsparametern berechnet wird. Specifically, in the current normal running mode, the internal temperature value is determined simply by determining the value of the internal physical quantity and calculating the internal temperature value from the detected physical quantity value using the current set of calculation parameters adjusted using a method described above.
Unter einer "Berechnung" wird im Rahmen dieser Anmeldung grundsätzlich sowohl eine mathematische Berechnung aus einer analytisch oder empirisch ermittelten Formel sowie auch ein Nachschlagen in einem Kennfeld oder einer Lookup-Table verstanden. For the purposes of this application, a "calculation" is understood to mean in principle both a mathematical calculation from an analytically or empirically determined formula and also a look-up in a characteristic field or a look-up table.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher dargestellt. In den Zeichnungen zeigen: The invention will now be described in more detail with reference to several embodiments with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
In
In einem Außengehäuse
Der Energiespeicher
In diesem Beispiel ist an der Innenseite des Außengehäuses
Im normalen Betrieb des Energiespeichers
Zur Ermittlung der internen Temperatur Tint im laufenden Fahrbetrieb wird ein aktueller Wert X einer geeigneten internen physikalischen Größe des Energiespeichers gemessen, die in einer bekannten Abhängigkeit von der internen Temperatur Tint des Energiespeichers
In dem hier gezeigten Beispiel wird die Temperatur Tint auf Ebene der Batteriezellen
Die Temperaturwerte Tint sämtlicher Batteriezellen
Anstelle einer Messung auf Ebene der Batteriezellen
Die Batteriezellen
Die Messelektronik
Eine alternative Lösung zur Messung und Kommunikation der gemessenen Impedanzwerte wäre beispielsweise, von der Steuereinheit
Die Verwendung einer Messelektronik
Der interne Temperaturwert Tint für die einzelne Batteriezelle
Wie in der
Allerdings gehen in die Temperaturabhängigkeit der Impedanz Z auch andere Größen mit ein, unter anderem der Alterungsgrad der Batteriezelle
Für die Erstellung einer Gesamtheit von Berechnungsparametern, die die Temperaturabhängigkeit der Impedanz Z (oder einer anderen geeigneten internen physikalischen Größe) für die gesamte Lebensdauer des Energiespeichers
Somit erlaubt die Gesamtheit der Berechnungsparameter eine korrekte Berechnung der internen Temperatur Tint als Funktion des Wertes X, wenn der jeweilige passende Satz von Berechnungsparametern f(X) verwendet wird, der den aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers beschreibt. Thus, the set of calculation parameters allows a correct calculation of the internal temperature T int as a function of the value X when using the respective appropriate set of calculation parameters f (X) describing the current aging state of the energy storage.
Um den verwendeten Satz von Berechnungsparametern f(X) an den tatsächlichen aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers
Zunächst wird überprüft und erkannt, ob sich der Energiespeicher
Nur wenn sich der Energiespeicher
Das Erkennen des thermischen Gleichgewichts wird beispielsweise wie in
Jetzt wird der externe Temperaturwert Text gemessen, beispielsweise über den Temperaturfühler
Außerdem wird der Wert X der internen physikalischen Größe, also hier die Impedanz Z, gemessen, in diesem Beispiel für jede Batteriezelle
Mit dem bisherigen Satz von Berechnungsparametern f(X) wird aus dem Wert X ein interner Temperaturwert Tint berechnet. With the previous set of calculation parameters f (X), an internal temperature value T int is calculated from the value X.
Durch eine Differenzbildung wird überprüft, ob eine Abweichung ΔT zwischen der tatsächlichen internen Temperatur, also dem externen Temperaturwert Text, und dem berechneten internen Temperaturwert Tint besteht. Ist der Differenzbetrag ΔT größer als ein vorgegebener Schwellenwert ST, der beispielsweise 1 K betragen kann, erfolgt eine Anpassung der Satzes von Berechnungsparametern f(X) auf einen Satz aus der Gesamtheit der Berechnungsparameter, der dem aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers
Abhängig vom Aufbau des Energiespeichers
Die folgenden Temperaturmessungen der Temperatur Tint im laufenden Betrieb werden dann mit dem neuen, angepassten Satz von Berechnungsparametern f(X) durchgeführt, sodass die aus der Impedanz Z berechnete interne Temperatur Tint der Batteriezellen
Im Gegensatz zu dem gerade beschriebenen zeitgesteuerten Abgleich kann auch ein temperaturgesteuerter Abgleich durchgeführt werden. Dies ist in
In diesem Fall wird beispielsweise zuerst geprüft, ob ein Wärmeeintrag in den Energiespeicher
Aus der Differenz ΔT des berechneten Temperaturwerts Tint und der tatsächlichen internen Temperatur, die ja dem externen Temperaturwert Text entspricht wird, entschieden, ob der Satz von Berechnungsparametern f(X) angepasst wird oder ob der bisherige Satz beibehalten wird. Eine Anpassung erfolgt, wie im gerade beschriebenen Beispiel, wenn die Differenz ΔT aus dem berechneten internen Temperaturwert Tint und der tatsächlichen internen Temperatur, also Text, größer einem Schwellwert ST, beispielsweise 1 K, ist. From the difference ΔT of the calculated temperature value T int and the actual internal temperature, which corresponds to the external temperature value T ext , it is decided whether the set of calculation parameters f (X) is adjusted or whether the previous sentence is retained. An adaptation takes place, as in the example just described, when the difference ΔT from the calculated internal temperature value T int and the actual internal temperature, ie T ext , is greater than a threshold value S T , for example 1 K.
Anstatt abzuwarten, bis sich ein thermisches Gleichgewicht mit einer Umgebungstemperatur eingestellt hat, ist es auch möglich, aktiv den gesamten Energiespeicher
In der in
Der Energiespeicher
Zum Überprüfen, ob ein thermisches Gleichgewicht erreicht ist, wird der externe Temperaturwert Text gemessen und mit der Zieltemperatur TZiel verglichen, solange bis diese beiden Temperaturen übereinstimmen. To check whether a thermal equilibrium has been reached, the external temperature value T ext is measured and compared with the target temperature T target , as long as these two temperatures coincide.
Jetzt wird der Wert X gemessen und daraus mit dem bisherigen Satz an Berechnungsparametern f(X) der interne Temperaturwert Tint berechnet. Now the value X is measured and from this with the previous set of calculation parameters f (X) the internal temperature value T int is calculated.
Der Zustand des thermischen Gleichgewichtes wird dann als erreicht angenommen, wenn ein zeitlicher Gradient dTint/dt der internen Temperatur Tint kleiner als ein vorgegebener Schwellwert SG wird. The state of thermal equilibrium is assumed reached when a time gradient dT int / dt of the internal temperature T int becomes smaller than a predetermined threshold value S G.
Ist diese Bedingung erfüllt, wird die Temperaturdifferenz ΔT aus dem internen Temperaturwert Tint und dem externen Temperaturwert Text gebildet. Ist diese Differenz größer als ein vorgegebener Schwellwert ST, erfolgt eine Anpassung des Satzes von Berechnungsparametern f(X), ansonsten wird der bisherige Satz beibehalten. If this condition is fulfilled, the temperature difference ΔT is formed from the internal temperature value T int and the external temperature value T ext . If this difference is greater than a predefined threshold value S T , the set of calculation parameters f (X) is adapted, otherwise the previous sentence is retained.
Da generell die Temperaturabhängigkeit der internen physikalischen Größe, hier also der Impedanz Z, bekannt ist und in der Gesamtheit der Berechnungsparameter abgelegt ist, beispielsweise in der Steuereinheit
In der Steuereinheit
Generell erfolgt ein Abgleich des Satzes von Berechnungsparametern f(X) nur dann, wenn sich der Energiespeicher
Die verwendeten Schwellwerte können bei Bedarf für unterschiedliche Messungen unterschiedlich gewählt werden. The thresholds used can be chosen differently for different measurements as needed.
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