DE102017214344A1 - Method for determining at least a portion of an open circuit voltage curve of an electrical energy storage unit and electrical energy storage system and its use - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems beschrieben, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst. Dabei wird der elektrische Energieinhalt der ersten und der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit geändert (S11, S12) und durch Erfassung (S13) mindestens zweier Spannungswerte und mindestens eines Stromwertes eine Ermittlung (S14) zumindest eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve ermöglicht. Weiterhin werden ein elektrisches Energiespeichersystem mit mindestens einem Mittel zur Durchführung des Verfahrens und eine entsprechende Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems beschrieben.A method for determining at least one subarea of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system is described, wherein the electrical energy storage system comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit. In this case, the electrical energy content of the first and the second electrical energy storage unit is changed (S11, S12) and detection (S13) of at least two voltage values and at least one current value enables a determination (S14) of at least one subarea of an open-circuit voltage curve. Furthermore, an electrical energy storage system with at least one means for carrying out the method and a corresponding use of the electrical energy storage system are described.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, sowie einem zur Durchführung des Verfahrens entsprechend eingerichteten elektrischen Energiespeichersystem sowie dessen Verwendung.The present invention is based on a method for determining at least one subarea of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, and an electrical energy storage system configured accordingly for carrying out the method, and its use.

Stand der TechnikState of the art

Die Leerlaufspannung, in der Fachsprache auch mit OCV abgekürzt, wird bei Batteriezellen zur Bestimmung des Ladezustandes, in der Fachsprache auch mit SOC abgekürzt, genutzt. Dies geschieht beispielsweise durch den Vergleich der gemessenen Leerlaufspannung mit in einer Tabelle hinterlegten Werten. Diese Tabelle bildet somit eine Relation zwischen den Werten der Leerlaufspannung und den Werten des Ladezustandes ab, die typischerweise unter Laborbedingungen gemessen wurden. Über die Lebensdauer der Batteriezellen verändert sich der charakteristische Verlauf der Leerlaufspannung in Abhängigkeit des Ladezustandes, beispielsweise durch chemische Nebenreaktionen oder unterschiedliches Alterungsverhalten von Blendelektroden. Insbesondere in elektrisch betriebenen Fahrzeugen ist die korrekte Ladezustandsbestimmung notwendig, um beispielsweise die elektrische Restreichweite präzise bestimmen zu können. Beispielsweise ist dies bei Hybridfahrzeugen relevant, um die Frage beantworten zu können, ob ein rein elektrisches Durchfahren einer emissionsrelevanten Zone, beispielsweise einer Umweltzone, möglich ist. Weiterhin wird auf der Basis des Ladezustandes typischerweise ein Alterungszustand beziehungsweise ein Gesundheitszustand einer elektrischen Energiespeichereinheit bestimmt. Eine genaue Kenntnis des Verlaufs der Leerlaufspannung, die sogenannte Leerlaufspannungskurve, ist demzufolge für einen zuverlässigen Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems sehr wichtig. Dabei ist eine einmalige Kalibrierung dieser Kurve zu Beginn der Nutzung der elektrischen Energiespeichereinheit möglicherweise nicht ausreichend, um dies zu gewährleisten. Weiterhin ist eine nachgelagerte Kalibrierung in einer Werkstatt zeitaufwendig und kostenintensiv und daher nur in großen zeitlichen Abständen durchführbar.The open-circuit voltage, also abbreviated to OCV in the technical language, is used in battery cells to determine the state of charge, also abbreviated to SOC in technical language. This happens, for example, by comparing the measured no-load voltage with values stored in a table. This table thus maps a relationship between the values of the open circuit voltage and the state of charge values, which were typically measured under laboratory conditions. Over the life of the battery cells, the characteristic curve of the no-load voltage changes as a function of the state of charge, for example due to chemical side reactions or different aging behavior of glare electrodes. In particular, in electrically powered vehicles, the correct state of charge determination is necessary in order to be able to determine the electrical residual range precisely, for example. For example, this is relevant in hybrid vehicles in order to be able to answer the question of whether a purely electric driving through an emission-relevant zone, for example an environmental zone, is possible. Furthermore, an aging state or a state of health of an electrical energy storage unit is typically determined on the basis of the state of charge. An exact knowledge of the course of the open circuit voltage, the so-called open circuit voltage curve, is therefore very important for a reliable operation of an electrical energy storage system. In this case, a single calibration of this curve at the beginning of the use of the electrical energy storage unit may not be sufficient to ensure this. Furthermore, a downstream calibration in a workshop is time-consuming and costly and therefore feasible only at long intervals.

In der Druckschrift DE 10 2013 220 643 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugbordnetzes beschrieben, wobei nach Abschalten eines Verbrennungsmotors elektrische Energie von einer sekundären Batterie auf eine primäre Batterie erfolgt.In the publication DE 10 2013 220 643 A1 a method for operating a motor vehicle electrical system is described, wherein after switching off an internal combustion engine, electrical energy is from a secondary battery to a primary battery.

In der Druckschrift WO 2015/132625 A1 wird eine hybride Batterieladevorrichtung beschrieben, welche einen Gleichspannungswandler aufweist, wobei die Ladevorrichtung eingerichtet ist, den Gleichspannungswandler derart zu steuern, dass eine Bleisäurebatterie geladen wird, wenn ihr Ladezustand unterhalb einer vordefinierten Schwelle liegt und dass eine hochzyklusfähige Batterie geladen wird, wenn ihr Ladezustand unterhalb einer vordefinierten Schwelle liegt und der Ladezustand der Bleisäurebatterie über einer vordefinierten Schwelle liegt.In the publication WO 2015/132625 A1 A hybrid battery charger is described which includes a DC-DC converter, wherein the charger is configured to control the DC-DC converter to charge a lead-acid battery when its state of charge is below a predefined threshold and to charge a high cycle battery when its state of charge is below a predetermined level predefined threshold and the state of charge of the lead-acid battery is above a predefined threshold.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Offenbart wird ein Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Teilbereichs einer Leerlaufspannung einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens entsprechend eingerichtetes elektrisches Energiespeichersystem und dessen Verwendung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.Disclosed is a method for determining at least a portion of an open circuit voltage of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system, which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, and an appropriately configured for carrying out the method electrical energy storage system and its use with the features of the independent claims.

Innerhalb des Verfahrens wird der elektrische Energieinhalt der ersten elektrischen Energiespeichereinheit durch Zufuhr oder Entnahme einer elektrischen Energiemenge geändert. Weiterhin wird der elektrische Energieinhalt der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit durch Entnahme oder Zufuhr zumindest eines Teils der zugeführten oder entnommenen elektrischen Energiemenge geändert. Insbesondere kann die Änderung des elektrischen Energieinhalts der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit durch die vollständige Entnahme oder vollständige Zufuhr der elektrischen Energiemenge erfolgen. Weiterhin werden mindestens zwei erste elektrische Spannungswerte der ersten elektrischen Energiespeichereinheit zu jeweils zwei unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder mindestens zwei zweite elektrische Spannungswerte der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zu jeweils zwei unterschiedlichen Zeitpunkten sowie mindestens ein erster Stromwert während der Änderung des elektrischen Energieinhaltes der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder mindestens ein erster Stromwert während der Änderung des elektrischen Energieinhaltes der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit erfasst. Dabei kennzeichnet der mindestens eine erste Stromwert die elektrische Energiemenge. Weiterhin wird basierend auf den erfassten mindestens zwei ersten Spannungswerten und/oder basierend auf den erfassten mindestens zwei zweiten Spannungswerten sowie dem mindestens einen Stromwert zumindest ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder zumindest ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Somit kann in vorteilhafter Weise zumindest ein Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten und/oder der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit bestimmt werden, ohne dass aufwendige Laborversuche und/oder Werkstattbesuche notwendig sind oder ein Nutzer des Energiespeichersystems davon etwas mitbekommt. Weiterhin wird keine spezielle Hardware in einem bereits vorhandenen Energiespeichersystem benötigt, was eine einfache Umsetzung auch in bereits bestehenden Systemen ermöglicht.Within the method, the electrical energy content of the first electrical energy storage unit is changed by supplying or removing an electrical energy amount. Furthermore, the electrical energy content of the second electrical energy storage unit is changed by removal or supply of at least a portion of the supplied or withdrawn amount of electrical energy. In particular, the change in the electrical energy content of the second electrical energy storage unit can be carried out by the complete removal or complete supply of the amount of electrical energy. Furthermore, at least two first electrical voltage values of the first electrical energy storage unit at respectively two different points in time and / or at least two second electrical voltage values of the second electrical energy storage unit at respectively two different points in time and at least one first current value during the change of the electrical energy content of the first electrical energy storage unit and / or at least a first current value detected during the change of the electrical energy content of the second electrical energy storage unit. In this case, the at least one first current value indicates the amount of electrical energy. Furthermore, based on the detected at least two first voltage values and / or based on the detected at least two second voltage values and the at least one current value, at least a first subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and / or at least a first portion of the open circuit voltage curve of the second electrical energy storage unit determined. Thus, at least a portion of the no-load voltage curve of the first and / or the second electrical energy storage unit can advantageously be determined without expensive laboratory tests and / or workshop visits being necessary or a user of the energy storage system hearing about this. Furthermore, no special hardware is needed in an existing energy storage system, which allows a simple implementation in existing systems.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Zweckmäßigerweise wird der elektrische Energieinhalt der ersten elektrischen Energiespeichereinheit durch Zufuhr oder Entnahme der elektrischen Energiemenge so lange geändert, bis ein vordefiniertes Spannungsniveau erreicht wird. Somit können in vorteilhafter Weise gezielt besonders relevante Spannungsniveaus untersucht werden, an denen beispielsweise Alterungseffekte besonders deutlich in Erscheinung treten.Appropriately, the electrical energy content of the first electrical energy storage unit is changed by supplying or removing the amount of electrical energy until a predefined voltage level is reached. Thus, in a particularly advantageous manner, particularly relevant voltage levels can be investigated, in which, for example, aging effects are particularly pronounced.

Zweckmäßigerweise überschreitet ein bei der Änderung der elektrischen Energiemenge fließender elektrischer Strom betragsmäßig nicht einen vordefinierten Stromgrenzwert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass sich die elektrischen Energiespeichereinheiten nicht übermäßig stark erwärmen und es nicht zu einer Beeinflussung des Ermittlungsergebnisses kommt. Zusätzlich kann die Messgenauigkeit bei kleineren Stromwerten erhöht sein, was sich vorteilhaft auf das Ermittlungsergebnis auswirkt.Expediently, an electric current flowing in the event of a change in the amount of electrical energy does not exceed a predefined current limit value. As a result, it is advantageously ensured that the electrical energy storage units do not become excessively warm and there is no influence on the result of the determination. In addition, the measurement accuracy can be increased at lower current values, which has an advantageous effect on the determination result.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Änderung des elektrischen Energieinhaltes der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit mittels eines Gleichspannungswandlers. Somit ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass ein Energieaustausch auch bei unterschiedlichen elektrischen Spannungsniveaus möglich ist, was einen Energieaustausch in bidirektionaler Richtung erlaubt. Dies verleiht dem Verfahren eine sehr große Flexibilität.Advantageously, the change in the electrical energy content of the first electrical energy storage unit and / or the second electrical energy storage unit by means of a DC-DC converter. Thus, it is advantageously ensured that an energy exchange is possible even at different electrical voltage levels, which allows an energy exchange in the bidirectional direction. This gives the process a very great flexibility.

Zweckmäßigerweise wird der erste Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der erste Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einer Extrapolation unter Verwendung eines in einem Datenspeicher hinterlegten mathematischen Modells ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass bereits bekannte beziehungsweise vorab in Laborversuchen ermittelte oder untersuchte Änderungen oder Alterungsphänomene der entsprechenden Leerlaufspannungskurve in dem mathematischen Modell berücksichtigt werden und somit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ermittlung des entsprechenden Teilbereichs der entsprechenden Leerlaufspannungskurve erhöht wird. Weiterhin kann durch die Extrapolation auf Bereiche der entsprechenden Leerlaufspannungskurve geschlossen werden, für die keine aktuellen Messwerte vorhanden sind. Somit vergrößert sich der Anwendungsbereich des offenbarten Verfahrens. Das mathematische Modell kann beispielsweise Differentialgleichungen oder algebraische Gleichungen umfassen. Weiterhin kann auch ein datenbasiertes Kennfeld Bestandteil des mathematischen Modells sein.Expediently, the first subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and / or the first subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit are determined based on an extrapolation using a mathematical model stored in a data memory. This has the advantage that already known or previously determined or examined in laboratory tests changes or aging phenomena of the corresponding open circuit voltage curve in the mathematical model and thus the accuracy and reliability of the determination of the corresponding portion of the corresponding open circuit voltage curve is increased. Furthermore, it can be concluded by extrapolation to areas of the corresponding open-circuit voltage curve, for which no current measured values are available. Thus, the scope of the disclosed method increases. The mathematical model may include, for example, differential equations or algebraic equations. Furthermore, a data-based map can also be part of the mathematical model.

Zweckmäßigerweise wird zumindest einer der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte mehrmals hintereinander durchgeführt, wobei weiterhin zumindest ein zweiter Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder zumindest ein zweiter Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den bei der mehrmaligen Ausführung ermittelten ersten Teilbereichen der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder basierend auf den bei der mehrmaligen Ausführung ermittelten ersten Teilbereichen der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise stochastische Messunsicherheiten und kurzzeitig vorhandene externe Einflüsse das Ermittlungsergebnis nur leicht beeinflussen beziehungsweise heraus gemittelt werden. Somit wird die Ermittlungsgenauigkeit des Verfahrens erhöht.At least one of the method steps described above is expediently carried out several times in succession, wherein at least a second subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and / or at least a second subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit are based on the first sub-ranges of the no-load voltage curve determined in the multiple execution first electrical energy storage unit and / or based on the determined during the repeated execution of the first partial areas of the open circuit voltage curve of the second electrical energy storage unit is determined. This has the advantage that, for example, stochastic measurement uncertainties and short-term external influences influence the determination result only slightly or are averaged out. Thus, the determination accuracy of the method is increased.

Zweckmäßigerweise wird innerhalb des Verfahrens eine Temperaturgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder eine Temperaturgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Anschließend wird die Temperaturgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder die Temperaturgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit mit einem vordefinierten unteren Temperaturschwellenwert und/oder mit einem vordefinierten oberen Temperaturschwellenwert verglichen. In Abhängigkeit des Überschreitens des unteren Temperaturschwellenwertes und/oder des Unterschreitens des oberen Temperaturschwellenwertes werden die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt. Vorteilhafterweise wird beispielsweise vorgesehen, dass mit der Änderung des entsprechenden elektrischen Energieinhaltes und der Erfassung der entsprechenden Messwerte so lange gewartet wird, bis der untere Temperaturschwellenwert überschritten beziehungsweise der obere Temperaturschwellenwert unterschritten wird. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die elektrischen Energiespeichereinheiten bei einer zu niedrigen Temperaturen nicht geschädigt werden beziehungsweise bei einer erhöhten Temperatur durch den Energietransfer nicht zusätzlich erwärmt werden.Appropriately, a temperature variable of the first electrical energy storage unit and / or a temperature variable of the second electrical energy storage unit is determined within the method. Subsequently, the temperature variable of the first electrical energy storage unit and / or the temperature variable of the second electrical energy storage unit is compared with a predefined lower temperature threshold value and / or with a predefined upper temperature threshold value. Depending on the exceeding of the lower temperature threshold value and / or the undershooting of the upper temperature threshold value, the method steps described above are carried out. Advantageously, it is provided, for example, that the change in the corresponding electrical energy content and the detection of the corresponding measured values are followed until the lower temperature threshold value is exceeded or the upper temperature threshold value is exceeded is fallen short of. Thus, it is advantageously ensured that the electrical energy storage units are not damaged when the temperatures are too low or are not additionally heated by the energy transfer at an elevated temperature.

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst und weiterhin ein Mittel aufweist, das eingerichtet ist, die offenbarten Verfahrensschritte durchzuführen. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Gleichspannungswandler, sowie Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als Batteriemanagementsteuergerät, kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, zum Beispiel einen ASIC, umfasst, verstanden werden. Ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen. Somit sind entsprechende Umsetzungsbeispiele gegeben, wie die vorstehend beschriebenen Vorteile des Verfahrens realisiert werden können.Furthermore, the subject matter of the disclosure is an electrical energy storage system which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit and furthermore has a means which is set up to carry out the disclosed method steps. The at least one means may include, for example, a battery management control unit and corresponding power electronics, for example a DC-DC converter, as well as current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors. An electronic control unit, in particular in the form of a battery management control unit, can also be such a means. An electronic control unit may, in particular, be understood to mean an electronic control unit, which includes, for example, a microcontroller and / or an application-specific hardware component, for example an ASIC. Likewise, it may include a personal computer or a programmable logic controller. Thus, corresponding implementation examples are given, as the advantages of the method described above can be realized.

Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.An electrical energy storage unit may in particular be understood as meaning an electrochemical battery cell and / or a battery module having at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack having at least one battery module. For example, the electric energy storage unit may be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack. In particular, the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack. Furthermore, the battery cell may be of the type lithium polymer accumulator, nickel metal hydride accumulator, lead acid accumulator, lithium air accumulator or lithium sulfur accumulator or more generally an accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is possible as an electrical energy storage unit.

Zweckmäßigerweise sind die erste elektrische Energiespeichereinheit und die zweite elektrische Energiespeichereinheit in ihren Speichertechnologien unterschiedlich. Beispielsweise kann die erste elektrische Energiespeichereinheit auf der Lithiumionentechnologie basieren und die zweite elektrische Energiespeichereinheit auf der Bleitechnologie basieren. Somit können die Vorteile beider Technologien realisiert werden, wie sie beispielsweise in Plugin-Hybridfahrzeugen häufig eingesetzt werden.Conveniently, the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit are different in their storage technologies. For example, the first electrical energy storage unit based on the lithium-ion technology and the second electrical energy storage unit based on the lead technology. Thus, the advantages of both technologies can be realized, as they are often used for example in plug-in hybrid vehicles.

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Verwendung des beschriebenen elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten. Somit können die vorstehend beschriebenen Vorteile in einer Vielzahl von Anwendungen realisiert werden, was insbesondere bei Geräten oder Vorrichtungen, die über einen langen Zeitraum, beispielsweise 5 oder 10 Jahre genutzt werden, aufgrund der vorstehend beschriebenen Vorteile vorteilhaft ist, da sich hier Alterungseffekte einer eingesetzten elektrischen Energiespeichereinheit deutlich zeigen.Furthermore, the subject matter of the disclosure is a use of the electrical energy storage system described in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically operated hand tools, in portable devices for telecommunications or data processing and in household appliances. Thus, the advantages described above can be realized in a variety of applications, which is particularly advantageous for devices or devices that are used over a long period of time, for example 5 or 10 years, due to the advantages described above, since this aging effects of a used electrical Clearly show energy storage unit.

Figurenlistelist of figures

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the figures and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

  • 1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; und
  • 4 eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems.
Show it:
  • 1 a flowchart of the disclosed method according to a first embodiment;
  • 2 a flowchart of the disclosed method according to a second embodiment;
  • 3 a flowchart of the disclosed method according to a third embodiment; and
  • 4 a schematic representation of the disclosed electrical energy storage system.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.Identical reference signs denote the same device components or the same method steps in all figures.

1 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei wird das Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, eingesetzt. In einem ersten Schritt S11 wird der ersten elektrischen Energiespeichereinheit eine elektrische Energiemenge entnommen, die erste elektrische Energiespeichereinheit demzufolge entladen. Über einen Gleichspannungswandler wird die der ersten elektrischen Energiespeichereinheit entnommene elektrische Energiemenge in einem zweiten Schritt S12 der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zugeführt, die zweite elektrische Energiespeichereinheit wird demzufolge geladen. Dabei werden in einem dritten Schritt S13 kontinuierlich Spannungswerte der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sowie die elektrische Energiemenge kennzeichnende Stromwerte erfasst. Die Schritte S11, S12 und S13 laufen demzufolge zumindest teilweise parallel ab. In einem vierten Schritt S14 wird basierend auf den erfassten Spannungswerten der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sowie den erfassten Stromwerten ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. 1 shows a flowchart of the disclosed method according to a first embodiment. In this case, the method for determining at least a portion of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system, which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, is used. In a first step S11 is the first electrical energy storage unit taken an electrical energy amount, the first electrical energy storage unit accordingly discharged. About one DC voltage converter is the first electrical energy storage unit removed amount of electrical energy in a second step S12 supplied to the second electrical energy storage unit, the second electrical energy storage unit is therefore charged. This will be done in a third step S13 continuously records voltage values of the first electrical energy storage unit and the electrical energy quantity characteristic current values. The steps S11 . S12 and S13 therefore run at least partially in parallel. In a fourth step S14 Based on the detected voltage values of the first electrical energy storage unit and the detected current values, a first subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit is determined.

2 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei wird das Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, eingesetzt. In einem ersten Schritt S21 wird der ersten elektrischen Energiespeichereinheit eine elektrische Energiemenge entnommen. Dies kann mittels eines Gleichspannungswandlers erfolgen oder auch über den vorhandenen Potenzialunterschied zwischen der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit. Bei letzterer Möglichkeit ist zur Steuerung des Entnahmevorgangs beispielsweise ein Schalter, beispielsweise ein Relay, einsetzbar. In einem zweiten Schritt S22, welcher zumindest teilweise parallel zu dem ersten Schritt S21 abläuft, wird die der ersten elektrischen Energiespeichereinheit entnommene elektrische Energiemenge der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zugeführt. Dabei werden in einem dritten Schritt S23, welcher zumindest teilweise parallel zu dem zweiten Schritt S22 abläuft, kontinuierlich Spannungswerte der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie die elektrische Energiemenge kennzeichnende Stromwert erfasst. Die Schritte S21, S22 und S23 laufen demzufolge zumindest teilweise parallel ab. In einem vierten Schritt S24 wird basierend auf den erfassten Spannungswerten der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie den erfassten Stromwerten ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt und in einem Datenspeicher abgelegt. Anschließend wird in einem fünften Schritt S25 überprüft, wie oft die Schritte S21, S22, S23 und S24 bereits ausgeführt wurden. Nach Erreichen einer vordefinierten Durchführungsanzahl wird in einem sechsten Schritt S26 ein zweiter Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den bei der mehrmaligen Durchführung ermittelten ersten Teilbereichen der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Solange die vordefinierte Durchführungsanzahl noch nicht erreicht ist, wird wieder mit dem ersten Schritt S21 gestartet und es werden die entsprechenden Schritte wie beschrieben durchgeführt. 2 shows a flowchart of the disclosed method according to a second embodiment. In this case, the method for determining at least a portion of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system, which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, is used. In a first step S21 the first electrical energy storage unit is taken an electrical energy amount. This can be done by means of a DC-DC converter or via the existing potential difference between the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit. In the latter possibility, for example, a switch, for example a relay, can be used to control the removal process. In a second step S22 which is at least partially parallel to the first step S21 expires, the electrical energy taken from the first electrical energy storage unit of the second electrical energy storage unit is supplied. This will be done in a third step S23 which is at least partially parallel to the second step S22 expires, continuously records voltage values of the second electrical energy storage unit as well as the electrical energy quantity characteristic current value. The steps S21 . S22 and S23 therefore run at least partially in parallel. In a fourth step S24 Based on the detected voltage values of the second electrical energy storage unit and the detected current values, a first subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit is determined and stored in a data memory. Subsequently, in a fifth step S25 Check how often the steps S21 . S22 . S23 and S24 already executed. After reaching a predefined execution number is in a sixth step S26 a second subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit is determined on the basis of the first subregions of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit determined during the repeated implementation. As long as the predefined execution number has not been reached, the first step will be repeated S21 and the corresponding steps are carried out as described.

3 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform. Dabei wird das Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, eingesetzt. Dabei wird in einem ersten Schritt S31 eine Temperaturgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Anschließend wird die ermittelte Temperaturgröße in einem zweiten Schritt S32 mit einem vordefinierten unteren Temperaturschwellenwert sowie einem vordefinierten oberen Temperaturschwellenwert verglichen. Wird in einem dritten Schritt S33 festgestellt, dass der untere Temperaturschwellenwert unterschritten wird oder der obere Temperaturschwellenwert überschritten wird, wird gegebenenfalls eine Pause eingelegt beispielsweise im Bereich von 1 Minute bis 30 Minuten, insbesondere 5 Minuten bis 10 Minuten, und wieder mit dem ersten Schritt S31 begonnen. Wird der untere Temperaturschwellenwert überschritten oder der obere Temperaturschwellenwert unterschritten, wird mit einem vierten Schritt S34 fortgefahren. In dem vierten Schritt S34 wird die erste elektrische Energiespeichereinheit entladen, in dem eine elektrische Energiemenge entnommen wird. In einem fünften Schritt S35, welcher zumindest teilweise parallel zu dem vierten Schritt S34 abläuft, wird die der ersten elektrischen Energiespeichereinheit entnommene Energiemenge der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zugeführt. Dabei werden in einem sechsten Schritt S36, welcher zumindest teilweise parallel zu dem fünften Schritt S35 abläuft, während des Entladevorgangs beziehungsweise während des Ladevorgangs Spannungswerte der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit erfasst. Weiterhin werden ebenso Stromwerte, welche die elektrische Energiemenge kennzeichnen, erfasst. Die Schritte S34, S35 und S36 laufen demzufolge zumindest teilweise parallel ab. In einem siebten Schritt S37 wird basierend auf den erfassten Spannungswerten der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie der erfassten Stromwerte ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sowie ein erster Teilbereich der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt und in einem Datenspeicher abgelegt. 3 shows a flowchart of the disclosed method according to a third embodiment. In this case, the method for determining at least a portion of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system, which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, is used. This will be done in a first step S31 a temperature magnitude of the first electrical energy storage unit determined. Subsequently, the determined temperature size in a second step S32 compared with a predefined lower temperature threshold and a predefined upper temperature threshold. Will be in a third step S33 If it is determined that the lower temperature threshold is exceeded or the upper temperature threshold is exceeded, a break may be taken, for example in the range of 1 minute to 30 minutes, in particular 5 minutes to 10 minutes, and again in the first step S31 began. If the lower temperature threshold is exceeded or the upper temperature threshold is undershot, a fourth step is performed S34 continued. In the fourth step S34 the first electrical energy storage unit is unloaded, in which an amount of electrical energy is removed. In a fifth step S35 which is at least partially parallel to the fourth step S34 expires, the amount of energy taken from the first electrical energy storage unit is supplied to the second electrical energy storage unit. This will be done in a sixth step S36 which is at least partially parallel to the fifth step S35 expires during the discharge or during charging voltage values of the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit detected. Furthermore, current values which characterize the amount of electrical energy are also detected. The steps S34 . S35 and S36 therefore run at least partially in parallel. In a seventh step S37 Based on the detected voltage values of the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit and the detected current values, a first subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and a first subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit are determined and stored in a data memory.

4 zeigt eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems 70, welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit sowie mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, das offenbarte Verfahren auszuführen. Dabei werden mittels geeigneter Sensoren 71, beispielsweise mittels eines Strom- beziehungsweise Spannungssensoren, elektrische Größen vorzugsweise beider elektrischen Energiespeichereinheiten erfasst. Die erfassten Werte werden mittels eines elektronischen Steuergeräts 72 entsprechend den oben beschriebenen Verfahrensschritten verarbeitet und die entsprechenden beschriebenen Größen ermittelt. Weiterhin werden in dem Steuergerät entsprechende Steuergrößen ermittelt, die zur Regelung einer Leistungselektronik 73, beispielsweise eines Gleichspannungswandlers, eingesetzt werden, um eine Änderung des entsprechenden elektrischen Energieinhaltes der ersten und zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zu erzielen. 4 shows a schematic representation of the disclosed electrical energy storage system 70 device comprising at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit and at least one means arranged to carry out the disclosed method. In this case, by means of suitable sensors 71 , For example, by means of a current or voltage sensors, electrical quantities preferably detected both electrical energy storage units. The recorded values are determined by means of an electronic control unit 72 processed according to the method steps described above and determined the corresponding sizes described. Furthermore, corresponding control variables are determined in the control unit, which are used to regulate power electronics 73 , For example, a DC-DC converter, are used to achieve a change in the corresponding electrical energy content of the first and second electrical energy storage unit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Ermittlung zumindest eines Teilbereichs einer Leerlaufspannungskurve einer elektrischen Energiespeichereinheit innerhalb eines elektrischen Energiespeichersystems (70), welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, aufweisend die folgenden Schritte: a) Ändern (S11, S21, S34) des elektrischen Energieinhaltes der ersten elektrischen Energiespeichereinheit durch Zufuhr oder Entnahme einer elektrischen Energiemenge; b) Ändern (S12, S22, S35) des elektrischen Energieinhaltes der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit durch Entnahme oder Zufuhr zumindest eines Teils der in Schritt a) zugeführten oder entnommenen elektrischen Energiemenge; c) Erfassen (S13, S23, S36) mindestens zweier ersten elektrischen Spannungswerte der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder mindestens zweier zweiten elektrischen Spannungswerte der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit zu jeweils zwei unterschiedlichen Zeitpunkten sowie mindestens eines ersten Stromwertes während der Änderung des elektrischen Energieinhaltes in Schritt a) und/oder Schritt b), wobei der erste Stromwert die elektrische Energiemenge kennzeichnet; d) Ermitteln (S14, S24, S37) zumindest eines ersten Teilbereichs der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder zumindest eines ersten Teilbereichs der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den erfassten mindestens zwei ersten Spannungswerten und/oder den erfassten mindestens zwei zweiten Spannungswerten sowie dem erfassten Stromwert.Method for determining at least one subarea of an open-circuit voltage curve of an electrical energy storage unit within an electrical energy storage system (70), which comprises at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, comprising the following steps: a) changing (S11, S21, S34) the electrical energy content of the first electrical energy storage unit by supplying or removing an electrical energy amount; b) changing (S12, S22, S35) the electrical energy content of the second electrical energy storage unit by removing or supplying at least part of the electrical energy supplied or removed in step a); c) detecting (S13, S23, S36) at least two first electrical voltage values of the first electrical energy storage unit and / or at least two second electrical voltage values of the second electrical energy storage unit at respectively two different points in time and at least one first current value during the change of the electrical energy content in step a ) and / or step b), wherein the first current value indicates the amount of electrical energy; d) determining (S14, S24, S37) at least a first subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and / or at least a first subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit based on the detected at least two first voltage values and / or the detected at least two second voltage values and the detected current value. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt a) solange elektrische Energie zugeführt oder entnommen wird, bis ein vordefiniertes erstes Spannungsniveau erreicht wird.Method according to Claim 1 , in which electrical energy is supplied or removed in step a) until a predefined first voltage level is reached. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein bei der Änderung der elektrischen Energiemenge fließender elektrischer Strom einen vordefinierten Stromgrenzwert betragsmäßig nicht überschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein an electric current flowing when the amount of electrical energy changes does not exceed a predefined current limit value. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderung des elektrischen Energieinhaltes in Schritt a) und/oder Schritt b) über einen Gleichspannungswandler erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the change in the electrical energy content in step a) and / or step b) takes place via a DC-DC converter. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln in Schritt d) auf einer Extrapolation unter Verwendung eines in einem Datenspeicher hinterlegten mathematischen Modells beruht.Method according to one of the preceding claims, wherein the determination in step d) is based on an extrapolation using a mathematical model stored in a data memory. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a), b), c) und d) mehrmals hintereinander durchgeführt werden und das Verfahren weiterhin umfasst: e) Ermitteln (S26) zumindest eines zweiten Teilbereichs der Leerlaufspannungskurve der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder zumindest eines zweiten Teilbereichs der Leerlaufspannungskurve der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den bei der mehrmaligen Ausführung ermittelten ersten Teilbereichen.Method according to one of the preceding claims, wherein the steps a), b), c) and d) are carried out several times in succession and the method further comprises: e) determining (S26) at least a second subarea of the no-load voltage curve of the first electrical energy storage unit and / or at least a second subarea of the no-load voltage curve of the second electrical energy storage unit based on the first sub-areas determined during the repeated execution. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: f) Ermitteln (S31) einer Temperaturgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder einer Temperaturgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit; g) Vergleichen (S32) der Temperaturgröße der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der Temperaturgröße der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit mit einem vordefinierten unteren Temperaturschwellenwert und/oder einem vordefinierten oberen Temperaturschwellenwert; h) In Abhängigkeit des Überschreitens des unteren Temperaturschwellenwertes und/oder des Unterschreitens des oberen Temperaturschwellenwertes Durchführen (S33) der Schritte a), b), c) und d).Method according to one of the preceding claims, further comprising: f) determining (S31) a temperature variable of the first electrical energy storage unit and / or a temperature variable of the second electrical energy storage unit; g) comparing (S32) the temperature magnitude of the first electrical energy storage unit and / or the temperature magnitude of the second electrical energy storage unit with a predefined lower temperature threshold and / or a predefined upper temperature threshold; h) Depending on the exceeding of the lower temperature threshold value and / or the undershooting of the upper temperature threshold value, performing (S33) the steps a), b), c) and d). Elektrisches Energiespeichersystem (70), welches mindestens eine erste elektrische Energiespeichereinheit und eine zweite elektrische Energiespeichereinheit umfasst, aufweisend mindestens ein Mittel (72, 73), das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.An electrical energy storage system (70) comprising at least a first electrical energy storage unit and a second electrical energy storage unit, comprising at least one means (72, 73) arranged to perform the steps of the method of any one of Claims 1 to 7 perform. Elektrisches Energiespeichersystem (70) nach Anspruch 8, wobei die erste elektrische Energiespeichereinheit und die zweite elektrische Energiespeichereinheit in ihren Speichertechnologien unterschiedlich sind, insbesondere die erste elektrische Energiespeichereinheit auf der Lithiumionentechnologie basiert und die zweite elektrische Energiespeichereinheit auf der Bleitechnologie basiert.Electric energy storage system (70) after Claim 8 wherein the first electrical energy storage unit and the second electrical energy storage unit are different in their storage technologies, in particular the first electrical energy storage unit is based on the lithium-ion technology and the second electrical energy storage unit is based on the lead technology. Verwendung eines elektrischen Energiespeichersystems (70) gemäß Anspruch 8 oder 9 in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten.Use of an electrical energy storage system (70) according to Claim 8 or 9 in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically powered hand tools, in portable telecommunication or data processing equipment, and in home appliances.
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