DE102018206353B3 - Method for determining charge states of cells in a battery - Google Patents

Method for determining charge states of cells in a battery Download PDF

Info

Publication number
DE102018206353B3
DE102018206353B3 DE102018206353.2A DE102018206353A DE102018206353B3 DE 102018206353 B3 DE102018206353 B3 DE 102018206353B3 DE 102018206353 A DE102018206353 A DE 102018206353A DE 102018206353 B3 DE102018206353 B3 DE 102018206353B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cell
battery
strand
cells
charge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102018206353.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Kupper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
ITK Engineering GmbH
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
ITK Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karlsruher Institut fuer Technologie KIT, ITK Engineering GmbH filed Critical Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority to DE102018206353.2A priority Critical patent/DE102018206353B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102018206353B3 publication Critical patent/DE102018206353B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen (132, 152) in einer Batterie (130, 150), wobei die Zellen (132, 152) auf einen einzelnen Strang (134, 154) oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge (134, 154) in der Batterie (130, 150) verteilt sind, wobei die Zellen (132, 152) innerhalb des Strangs (134, 154) in Reihenschaltung angeordnet sind. Das Verfahren umfasst die Schritte:
a) Bereitstellen eines Wertes für einen Innenwiderstands einer jeden Zelle (132, 152);
b) messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle (132, 152) anliegenden Spannung;
c) Bestimmen eines Wertes für einen Strom durch jeden Strang (134, 154) unter Verwendung einer Differenz zwischen der an jeder Zelle (132, 152) anliegenden messtechnisch erfassten Spannung und einer geschätzten Spannung, welche aus einem Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle (132, 152) ermittelt wird, wobei der Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle (132, 152) berücksichtigt wird; und
d) Anpassen des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle (132, 152) unter Verwendung des bestimmten Wertes für den Strom durch jeden Strang (134, 154).
Das Verfahren ermöglicht es, die Ladungszustände der Vielzahl der Zellen (132, 152) in der Batterie (130, 150) in Echtzeit zu ermitteln, wobei die Anzahl an erforderlichen Stromsensoren gegenüber dem Stand der Technik verringert werden kann.

Figure DE102018206353B3_0000
The invention relates to a method for determining charge states of a plurality of cells (132, 152) in a battery (130, 150), wherein the cells (132, 152) are arranged on a single strand (134, 154) or at least two in parallel connected strands (134, 154) are distributed in the battery (130, 150), wherein the cells (132, 152) are arranged in series within the strand (134, 154). The method comprises the steps:
a) providing an internal resistance value of each cell (132, 152);
b) metrological detection of a voltage applied to each cell (132, 152) voltage;
c) determining a value for a current through each string (134, 154) using a difference between the metrologically detected voltage applied to each cell (132, 152) and an estimated voltage resulting from an estimate of the state of charge of each cell ( 132, 152), taking into account the value of the internal resistance of each cell (132, 152); and
d) adjusting the estimate of the charge state of each cell (132, 152) using the determined value for the current through each leg (134, 154).
The method makes it possible to determine the charge states of the plurality of cells (132, 152) in the battery (130, 150) in real time, whereby the number of required current sensors can be reduced compared to the prior art.
Figure DE102018206353B3_0000

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, wobei die Zellen auf einen einzelnen Strang oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge in der Batterie verteilt sind, wobei die Zellen innerhalb eines Strangs in Reihen- oder Serienschaltung angeordnet sind, ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens durchzuführen und ein zur Durchführung des Verfahrens entsprechend ausgestattetes Batteriemanagementsystem.The invention relates to a method for determining charge states of a plurality of cells in a battery, wherein the cells are distributed on a single strand or on at least two parallel connected strands in the battery, wherein the cells are arranged within a string in series or series connection are a computer program adapted to perform the steps of the method and a battery management system appropriately equipped to perform the method.

Stand der TechnikState of the art

Zur Ermittlung eines Ladungszustands jeder einzelnen Batteriezelle oder Zelle innerhalb einer Batterie oder eines Batteriesystems ist mindestens ein Stromsensor für jeden einzelnen Strang erforderlich, welcher vorzugsweise jeweils mittels eines Batteriemanagementsystems betrieben und ausgelesen werden kann. Diese Stromsensoren ermöglichen eine Bestimmung des zu ermittelnden Teilstroms durch den betreffenden Strang, um auf diese Weise den Ladungszustand (engl. state of charge, kurz SOC) jeder einzelnen Zelle in der Batterie ermitteln zu können. Allerdings fällt hierbei gleichzeitig über jeden der eingesetzten Stromsensoren eine Verlustleistung ab, welche insbesondere für größere Batterien, die über 10 bis 100 Stränge verfügen können, eine beträchtliche Größenordnung annehmen kann, was insbesondere im Hinblick auf Kosten und Energieeffizienz des Batteriemanagementsystems nachteilig ist. Es wäre daher wünschenswert, bei möglichst gleichbleibender Genauigkeit der Ermittlung der Ladungszustände, die Anzahl an erforderlichen Stromsensoren verringern zu können.To determine a state of charge of each individual battery cell or cell within a battery or a battery system, at least one current sensor is required for each individual strand, which can preferably each be operated and read out by means of a battery management system. These current sensors make it possible to determine the partial current to be determined by the respective string in order to be able to determine the state of charge (SOC) of each individual cell in the battery in this way. At the same time, however, a power dissipation drops across each of the current sensors used, which can assume a considerable order of magnitude, in particular for larger batteries, which may have 10 to 100 strings, which is disadvantageous in particular with regard to cost and energy efficiency of the battery management system. It would therefore be desirable to be able to reduce the number of required current sensors while the accuracy of the determination of the charge states remains as constant as possible.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie bekannt. Hierbei wird zur Bestimmung eines elektrischen Ladungszustands SOCk (t) in einem Strang k der Batterie angeordneten Zellen üblicherweise eine Integration des Stroms ik(t) durch den Strang k über die Zeit t gemäß Gleichung (1) S O C k ( t ) = 0 t i k ( τ ) d τ / Q n + S O C k ( 0 )

Figure DE102018206353B3_0001
vorgenommen, wobei der Term SOCk (0) einen Startpunkt, d.h. den elektrischen Ladungszustand zur Zeit t=0, angibt und wobei Qn eine in einem Datenblatt angegebene oder anderweitig bestimmte Nennladungskapazität der betreffenden Zelle in der Batterie bezeichnet. Hierbei ist mindestens ein Stromsensor pro Strang erforderlich ist, um alle Teilströme durch alle Stränge messtechnisch erfassen zu können.Various methods for determining charge states of a plurality of cells in a battery are known from the prior art. In this case, in order to determine an electrical charge state SOC k (t) in a string k of the cells arranged cells, an integration of the current i k (t) through the strand k over the time t according to equation (1) is usually S O C k ( t ) = 0 t i k ( τ ) d τ / Q n + S O C k ( 0 )
Figure DE102018206353B3_0001
wherein the term SOC k (0) indicates a starting point, ie the electric charge state at the time t = 0, and wherein Q n denotes a rated charge capacity of the respective cell in the battery indicated in a data sheet or otherwise determined. In this case, at least one current sensor per strand is required in order to detect all partial flows through all strands metrologically.

Alternativ oder zusätzlich können meist aufwändige regelungstechnische Filteralgorithmen eingesetzt werden, wobei in der Regel nur einzelne Zellen betrachtet oder nur die Teilströme durch einen einzelnen Strang als reine Eingangsgrößen angesehen werden. Auch hier wird nach wie vor mindestens ein Stromsensor pro Strang benötigt, um so eine messtechnische Erfassung der Teilströme durch jeden Strang und damit eine Kenntnis aller Teilströme durch alle Stränge zu ermöglichen.Alternatively or additionally, complicated control technology filter algorithms can usually be used, with usually only individual cells being considered or only the partial flows being considered as pure input variables by a single strand. Again, at least one current sensor per strand is still needed so as to allow a metrological detection of the partial flows through each strand and thus a knowledge of all partial flows through all strands.

J. Kim, J. Shin, C. Jeon, und B. Cho, „High accuracy state-of-charge estimation of li-ion battery pack based on screening process,“ in Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2011, Twenty-Sixth Annual IEEE. IEEE, 2011, S. 1984-1991 , beschreiben ein derartiges Verfahren, in welchem die Zellen einer Batterie mittels eines Einheitszellenmodells (engl. unit cell model) beschrieben werden. Allerdings lassen sich hierdurch Abweichungen in den Ladungszuständen zwischen einzelnen Zellen nicht bestimmen, da das Einheitszellenmodell nur einen mittleren Ladungszustand betrachtet. J. Kim, J. Shin, C. Jeon, and B. Cho, "High accuracy state-of-charge estimation of li-ion battery pack based on screening process," in Applied Power Electronics Conference and Exposure (APEC), 2011 , Twenty-Sixth Annual IEEE. IEEE, 2011, pp. 1984-1991 , describe such a method in which the cells of a battery are described by means of a unit cell model. However, it is not possible to determine deviations in the charge states between individual cells because the unit cell model only considers a medium charge state.

H. Dai, X. Wei, Z. Sun, J. Wang, und W. Gu, „Online cell soc estimation of li-ion battery packs using a dual time-scale Kalman filtering for ev applications,“ Applied Energy 95, S. 227-237, 2012 , schlagen einen zweistufigen Algorithmus vor, in welchem zunächst ein mittlerer Ladungszustand aller Zellen in einem Strang ermittelt wird und anschließend eine Differenz des tatsächlichen Ladungszustands jeder einzelnen Zelle zu dem mittleren Ladungszustand bestimmt wird, wobei eine doppelte Zeitskala verwendet wird, um den Berechnungsaufwand zu verringern. H. Dai, X. Wei, Z. Sun, J. Wang, and W.Gu., "Online cell socmentation of li-ion battery packs using dual-time-scale Kalman filtering for ev applications," Applied Energy 95, p 227-237, 2012 , propose a two-stage algorithm in which first a mean charge state of all cells in a string is determined and then a difference of the actual charge state of each individual cell to the average charge state is determined, using a double time scale to reduce the computational effort.

F. Sun und R. Xiong, „A novel dual-scale cell state-of-charge estimation approach for series-connected battery pack used in electric vehicles,“ Journal of Power Sources 274, S. 582-594, 2015 , passen unter Berücksichtigung des mittleren Ladungszustands darüber hinaus den elektrischen Widerstand und die Kapazität jeder einzelnen Zelle unter Verwendung einer Bias-Korrektur an. F. Sun and R. Xiong, "A novel dual-scale cell state-of-charge estimation approach for series-connected battery packs used in electric vehicles," Journal of Power Sources 274, pp. 582-594, 2015 , fit under In addition, considering the average state of charge, the electrical resistance and the capacitance of each individual cell using bias correction.

S. Sepasi, R. Ghorbani, und B. Y. Liaw, „lmproved extended kalman filter for state of charge estimation of battery packs,“ Journal of Power Sources 255, S. 368-376, 2014 , stellen hierzu ein Verfahren nicht nur zur Abschätzung des Ladungszustands, sondern auch eines Alterungszustands (engl. state of health, kurz SOH) in einem Strang vor. S. Sepasi, R. Ghorbani, and BY Liaw, "Extended Extended Calman Filter for State of charge estimation of battery packs," Journal of Power Sources 255, pp. 368-376, 2014 , for this purpose, present a method not only for estimating the state of charge, but also a state of health (SOH) in one strand.

M.-S. Wu, C.-Y. Lin, Y.-Y. Wang, C.-C. Wan, und C. Yang, „Numerical simulation for the discharge behaviors of batteries in series and/or parallel-connected battery packs,“ Electrochimica Acta 52, S. 1349-1357, 2006 , schlagen einen iterativen Algorithmus zur Simulation der Stromverteilung in einem seriellen und/oder parallelen Batteriesystem vor. Allerdings erfordert der vorgeschlagene Algorithmus einen beträchtlichen Rechenaufwand und ist daher nicht zur Anwendung in Echtzeit geeignet. M.-S. Wu, C.-Y. Lin, Y.-Y. Wang, C.-C. Wan, and C. Yang, "Numerical simulation for the discharge of batteries in series and / or parallel-connected battery packs," Electrochimica Acta 52, pp. 1349-1357, 2006 , propose an iterative algorithm for simulating the current distribution in a serial and / or parallel battery system. However, the proposed algorithm requires a considerable amount of computation and is therefore not suitable for real-time application.

C. Y. Chun, J. Back, G.S. Seo, B. Cho, J. Kim, I. K. Chang, und S. Lee, „Current sensorless state-of-charge estimation algorithm for lithium-ion batteries utilizing filtered terminal voltage,“ Journal of Power Sources 273, S. 255-263, 2015 , verwenden eine gefilterte Ausgangsspannung zur Ermittlung des Ladungszustands der Zellen in einer Batterie unter Verzicht auf gleichzeitige Messung der Teilströme. Allerdings benötigt dieses Verfahren lange Wartezeiten für eine ausreichende Genauigkeit der Ermittlung des Ladungszustands. Darüber hinaus wird hierbei das Inverse der Beziehung zwischen dem Ladungszustand und der Leerlaufspannung (engl. state of charge vs. open circuit voltage, kurz SOC-OCV) verwendet, welche jedoch nicht für alle Typen von Lithiumionen-Batterien einsetzbar ist. CJ Chun, J. Back, GS Seo, B. Cho, J. Kim, IK Chang, and S. Lee, "Current sensorless state-of-charge estimation algorithm for lithium-ion batteries using filtered terminal voltage," Journal of Power Sources 273, pp. 255-263, 2015 , use a filtered output voltage to determine the state of charge of the cells in a battery, waiving simultaneous measurement of the partial currents. However, this method requires long waiting times for a sufficient accuracy of the determination of the state of charge. Moreover, the inverse of the relationship between the state of charge and the open circuit voltage (SOC-OCV) is used here, which, however, can not be used for all types of lithium-ion batteries.

In der DE 10 2012 014 436 A1 wird der Zellenstrom anhand einer Zellenstromfunktion ermittelt, wobei der Innenwiderstand, die Zellenspannung und die Zellentemperatur verwendet werden.In the DE 10 2012 014 436 A1 the cell current is determined by a cell current function using the internal resistance, the cell voltage and the cell temperature.

Die DE 10 2009 038 663 A1 zeigt parallel geschaltete Batteriegruppen auf, wobei die Batteriegruppen aus in Reihe geschalteter Batterien bestehen.The DE 10 2009 038 663 A1 shows battery groups connected in parallel, where the battery groups consist of series-connected batteries.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Ausgehend hiervon, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem bereitzustellen, welche die aufgeführten Nachteile und Einschränkungen des Standes der Technik zumindest teilweise überwinden.Based on this, the object of the present invention is to provide a method for determining charge states of a plurality of cells in a battery, a computer program and a battery management system, which at least partially overcome the disadvantages and limitations of the prior art.

Insbesondere soll das vorgeschlagene Verfahren ermöglichen, Ladungszustände der einzelnen Zellen in der Batterie in Echtzeit ermitteln zu können, wobei sich die Anzahl an erforderlichen Stromsensoren gegenüber dem Stand der Technik verringern lässt.In particular, the proposed method should make it possible to be able to determine charge states of the individual cells in the battery in real time, whereby the number of required current sensors can be reduced compared to the prior art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, durch ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Patentansprüchen dargestellt.This object is achieved by a method for determining charge states of a plurality of cells in a battery, by a computer program and a battery management system according to the features of the independent patent claims. Advantageous developments, which can be implemented individually or in any combination, are shown in the dependent claims.

Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben den durch diese Begriffe eingeführten Merkmalen, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.Hereinafter, the terms "having", "having", "including" or "including" or any grammatical variations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms may refer to situations in which, in addition to the features introduced by these terms, there are no other features or to situations in which one or more other features are present. For example, the expression "A has B", "A has B", "A includes B" or "A includes B" can both refer to the situation in which, apart from B, there is no further element in A. (ie a situation in which A consists exclusively of B), as well as the situation in which, in addition to B, one or more further elements in A are present, for example element C, elements C and D or even further elements ,

Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne dass hierdurch die Möglichkeit eingeschränkt wird, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.It is further to be understood that the terms "at least one" and "one or more" and grammatical variations of these terms, when used and expressed in connection with one or more elements or features, are intended to make the element or feature simple or may be provided more than once, as a rule be used only once, for example, at the first introduction of the feature or element. In a subsequent renewed mention of the feature or element of the corresponding term "at least one" or "one or more" is usually no longer used, without limiting the possibility that the feature or element may be provided simply or repeatedly.

Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten unangetastet bleiben, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale.Furthermore, the terms "preferably", "in particular", "for example" or similar terms are used below in connection with optional features, without restricting alternative embodiments thereof. Thus, features introduced by these terms are optional features, and it is not intended by these features to limit the scope of the claims and, in particular, the independent claims. Thus, as those skilled in the art will recognize, the invention may be practiced using other embodiments. Similarly, features introduced by "in one embodiment of the invention" or by "in one embodiment of the invention" are to be understood as optional features without, however, being construed as limiting alternative embodiments or the scope of the independent claims. Furthermore, these introductory expressions are intended to leave untouchable all possibilities of combining the features introduced thereby with other features, be they optional or non-optional features.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie. Der Begriff der „Batterie“ bezeichnet hierbei eine elektrische Zusammenschaltung von mindestens zwei elektrochemischen Zellen, welche auch als „galvanische Zellen“ oder „Batteriezellen“ bezeichnet werden, welche vorzugsweise zur Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie eingesetzt werden. Jede Zelle in der Batterie nimmt zu jeder Zeit einen so genannten „Ladungszustand“ (engl. state of charge, kurz SOC) ein, welcher in der Regel als prozentualer Anteil einer sich in der betreffenden Zelle tatsächlich gespeicherten elektrischen Ladung in Bezug auf die gesamte Ladungskapazität Qn der Zelle angegeben werden kann. Als „Zelle“ wird üblicherweise eine Einrichtung benannt, welche zwei räumlich voneinander getrennte Elektroden aufweist, die jeweils eine verschiedene Polarität besitzen und daher auch als „Kathode“ bzw. als „Anode“ bezeichnet werden können. In der Zelle stehen die beiden Elektroden zum einen über mindestens einen ionenleitenden Elektrolyten miteinander in Kontakt, während ein für die Ionen durchlässiger Separator die beiden Elektroden elektrisch voneinander isoliert, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Neben so genannten „Primärbatterien“, welche sich während ihres Lebenszyklus' nur einmalig einsetzen lassen, existiert eine Vielzahl von so bezeichneten „Sekundärbatterien“, welche sich über eine Vielzahl von Zyklen mit elektrischer Energie laden und entladen lassen. Hierfür ist ein Einsatz von geeigneten Aktivmaterialien erforderlich, welche sich reversibel zwischen mindestens zwei elektronischen Zuständen umwandeln lassen, um auf diese Weise chemische Energie in elektrische Energie bzw. umgekehrt umsetzen zu können. Im Falle von Lithium-Ionen-Batterien können dies typischerweise LiNixMnyCozO2 (NMC), LiFePO4 (LFP), LiCoO2 (LCO) oder LiMn2O4 (LMO) sein. Andere Arten von Batterien, Zellen und/oder Materialien sind jedoch ebenfalls möglich.In a first aspect, the present invention relates to a method for determining charge states of a plurality of cells in a battery. The term "battery" here refers to an electrical interconnection of at least two electrochemical cells, which are also referred to as "galvanic cells" or "battery cells", which are preferably used for storage of chemical energy and for the delivery of electrical energy. Each cell in the battery at all times occupies a so-called "state of charge" (SOC), which is typically expressed as a percentage of an actual electrical charge stored in the cell in question with respect to the total charge capacity Q n of the cell can be specified. As a "cell" usually a device is named, which has two spatially separated electrodes, each having a different polarity and therefore can also be referred to as a "cathode" or as an "anode". In the cell, the two electrodes are in contact with one another via at least one ion-conducting electrolyte, while a separator permeable to the ions electrically insulates the two electrodes from one another in order to avoid a short circuit. In addition to so-called "primary batteries", which can be used only once during their life cycle, there are a large number of so-called "secondary batteries" which can be charged and discharged over a large number of cycles with electrical energy. For this purpose, a use of suitable active materials is required, which can be reversibly convert between at least two electronic states, in order to be able to convert chemical energy into electrical energy or vice versa in this way. In the case of lithium-ion batteries, these may typically be LiNi x Mn y Co z O 2 (NMC), LiFePO 4 (LFP), LiCoO 2 (LCO) or LiMn 2 O 4 (LMO). However, other types of batteries, cells and / or materials are also possible.

Die Vielzahl der Zellen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „Array“ in Form einer Serien-Parallel-Konfiguration angeordnet. Hierzu sind die Zellen in einem einzelnen Strang angeordnet oder auf mindestens zwei, in Parallelschaltung miteinander verbundene Stränge verteilt, wobei jeder der Stränge über genau eine einzelne Zelle oder über mindestens zwei in Reihenschaltung angeordnete Zellen verfügt. Die Anordnung der Zellen in der Batterie, d.h. eine erste Anzahl der Stränge in der Batterie und eine zweite Anzahl der Zellen in jedem Strang, ist jeweils festgelegt und bekannt. Der Begriff „verbunden“ bezeichnet hierbei eine elektrisch leitfähige Verbindung. Der Begriff der „Reihenschaltung“ oder „Serienschaltung“ bezeichnet hierbei eine aufeinanderfolgende Anbringung von mindestens zwei Zellen innerhalb eines Stranges in einer Weise, dass hierdurch ein einzelner Strompfad durch die mindestens zwei Zellen ausgebildet wird. Folglich werden zwei in Reihe geschaltete Zellen mit einem Strom derselben Höhe durchflossen. Im Unterschied hierzu bezeichnet der Begriff der „Parallelschaltung“ eine Anordnung von mindestens zwei Zellen in gesonderten Strängen, wobei sich ein die Batterie durchfließender Gesamtstrom als Teilströme auf die elektrisch miteinander verbundenen Stränge aufteilt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ausgestaltung des Arrays, d.h. die Anzahl der Stränge und die sich in jedem Strang befindliche Zahl an Zellen, grundsätzlich beliebig, wobei aus Sicherheitserwägungen eine maximale, an der Batterie anliegende Spannung nicht überschritten werden sollte.The plurality of cells is arranged in the context of the present invention as an "array" in the form of a series-parallel configuration. For this purpose, the cells are arranged in a single strand or distributed on at least two, in parallel connected strands, wherein each of the strands has exactly one single cell or at least two arranged in series cells. The arrangement of the cells in the battery, i. a first number of strands in the battery and a second number of cells in each strand are each fixed and known. The term "connected" refers to an electrically conductive connection. The term "series connection" or "series connection" here refers to a successive attachment of at least two cells within a strand in such a way that thereby a single current path is formed by the at least two cells. Consequently, two cells connected in series are traversed by a current of the same height. In contrast thereto, the term "parallel connection" designates an arrangement of at least two cells in separate strands, with a total current flowing through the battery being divided as partial currents onto the strands which are electrically connected to one another. According to the present invention, the configuration of the array, i. the number of strands and the number of cells located in each strand, in principle arbitrary, for safety reasons a maximum, voltage applied to the battery voltage should not be exceeded.

Das vorliegende Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte a) bis d), wobei die Schritte a) bis d) in der angegebenen Reihenfolge bevorzugt nacheinander ausgeführt werden können, beginnend mit Schritt a) und endend mit Schritt d), wobei es besonders vorteilhaft sein kann, die Schritte b) bis d) mehrfach zu wiederholen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen eines Wertes für einen Innenwiderstand einer jeden Zelle;
  2. b) messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung;
  3. c) Bestimmen eines Wertes für einen Strom durch jeden Strang unter Verwendung einer Differenz zwischen der an jeder Zelle anliegenden messtechnisch erfassten Spannung und einer geschätzten Spannung, welche aus einem Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle ermittelt wird, wobei der Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle berücksichtigt wird; und
  4. d) Anpassen des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle unter Verwendung des bestimmten Wertes für den Strom durch jeden Strang.
The present process comprises at least the following steps a) to d), wherein steps a) to d) in the order given can preferably be carried out successively, starting with step a) and ending with step d), wherein it may be particularly advantageous to repeat steps b) to d) several times. The method according to the invention comprises the following steps:
  1. a) providing a value for an internal resistance of each cell;
  2. b) metrological detection of a voltage applied to each cell voltage;
  3. c) determining a value for a current through each string using a difference between the metrologically detected voltage applied to each cell and an estimated voltage determined from an estimate of the state of charge of each cell, wherein the value of the internal resistance of each Cell is taken into account; and
  4. d) adjusting the estimate of the charge state of each cell using the determined value for the current through each leg.

Gemäß Schritt a) erfolgt eine Bereitstellung eines Wertes für einen Innenwiderstand einer jeden Zelle. Der so bereitgestellte Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle kann gleichzeitig oder, vorzugsweise, zuvor durch messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung ermittelt und, insbesondere für eine spätere Bereitstellung gemäß Schritt a), gespeichert werden. Zur Ermittlung des Wertes für den Innenwiderstand einer jeden Zelle kann eine messtechnische Erfassung einer an der betreffenden Zelle anliegenden Spannung vorgenommen und hieraus der Innenwiderstand der betreffenden Zelle ermittelt werden. Hierbei bezeichnet der Begriff der „messtechnische Erfassung“ einen Verfahrensschritt zur Bestimmung von Rohdaten, welche als Ausgangspunkt zur Ermittlung von weiteren Daten, ggf. in Zusammenwirkung mit weiteren messtechnisch erfassten Rohdaten oder hieraus abgeleiteten Daten.According to step a), a value for an internal resistance of each cell is provided. The value thus provided for the internal resistance of each cell can be determined simultaneously or, preferably, beforehand by metrological detection of a voltage applied to each cell and stored, in particular for later provision according to step a). To determine the value for the internal resistance of each cell, a metrological detection of a voltage applied to the cell in question can be made and from this the internal resistance of the relevant cell can be determined. Here, the term "metrological detection" denotes a method step for the determination of raw data, which serves as a starting point for the determination of further data, possibly in cooperation with further metrologically recorded raw data or data derived therefrom.

Gemäß einem unten näher beschriebenen Zellmodell kann sich eine an jeder Zelle anliegende Spannung aus einer Leerlaufspannung (engl. open circuit voltage, kurz OCV), welche sich aufgrund des gesuchten Ladungszustands der betreffenden Zelle einstellen kann, aus einer Diffusionsspannung aufgrund von Diffusionsprozessen und/oder Ladungstransfer innerhalb der Zelle sowie aus einer weiteren Spannung, welche sich aufgrund des ohmschen Innenwiderstands der betreffenden Zelle durch welche ein Strom fließt, ergeben. Der Begriff des „Innenwiderstands“ bezeichnet hierbei einen elektrischen Widerstand, welcher eine direkte Antwort in Form einer Spannung auf eine Beaufschlagung der Zelle mit einem äußeren Strom nach dem Ohm'schen Gesetz beschreibt. Der Innenwiderstand kann jedoch, ohne das vorliegende Verfahren zu beeinträchtigen, von dem Ladungszustand der Zelle oder anderen Größen, insbesondere einer in der Zelle herrschenden Temperatur, abhängen, insbesondere bei geringen Ladungszuständen einen höheren Wert annehmen.According to a cell model described in more detail below, a voltage applied to each cell from an open circuit voltage (OCV), which can adjust due to the sought charge state of the cell in question, from a diffusion voltage due to diffusion processes and / or charge transfer within the cell as well as from a further voltage which flows due to the ohmic internal resistance of the relevant cell through which a current flows. The term "internal resistance" here refers to an electrical resistance which describes a direct response in the form of a voltage to an exposure of the cell to an external current according to Ohm's law. However, the internal resistance, without affecting the present method, may depend on the state of charge of the cell or other quantities, in particular a temperature prevailing in the cell, and may assume a higher value, in particular at low charge states.

Die Ermittlung des Wertes für den Innenwiderstand einer jeden Zelle durch messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung kann vorzugsweise von einer dafür eingerichteten Vorrichtung durchgeführt werden, welche üblicherweise als „Batteriemanagementsystem“ bezeichnet wird. Das Batteriemanagementsystem kann hierbei auch dazu eingesetzt werden, um die bereits ermittelten Werte für den Innenwiderstand einer jeden Zelle, insbesondere für die spätere Bereitstellung gemäß Schritt a), zu speichern. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung können die Werte für den Innenwiderstand einer jeden Zelle nur einmal vorab ermittelt werden, in einer Tabelle gespeichert und bei Bedarf aus der Tabelle ausgelesen werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Batteriemanagementsystem weitere Werte für den Innenwiderstand einer jeden Zelle bestimmen, zum Beispiel nach Zeitablauf oder nach Eintreten eines festgelegten Ereignisses. Vorzugsweise kann eine an einer einzelnen Zelle anliegende Spannung mittels eines Spannungsmessgeräts, welches auch als „Voltmeter“ bezeichnet werden kann, bestimmt werden, wobei sich das betreffende Spannungsmessgerät in dem Batteriemanagementsystem befinden kann und/oder durch das Batteriemanagementsystem ausgelesen werden kann. In ähnlicher Weise kann darüber hinaus auch mindestens ein Stromsensor, welcher auch als „Amperemeter“ bezeichnet wird, vorgesehen sein, welcher die Bestimmung eines durch die Batterie fließenden Gesamtstroms oder der Teilströme in einzelnen Strängen ermöglichen kann.The determination of the value for the internal resistance of each cell by metrological detection of a voltage applied to each cell can preferably be carried out by a device designed for this purpose, which is usually referred to as a "battery management system". The battery management system can also be used to store the already determined values for the internal resistance of each cell, in particular for the subsequent provision according to step a). In a particularly preferred embodiment, the values for the internal resistance of each cell can be determined only once in advance, stored in a table and read out from the table as needed. Alternatively or additionally, the battery management system may determine further values for the internal resistance of each cell, for example, after the timeout or after the occurrence of a specified event. Preferably, a voltage applied to a single cell voltage can be determined by means of a voltage measuring device, which can also be referred to as a "voltmeter", wherein the relevant voltage measuring device can be located in the battery management system and / or can be read by the battery management system. In a similar manner, moreover, at least one current sensor, which is also referred to as an "ammeter", may be provided, which may enable the determination of a total current flowing through the battery or the partial currents in individual strings.

Gemäß Schritt b) erfolgt eine messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung. Vorzugsweise kann hierzu die an einer einzelnen Zelle anliegende Spannung mittels des oben genannten Spannungsmessgeräts oder „Voltmeters“ bestimmt werden, wobei sich das betreffende Spannungsmessgerät in dem Batteriemanagementsystem befinden kann und/oder durch das Batteriemanagementsystem ausgelesen werden kann.According to step b), a metrological detection of a voltage applied to each cell takes place. Preferably, for this purpose, the voltage applied to a single cell voltage can be determined by means of the above-mentioned voltmeter or "voltmeter", wherein the relevant voltage measuring device can be located in the battery management system and / or can be read by the battery management system.

Gemäß Schritt c) erfolgt hieran anschließend eine Bestimmung eines Wertes für einen Strom durch jeden Strang unter Verwendung einer Differenz zwischen an jeder Zelle anliegenden messtechnisch erfassten Spannung und einem Schätzwert der Zellspannung, welche anhand eines Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle, besonders bevorzugt anhand des Schätzwertes der Spannungen für die Diffusionsprozesse und/oder den Ladungstransfer, ermittelt wird. Hierbei wird der gemäß Schritt a) bereitgestellte Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle berücksichtigt. Der Begriff des „Ermittelns einer Differenz“ oder der „Ermittlung einer Differenz“ bezeichnet hierbei einen Verfahrensschritt, welcher einen Unterschied zwischen zwei bereitgestellten Werten bestimmt. Zur Ermittlung der Differenz kann bevorzugt das „Kalman-Filter“ eingesetzt werden, bei welchem es sich um ein rekursives Verfahren handelt, wodurch mittels dieses Schätzalgorithmus eine Echtzeitbestimmung ermöglicht werden kann. Zur Bestimmung eines gesonderten Schätzwertes für einen Strom durch den Strang, welcher unter Verwendung des gemäß Schritt a) bereitgestellten Innenwiderstands einer jeden Zelle in dem Strang ermittelt wird, kann ein Schätzalgorithmus eingesetzt werden, welcher - ohne Kenntnis des Stroms durch die Zelle - den Strom durch den einzelnen Strang oder den Teilstrom durch mindestens zwei miteinander verbundene Stränge ermitteln kann. Der Begriff des „Schätzwerts“ bezeichnet hierbei einen mittels eines Schätzalgorithmus bestimmten Wertes, welchen der Schätzalgorithmus als wahrscheinlichster Wert annimmt. Als Schätzalgorithmus kann vorzugsweise ein aus dem Stand der Technik bekanntes „Kalman-Filter“ eingesetzt werden, wobei der „Kalman-Filter einen Schätzalgorithmus bezeichnet, in welchem eine Vielzahl von Messwerten, welche Ungenauigkeiten aufweisen können, verwendet werden und hieraus ein Schätzwert für eine genauere Variable erzeugt wird. Bevorzugt kann dieser Schätzalgorithmus ein zweistufiges Verfahren aufweisen, wobei - in einer ersten Stufe - ein Schätzwert für die Variablen entsprechend ihrer Genauigkeit erzeugt und - in einer zweiten Stufe - weitere Messwerte für eine Erhöhung der Messgenauigkeit verwendet werden. Entsprechend kann gemäß Schritt c) ein zunächst erzeugter Schätzwert eingesetzt und gemäß Schritt d) an die bestimmten Werte für den Strom durch jeden Strang angepasst werden. Ein Einsatz von anderen Schätzalgorithmen ist jedoch ebenfalls möglich. Unabhängig von dem tatsächlich eingesetzten Schätzalgorithmus kann der Innenwiderstand einer jeden Zelle in dem Strang zur Bestimmung des Stroms, insbesondere des Teilstroms, durch den Strang verwendet werden.According to step c), this is followed by a determination of a value for a current through each string using a difference between the measured voltage applied to each cell and an estimate of the cell voltage, which is based on an estimate of the charge state of each cell, particularly preferably with reference to FIG Estimate the voltages for the diffusion processes and / or the charge transfer, is determined. Here, the value provided according to step a) for the internal resistance of each cell is taken into account. The term "determination of a difference" or "determination of a difference" here denotes a method step which makes a difference between two determined values. In order to determine the difference, the "Kalman filter" can be used, which is a recursive method, whereby a real-time determination can be made possible by means of this estimation algorithm. To determine a separate current flow estimate, which is determined using the internal resistance of each cell in the string provided in step a), an estimation algorithm can be used which, without knowledge of the current through the cell, passes the current determine the single strand or the partial flow by at least two interconnected strands. The term "estimate" here denotes a value determined by means of an estimation algorithm, which the estimation algorithm assumes as the most probable value. As an estimation algorithm, a "Kalman filter" known from the prior art can be preferably used, wherein the "Kalman filter designates an estimation algorithm in which a multiplicity of measured values, which may have inaccuracies, are used, and from this an estimated value for a more accurate one Variable is generated. Preferably, this estimation algorithm can have a two-stage method, wherein-in a first stage-an estimated value for the variables is generated according to their accuracy and-in a second stage-further measured values are used to increase the measurement accuracy. Accordingly, according to step c), an initially generated estimated value can be used and, according to step d), adapted to the determined values for the current through each strand. However, it is also possible to use other estimation algorithms. Regardless of the estimation algorithm actually used, the internal resistance of each cell in the string can be used to determine the current, particularly the partial current, through the string.

Gemäß Schritt d) erfolgt eine Anpassung des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle unter Verwendung der ermittelten Differenz aus Schritt c). Der Begriff des „Anpassens des Schätzwertes“ bezieht sich auf eine Veränderung des Wertes, welchen der Schätzalgorithmus nach einem weiteren Schritt als nunmehr wahrscheinlichsten Wert annimmt. Damit wird schließlich eine Ermittlung der gesuchten Ladungszustände für jede einzelne Zelle in dem Strang möglich. Der Begriff des „Ermittelns der Ladungszustände“ oder der „Ermittlung der Ladungszustände“ bezeichnet hierbei eine Bestimmung des Ladungszustands (engl. state of charge, kurz SOC) für jede einzelne Zelle in dem betrachteten Strang, in der Regel als prozentualer Anteil einer sich in der betreffenden Zelle tatsächlich gespeicherten elektrischen Ladung in Bezug auf die gesamte Ladungskapazität Qn der Zelle.According to step d), the charge state estimate of each cell is adjusted using the determined difference from step c). The term "fitting the estimate" refers to a change in the value which the estimation algorithm takes as the next most probable value after a further step. This finally makes it possible to determine the desired charge states for each individual cell in the string. The term "determining the state of charge" or "determining the states of charge" in this case refers to a determination of the state of charge (SOC) for each individual cell in the strand in question, usually as a percentage of a cell actually stored electrical charge with respect to the total charge capacity Q n of the cell.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens können zumindest die Schritte b) bis d) nach einem ersten Zeitpunkt zu mindestens einem weiteren Zeitpunkt, vorzugsweise zu einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, wiederholt werden. Hierbei kann in besonders vorteilhafter Weise der gemäß Schritt d) zu einem vorhergehenden Zeitpunkt angepasste Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle zu einem folgenden Zeitpunkt als der Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle gemäß Schritt c) eingesetzt werden. Auf diese Weise kann das vorliegende Verfahren als rekursives Verfahren zu den aufeinanderfolgenden Zeitpunkten durchgeführt werden. Zwei aufeinanderfolgende Zeitpunkte können hierbei durch ein Zeitintervall von 0,001 s bis 10 s, vorzugsweise von 0,01 s bis 1 s, besonders bevorzugt von 0,05 s bis 0,5 s, voneinander getrennt sein, wobei aufeinanderfolgende Zeitintervalle bevorzugt äquidistant sein können. Andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich, beispielsweise nicht äquidistante Zeitintervalle oder die Durchführung der Schritte b) bis d) nach Zeitablauf oder nach Eintreten eines festgelegten Ereignisses. Unabhängig von der Art der Ausführung, kann auf diese Weise ein besserer Schätzwert für den Strom, insbesondere den Teilstrom, durch mindestens einen Strang erhalten werden.In a particularly preferred embodiment of the present method, at least steps b) to d) can be repeated after a first time at at least one further time, preferably at a multiplicity of successive points in time. Here, in a particularly advantageous manner, the charge state estimate of each cell, adapted according to step d) at a previous time, may be used at a subsequent time as the charge state estimate of each cell according to step c). In this way, the present method can be performed as a recursive method at the successive times. Two successive times can be separated from each other by a time interval of 0.001 s to 10 s, preferably from 0.01 s to 1 s, particularly preferably from 0.05 s to 0.5 s, with successive time intervals preferably being able to be equidistant. However, other embodiments are possible, for example, non-equidistant time intervals or the implementation of steps b) to d) after the expiration of time or after the occurrence of a specified event. Regardless of the type of execution, in this way a better estimate of the flow, in particular the partial flow, can be obtained by at least one strand.

Das hier vorgestellte Verfahren mit den Schritten a) bis d) eignet sich insbesondere für die Ermittlung der gesuchten Ladungszustände für jede einzelne Zelle in einem einzelnen Strang der Batterie, wobei die gesamten Zellen der Batterie in dem Strang in Reihe oder Serie geschaltet sind. Alternativ kann dieses Verfahren auch für die Ermittlung der gesuchten Ladungszustände für jede einzelne Zelle, welche auf einem oder auf mehr als einem einzelnen Strang der Batterie aufgeteilt sind, eingesetzt werden, soweit die einzelnen Stränge der Batterie vorzugsweise unabhängig voneinander betrachtet werden. Unabhängig davon, ob die Zellen in der Batterie auf einen oder auf mehrere Stränge verteilt sind, lässt sich so eine gute Abschätzung der gesuchten Ladungszustände jeder einzelnen Zelle ermöglichen, wobei, wie unten näher dargestellt ist, deren Qualität mit zunehmender Anzahl der Zellen in mindestens einem Strang ebenfalls zunimmt. In besonders vorteilhafter Weise kann hierbei - im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren - eine messtechnische Erfassung eines Stromwerts vollständig unterbleiben.The method presented here with the steps a) to d) is particularly suitable for determining the desired charge states for each individual cell in a single strand of the battery, wherein the entire cells of the battery in the strand are connected in series or series. Alternatively, this method can also be used for the determination of the sought charge states for each individual cell, which are distributed on one or on more than a single strand of the battery, as far as the individual strands of the battery are preferably considered independently. Regardless of whether the cells in the battery are distributed over one or more strands, it is possible to make a good estimate of the sought charge states of each individual cell, with their quality increasing as the number of cells in at least one cell increases, as shown in more detail below Strand is also increasing. In a particularly advantageous manner, in contrast to methods known from the prior art, a metrological detection of a current value can be completely omitted.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens werden die einzelnen Stränge der Batterie jedoch nicht länger unabhängig voneinander betrachtet, sondern in Beziehung zueinander gesetzt, wodurch sich Synergieeffekte zwischen einigen oder sogar allen Strängen der Batterie dadurch ergeben können, dass die für einen Strang ermittelten Schätzwerte in Schätzwerte für andere Stränge, insbesondere für benachbarte Stränge, einfließen. In dieser besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Batterie somit mindestens zwei Stränge auf. Erfindungsgemäß werden hierbei die Ladungszustände einer jeden Zelle in einem Strang jeweils gemeinsam mit den Ladungszuständen einer jeden Zelle in einem benachbarten Strang ermittelt. Hierbei fließt unter Anwendung des 1. Kirchhoffschen Gesetzes mit ein, dass sich der Gesamtstrom auf einzelne Teilströme in den Strängen aufteilt. Zur Ermittlung der Teilströme eines jeden Strangs gemäß Schritt c) kann vorzugsweise ein Gesamtstrom durch die Batterie, insbesondere mittels eines Stromsensors, messtechnisch erfasst und anschließend in dem Schätzalgorithmus verwendet werden, wobei die Berücksichtigung der Aufteilung der einzelnen Teilströme auf die Stränge sukzessiv oder gleichzeitig erfolgen kann. Somit können hierbei zur Bestimmung des Schätzwertes für einen Teilstrom durch einen ausgewählten Strang die Schätzwerte der einzelnen Ladungszustände und/oder der Schätzwert für einen Teilstrom durch einen oder mehrere andere Stränge mit einbezogen werden. Insbesondere in dem bereits erwähnten Zellmodell können hierbei Unterschiede zwischen den verschiedenen Strängen der Batterie dadurch berücksichtigt werden, dass für jeden einzelnen Strang ein gesonderter Strangwiderstand verwendet wird und - gemäß dem 2. Kirchhoffschen Gesetz - die über jeden Strang) abfallende Spannung als gleich angenommen wird.In a particularly preferred embodiment of the present method, however, the individual strands of the battery are no longer considered independently, but in relation to each other, whereby synergies between some or even all strands of the battery may result in that the estimated values for a strand in Estimates for other strands, especially for adjacent strands. In this particularly preferred embodiment, the battery thus has at least two strands. According to the invention, the charge states of each cell in a string are determined in each case together with the charge states of each cell in an adjacent strand. In accordance with Kirchhoff's 1st law, this implies that the total flow is divided into individual partial flows in the strands. In order to determine the partial flows of each strand according to step c), preferably a total current through the battery, in particular by means of a current sensor, can be detected by measurement and subsequently used in the estimation algorithm, whereby the division of the individual partial currents into the strands can be considered successively or simultaneously , Thus, for determining the estimated value for a partial flow through a selected branch, the estimated values of the individual charge states and / or the estimated value for a partial flow can be included by one or more other strings. In particular, in the cell model already mentioned, differences between the different strands of the battery can be taken into account by using a separate strand resistance for each individual strand and assuming that the voltage drop across each strand is assumed to be equal, according to Kirchhoff's second law.

In einer besonderen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens, in welchem die Zellen auf mindestens drei in Parallelschaltung verbundene Stränge in der Batterie verteilt sind, kann eine Einbeziehung des Schätzwertes für einen Teilstrom durch einen benachbarten Strang sukzessiv für die parallel angeordneten Stränge erfolgen. Hierbei können die für einen Strang ermittelten Schätzwerte nacheinander dem Schätzalgorithmus für den jeweils benachbarten Strang übergeben werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann hierbei für jeden Strang eine Masche mit einem der beiden hierzu benachbarten Stränge gebildet und jeweils der Schätzwert für den Teilstrom durch die Masche bestimmt werden. Der Begriff der „Masche“ geht hierbei ebenfalls auf das 2. Kirchhoffsche Gesetz zurück, welches besagt, dass sich Teilspannungen innerhalb eines geschlossenen elektrischen Strompfades, welcher auch als „Umlauf“ bezeichnet werden kann, bei Abwesenheit sich zeitlich ändernder magnetischer Flüsse, wovon im vorliegenden Fall ausgegangen werden kann, zu Null aufaddieren, so dass der Strom innerhalb der Masche als konstant angenommen werden kann. Werden nun zwei benachbarte Stränge als eine einzige Masche betrachtet, so kann deren Strom zueinander in Beziehung gesetzt werden. Mit anderen Worten. Aus einem bereits ermittelten Schätzwert für den Strom durch einen ausgewählten Pfad kann somit jeweils ein Schätzwert für den Strom durch einen, zu dem ausgewählten benachbarten Pfad ermittelt werden.In a particular embodiment of the present method, in which the cells are distributed in at least three parallel connected strands in the battery, an inclusion of the estimated value for a partial flow through an adjacent strand can be carried out successively for the strands arranged in parallel. In this case, the estimated values determined for one strand can be successively transferred to the estimation algorithm for the respectively adjacent strand. In a particularly preferred embodiment of the method, a mesh with one of the two adjacent strands can be formed for each strand and in each case the estimated value for the partial flow through the mesh can be determined. The term "mesh" also goes back to the second Kirchhoff's law, which states that partial stresses within a closed electrical current path, which can also be called "circulation", in the absence of temporally changing magnetic fluxes, of which in the present Case can be assumed to add to zero, so that the current within the mesh can be assumed to be constant. Now, if two adjacent strands are considered as a single mesh, their current can be related to each other. In other words. From an already determined estimated value for the current through a selected path, it is thus possible in each case to determine an estimated value for the current through a selected adjacent path.

Darüber hinaus können in einer besonderen Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens auch nicht-benachbarte Stränge entsprechend zueinander in Beziehung gesetzt werden.In addition, in a particular embodiment of the present method, non-adjacent strands can also be correlated with one another.

Unabhängig von der gewählten Ausgestaltung, mittels welcher einzelne Stränge der Batterie zueinander in Beziehung gesetzt werden, genügt es hierbei, lediglich den Gesamtstrom durch die Batterie zu erfassen und in dem Schätzalgorithmus zu verwenden. Damit lassen sich bis zu einem Stromsensor pro Strang einsparen, was sowohl den Aufwand für die Batterie als auch für das Batteriemanagementsystem erheblich verringert.Regardless of the chosen embodiment, by means of which individual strands of the battery are related to each other, it is sufficient in this case to detect only the total current through the battery and to use in the estimation algorithm. This can save up to one current sensor per string, which significantly reduces both the expense of the battery and the battery management system.

Für weitere Einzelheiten in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere im Hinblick auf eine Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte, wird auf die unten stehende Ausführungsbeispiele verwiesen.For further details with regard to the method according to the invention, in particular with regard to carrying out the individual method steps, reference is made to the embodiments below.

In einer weiteren Ausgestaltung kann jedoch alternativ oder zusätzlich zu der messtechnischen Erfassung des Gesamtstroms mindestens ein Teilstrom durch einen der Stränge der Batterie messtechnisch erfasst werden, wobei erfindungsgemäß zumindest ein Strang der Batterie verbleibt, in welchem keine messtechnische Erfassung des Teilstroms erfolgt. Auf diese Weise können messtechnisch zusätzlich erfasste Werte in die Ermittlung der Ladungszustände der einzelnen Zellen einfließen, jedoch auf Kosten einer höheren Anzahl an Stromsensoren.In a further embodiment, however, alternatively or in addition to the metrological detection of the total current, at least one partial flow can be detected by one of the strands of the battery, wherein according to the invention at least one strand of the battery remains, in which no metrological detection of the partial flow takes place. In this way, metrologically additionally detected values can be included in the determination of the charge states of the individual cells, but at the expense of a higher number of current sensors.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie durchzuführen. Damit lassen sich die gewünschten Parameter und Größen, vorzugsweise in Echtzeit, berechnen, wobei bestimmte Parameter vorgegeben, messtechnisch erfasst, berechnet und gespeichert werden können. Das Computerprogramm kann hierbei insbesondere in einem elektronischen Speicher, welcher sich in einem unten näher beschriebenen Batteriemanagementsystem befinden kann, vorgehalten werden. Alternativ oder zusätzlich können das Computerprogramm sowie die darin verwendeten Parameter und Größen extern, insbesondere auf externen Speichern, einem Server oder innerhalb einer Cloud, gespeichert und bei Bedarf online zur Verfügung gestellt werden. In another aspect, the present invention relates to a computer program configured to perform the steps of the method of determining charge states of a plurality of cells in a battery as described herein. In this way, the desired parameters and variables can be calculated, preferably in real time, whereby specific parameters can be predetermined, metrologically recorded, calculated and stored. In this case, the computer program can be stored in particular in an electronic memory, which can be located in a battery management system described in more detail below. Alternatively or additionally, the computer program and the parameters and variables used therein can be stored externally, in particular on external memories, a server or within a cloud, and made available online as needed.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriemanagementsystem, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet ist. Der Begriff des „Batteriemanagementsystem“ bezeichnet hierbei eine ein- oder mehrteilige Vorrichtung, welche dazu eingerichtet ist, um die Batterie zu betreiben und zu überwachen, indem Parameter und Größen, bevorzugt in Echtzeit, vorgegeben, messtechnisch erfasst, berechnet und gespeichert werden. Das Batteriemanagementsystem kann hierzu vorzugsweise über mehrere Komponenten verfügen, welche innerhalb und/oder außerhalb eines Gehäuses angeordnet sein können. Insbesondere können hierzu diskrete oder integrierte Schaltkreise oder eine Kombination hiervon vorgesehen sein, beispielsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (application-specified integrated circuits; ASICs), Universalschaltkreise, insbesondere FPGAs (field-programmable gate arrays) oder FPAAs (Field programmable analog arrays), Mikrocomputer oder Computer. Weitere Arten der Ausgestaltung des Batteriemanagementsystems sind jedoch möglich.In a further aspect, the present invention relates to a battery management system that is equipped to carry out the method according to the invention. The term "battery management system" here refers to a one-part or multi-part device, which is set up to operate and monitor the battery by setting parameters and variables, preferably in real time, predetermined, metrologically recorded, calculated and stored. For this purpose, the battery management system can preferably have a plurality of components which can be arranged inside and / or outside a housing. In particular, discrete or integrated circuits or a combination thereof may be provided for this purpose, for example application-specific integrated circuits (ASICs), universal circuits, in particular FPGAs (field programmable gate arrays) or FPAAs (Field Programmable Analog Arrays), microcomputers or Computer. However, other types of embodiment of the battery management system are possible.

Das Batteriemanagementsystem zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, wobei die Zellen auf einen einzelnen Strang oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge in der Batterie verteilt sind, wobei die Zellen innerhalb eines Strangs in Reihenschaltung angeordnet sind, umfasst hierbei zumindest

  • - mindestens ein Spannungsmessgerät, welches zur messtechnischen Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung eingerichtet ist; und
  • - mindestens eine Auswerteeinrichtung, welche zur Ermittlung der Ladungszustände einer jeden Zelle unter Verwendung eines Computerprogramms, welches dazu ausgestattet ist, um die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie durchzuführen.
The battery management system for determining charge states of a plurality of cells in a battery, wherein the cells are distributed on a single strand or on at least two parallel connected strands in the battery, wherein the cells are arranged in a string in series, in this case comprises at least
  • - At least one voltage measuring device, which is set up for the metrological detection of a voltage applied to each cell voltage; and
  • at least one evaluation device, which is used to determine the charge states of each cell using a computer program which is equipped to perform the steps of the method described herein for determining charge states of a plurality of cells in a battery.

In einer besonderen Ausgestaltung kann das Batteriemanagementsystem weiterhin umfassen

  • - mindestens eine Einrichtung zur Auslesung eines Stromsensors, welcher zur messtechnischen Erfassung eines Gesamtstroms durch die Batterie oder eines Teilstroms durch einen einzelnen Strang der Batterie eingerichtet ist.
In a particular embodiment, the battery management system may further comprise
  • - At least one means for reading a current sensor, which is adapted for metrological detection of a total current through the battery or a partial flow through a single strand of the battery.

Für weitere Einzelheiten in Bezug auf das Batteriemanagementsystem wird auf die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.For further details with respect to the battery management system, reference is made to the description of the method according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das vorliegende Verfahren eignet sich zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, wobei ganz oder teilweise auf sehr genaue und damit aufwändige sowie kostenintensive Stromsensoren verzichtet werden kann. Da über jeden in der Batterie verwendeten Stromsensor notwendigerweise eine Verlustleistung bei einer Durchführung einer Strommessung abfällt, können dadurch Leistungsverluste der Batterie bei der Ermittlung der Ladungszustände der Zellen deutlich verringert werden. Damit lassen sich Aufwand und Kosten in Form von Stromsensoren und Energie zu deren Betrieb deutlich verringern. Ein nach dem Stand der Technik erforderlicher Bias-Abgleich der verschiedenen Stromsensoren kann vollständig oder teilweise entfallen. Das vorgeschlagene verteilte Schätzverfahren kann zudem die benötigte Rechenzeit und den Speicherbedarf des Systems in vorteilhafter Weise verringern.The present method is suitable for the determination of charge states of a plurality of cells in a battery, wholly or partially dispensing with very accurate and therefore expensive as well as expensive current sensors. Since any power sensor used in the battery necessarily dissipates a power loss when carrying out a current measurement, thereby power losses of the battery in determining the charge states of the cells can be significantly reduced. This significantly reduces costs and costs in the form of current sensors and energy for their operation. A prior art bias adjustment of the various current sensors may be completely or partially eliminated. The proposed distributed estimation method can also advantageously reduce the required computation time and memory requirements of the system.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind schematisch in den nachfolgenden Figuren dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugsziffern in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.Further details and features of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, in particular in conjunction with the dependent claims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. However, the invention is not limited to the embodiments. The embodiments are shown schematically in the following figures. Here, like reference numerals in the figures designate the same or functionally identical elements or with respect to their functions corresponding elements.

Im Einzelnen zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild einer Batterie und eines zugehörigen Batteriemanagementsystems zur Durchführung eines aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in der Batterie;
  • 2 eine schematische Darstellung eines in Verfahren zur Ermittlung des Ladungszustands einer einzigen Zelle eingesetzten Kalman-Filters;
  • 3 ein Blockschaltbild für ein Zellmodell der Zelle einer Batterie;
  • 4 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen, welche in einem einzigen Strang angeordnet sind;
  • 5 ein Blockschaltbild eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen, welche in mindestens zwei benachbarten Strängen angeordnet sind;
  • 6 ein Blockschaltbild eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen, welche in mindestens zwei benachbarten Strängen angeordnet sind;
  • 7A-7C: eine schematische Darstellung von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in mindestens zwei benachbarten Strängen;
  • 8A-8C: eine Darstellung eines Vergleichs von direkten Messungen mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Ladungszustands einer Einzelzelle;
  • 9A-9C: eine Darstellung eines Vergleichs von direkten Messungen mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Ladungszustände von jeweils 3 Zellen in 2 Strängen; und
  • 10A-10D: eine Darstellung eines Vergleichs von direkten Messungen mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der Ladungszustände von jeweils 3 Zellen in 3 Strängen.
In detail show:
  • 1 a block diagram of a battery and an associated battery management system for performing a method known in the prior art for detecting charge states of a plurality of cells in the battery;
  • 2 a schematic representation of a Kalman filter used in methods for determining the charge state of a single cell;
  • 3 a block diagram for a cell model of the cell of a battery;
  • 4 a block diagram of a preferred embodiment for determining charge states of a plurality of cells, which are arranged in a single strand;
  • 5 a block diagram of another preferred embodiment for determining charge states of a plurality of cells, which are arranged in at least two adjacent strands;
  • 6 a block diagram of another preferred embodiment for determining charge states of a plurality of cells, which are arranged in at least two adjacent strands;
  • 7A-7C : A schematic representation of various preferred embodiments for determining charge states of a plurality of cells in at least two adjacent strands;
  • 8A-8C : a representation of a comparison of direct measurements with results from carrying out the method according to the invention for determining a charge state of a single cell;
  • 9A-9C : a representation of a comparison of direct measurements with results from carrying out the method according to the invention for determining the charge states of 3 cells each in 2 strands; and
  • 10A-10D : A representation of a comparison of direct measurements with results from carrying out the method according to the invention for determining the charge states of 3 cells in 3 strands.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterie 110, welche über eine Vielzahl von Zellen 112 verfügt, wobei die Zellen 112 hier auf mehrere in Parallelschaltung verbundene Stränge 114 in der Batterie 110 verteilt sind, wobei die Zellen 112 innerhalb jedes Strangs 114 in Form einer Reihen- oder Serienschaltung angeordnet sind. Beispielhaft sind in 1 drei parallel zueinander angeordnete Stränge 114 dargestellt; die Punkte ... deuten jedoch an, dass darüber hinaus eine grundsätzlich beliebige Anzahl von Strängen 114 in der betreffenden Batterie 110 vorhanden sein kann. 1 shows a block diagram of a battery 110 which have a variety of cells 112 has, where the cells 112 here on several strings connected in parallel 114 in the battery 110 are distributed, with the cells 112 within each strand 114 are arranged in the form of a series or series circuit. Exemplary are in 1 three parallel strands 114 shown; the points ... indicate, however, that in addition a basically arbitrary number of strands 114 in the relevant battery 110 can be present.

Zur Ermittlung von Ladungszuständen jeder einzelnen Zelle 112 in der Batterie 110 gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist ein mit der Batterie 110 zusammenwirkendes Batteriemanagementsystem 116 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, um einerseits eine an jeder einzelnen Zelle 112 anliegende Spannung V und um andererseits einen Teilstrom ik, k = 1 ... M, gesondert durch jeden einzelnen der M Stränge 114 der Batterie 110 messtechnisch zu erfassen. Hierzu weist das Batteriemanagementsystem 116 jeweils ein Spannungsmessgerät 118 (Voltmeter) zur messtechnischen Erfassung der an jeder einzelnen Zelle 112 anliegenden Spannung V auf. Weiterhin verfügt jeder einzelne Strang 114 der Batterie 110 über mindestens einen gesonderten Stromsensor 120 (Amperemeter), der jeweils durch das Batteriemanagementsystem 116 ausgelesen werden kann.For determining charge states of each individual cell 112 in the battery 110 According to a method known from the prior art is one with the battery 110 cooperative battery management system 116 provided, which is set up, on the one hand one on each cell 112 voltage applied V and on the other hand, a partial current i k , k = 1 ... M, separated by each one of the M strands 114 the battery 110 metrologically to capture. This is indicated by the battery management system 116 one voltmeter each 118 (Voltmeter) for metrological detection of each cell 112 applied voltage V on. Furthermore, each individual strand has 114 the battery 110 via at least one separate current sensor 120 (Ammeter), each by the battery management system 116 can be read out.

Unter Verwendung einer Stromintegration ik(t) über die Zeit t gemäß Gleichung (1) S O C k ( t ) = 0 t i k ( τ ) d τ / Q n + S O C k ( 0 )

Figure DE102018206353B3_0002
können üblicherweise die elektrischen Ladungszustände SOCk(t) der in einem einzelnen Strang k 114 in der Batterie 110 angeordneten Zellen 112 zur Zeit t ermittelt werden, wofür mindestens ein Stromsensor 120 pro Strang 114 erforderlich ist, um alle Teilströme ik(t), k = 1 ... M, durch alle M vorhandenen Stränge 114 messtechnisch erfassen zu können. Der Term SOCk (0) gibt hierbei einen Startpunkt, d.h. den elektrischen Ladungszustand zur Zeit t=0, an. Weiterhin bezeichnet Qn eine Nennladungskapazität der betreffenden Zelle 112 in der Batterie 110, welche aus einem Datenblatt entnommen oder anderweitig bestimmt werden kann. Mit Kenntnis der durch das jeweilige Spannungsmessgerät 118 ermittelten Spannung jeder einzelnen Zelle 112 in der Batterie 110 lassen sich verbesserte Werte für die ermittelten Ladungszustände SOCk(t) jeder Zelle 112 des Strangs k 114 angeben.Using current integration i k (t) over time t according to equation (1) S O C k ( t ) = 0 t i k ( τ ) d τ / Q n + S O C k ( 0 )
Figure DE102018206353B3_0002
For example, the electric charge states SOC k (t) that are present in a single strand k can usually be determined 114 in the battery 110 arranged cells 112 be determined at the time t, for which at least one current sensor 120 per strand 114 is required to divide all sub-streams i k (t), k = 1 ... M, through all M existing strands 114 to be able to record metrologically. The term SOC k (0) indicates a starting point, ie the electric charge state at time t = 0. Furthermore, Q n denotes a nominal charge capacity of the cell in question 112 in the battery 110 , which can be taken from a data sheet or otherwise determined. With knowledge of the respective voltage measuring device 118 determined voltage of each individual cell 112 in the battery 110 can be improved values for the determined charge states SOC k (t) of each cell 112 of the strand k 114 specify.

Wie eingangs bereits erwähnt, sind aus dem Stand der Technik weiterhin meist aufwändige regelungstechnische Filteralgorithmen zur Schätzung des Ladungszustands jeder einzelnen Zelle 112 in der Batterie 110 bekannt. Hierbei werden in der Regel die Teilströme durch einen einzelnen Strang 114 und die Spannungen der einzelnen Zellen 112 als Eingangsgrößen für den ausgewählten Filteralgorithmus betrachtet. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines im Stand der Technik bereits eingesetzten Kalman-Filters 122, in welchem die Spannung uk der einzelnen Zelle 112 und der Strom ik durch den zugehörigen Strang 114 die Eingangsgrößen bilden, aus denen sich unter anderem die Ausgangsgrößen Ladungszustand SOC (engl. state of charge, kurz SOC) und Kovarianz P des Ladungszustands durch Schätzung ermitteln lassen. Hierbei bezeichnet der Ladungszustand SOC üblicherweise einen prozentualen Anteil der Ladung der Zelle 112 in Bezug auf die gesamte Ladungskapazität Qn der Zelle 112. Das Kalman-Filter 122 dient hierbei dazu, Fehler in messtechnisch erfassten Messwerten zu verringern und Schätzungen für die nicht direkt messbare Systemgröße Ladungszustand SOC jeder einzelnen Zelle 112 zu bestimmen. Auch hier wird zur Ermittlung des Ladungszustands SOC pro Strang 114 mindestens ein Stromsensor 120 benötigt. As already mentioned, state-of-the-art control algorithms for estimating the state of charge of each individual cell usually continue to be complex 112 in the battery 110 known. In this case, the partial flows are usually through a single strand 114 and the voltages of the individual cells 112 considered as input to the selected filter algorithm. 2 shows a schematic representation of a Kalman filter already used in the prior art 122 , in which the voltage u k of the individual cell 112 and the current i k through the associated strand 114 form the input variables that make up, inter alia, the output variables charge state SOC (state of charge, short SOC) and covariance P of the state of charge can be determined by estimation. Here, the state of charge SOC usually denotes a percentage of the charge of the cell 112 with respect to the total charge capacity Q n of the cell 112 , The Kalman filter 122 serves to reduce errors in metrologically acquired measured values and estimates for the non-directly measurable system size state of charge SOC every single cell 112 to determine. Again, to determine the state of charge SOC per strand 114 at least one current sensor 120 needed.

3 zeigt ein, auch für den Kalman-Filter 122 einsetzbares, eine einzelne Zelle 112 beschreibendes Zellmodell 124, das üblicherweise als „1-RC-Modell“ bezeichnet wird. Alternativ sind aus dem Stand der Technik jedoch auch kompliziertere Zell- und Batteriemodelle bekannt. In dem vorliegenden Zellmodell 124 setzt sich die an jeder Zelle 112 anliegende Spannung uk aus drei gesonderten Termen zusammen, welche gemäß Gleichung (2) wie folgt angegeben werden können: u k = O C V ( S O C k ) + u R C , k + R 0 i k .

Figure DE102018206353B3_0003
3 shows, also for the Kalman filter 122 usable, a single cell 112 descriptive cell model 124 commonly referred to as a "1 RC model". Alternatively, however, more sophisticated cell and battery models are known in the art. In the present cell model 124 it settles on every cell 112 applied voltage u k from three separate terms which can be given according to equation (2) as follows: u k = O C V ( S O C k ) + u R C . k + R 0 i k ,
Figure DE102018206353B3_0003

Hierbei bezeichnen

  • - ein erster Term OCV(SOCk) eine Leerlaufspannung (engl. open circuit voltage, kurz OCV), welche sich aufgrund des gesuchten Ladungszustands SOC der betreffenden Zelle 112 einstellen kann,
  • - ein zweiter Term uRC,k eine Diffusionsspannung aufgrund von Diffusionsprozessen und/oder Ladungstransfer in der Zelle 112, welche sich schematisch mittels eines parallelen Widerstands Rp und einer parallelen Kapazität Cp ausdrücken lassen, sowie
  • - ein dritter Term R0ik eine weitere Spannung, welche sich aufgrund des ohmschen Innenwiderstands R0 der betreffenden Zelle 112, durch welche der Strom ik fließt, ergibt.
Denote this
  • a first term OCV (SOC k ) an open circuit voltage (OCV for short), which depends on the required state of charge SOC the cell in question 112 can adjust
  • - a second term u RC, k a diffusion voltage due to diffusion processes and / or charge transfer in the cell 112 , which is schematically by means of a parallel resistor R p and a parallel capacity C p express as well
  • - a third term R 0 i k another voltage, which is due to the ohmic internal resistance R 0 the cell in question 112 through which the stream i k flows, results.

Der gesuchte Ladungszustand SOC (in %) der betreffenden Zelle 112 lässt sich in dem Batteriemodell 124 gemäß 3 für diskrete Zeitpunkte k, k+1, ... nach folgender Gleichung (3) ermitteln: ( S O C k + 1 u R C , k + 1 ) = ( S O C k T R p C p u R C , k ) + ( 100   η T Q n i k T c p i k ) .

Figure DE102018206353B3_0004
The required state of charge SOC (in%) of the relevant cell 112 settles in the battery model 124 according to 3 for discrete times k, k + 1, ... according to the following equation (3): ( S O C k + 1 u R C . k + 1 ) = ( S O C k - T R p C p u R C . k ) + ( 100 η T Q n i k T c p i k ) ,
Figure DE102018206353B3_0004

Hierbei bezeichnen Qn die Ladungskapazität der Zelle 112, T eine Abtastrate, die sich aus einem Abstand zwischen zwei benachbarten Zeitpunkten k, k+1, an welchen der gesuchte Ladungszustand SOC jeweils berechnet wird, und η ein Koeffizient zur pauschalen Berücksichtigung in der Zelle 112 auftretender Verluste. Der Koeffizient η kann jedoch in Lithium-Ionen-Batterien typischerweise einen Wert von η ≈ 0,99 bei einem Laden der Zelle 112 und von η ≈ 1 beim Entladen der Zelle 112 annehmen und spielt daher in der Regel keine besondere Rolle bei der Ermittlung des Ladungszustands der Zelle 112.Denote this Q n the charge capacity of the cell 112 . T a sampling rate resulting from a distance between two adjacent times k, k + 1 to which the desired state of charge SOC is calculated in each case, and η is a coefficient for the overall consideration in the cell 112 occurring losses. However, the coefficient η in lithium-ion batteries can typically have a value of η≈0.99 when the cell is charged 112 and from η≈1 when unloading the cell 112 Therefore, it usually does not play any special role in determining the charge state of the cell 112 ,

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie 130, in welcher der Ladungszustand SOC der sich darin befindlichen Vielzahl von Zellen 132 durch eine erste, bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind alle Zellen 132 beispielhaft in dem Batteriemodell 124 dargestellt und in Serienschaltung in einem einzelnen Strang 134 der Batterie 130 angeordnet. Beispielhaft sind in 4 zwei Zellen 132 dargestellt; die Punkte ... deuten jedoch an, dass darüber hinaus eine grundsätzlich beliebige Anzahl von Zellen 132 in dem betreffenden Strang 134 vorhanden sein kann. 4 shows a schematic representation of a battery 130 in which the state of charge SOC the plurality of cells located therein 132 can be determined by a first, preferred embodiment of the method according to the invention. In the embodiment according to 4 are all cells 132 as an example in the battery model 124 shown and connected in series in a single strand 134 the battery 130 arranged. Exemplary are in 4 two cells 132 shown; the dots ... indicate, however, that in addition a basically arbitrary number of cells 132 in the relevant strand 134 can be present.

Im Unterschied zum Stand der Technik ist in dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein Stromsensor 120 vorgesehen, mit welchem der Strom durch den Strang 134 messtechnisch erfasst werden könnte. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jedoch trotzdem der Ladungszustand SOC jeder einzelnen der sich darin befindlichen Vielzahl von Zellen 132 ermittelt werden. Dies ist dadurch möglich, da aufgrund einer Ermittlung des dritten Terms R0ik , d.h. diejenige Spannung, welche sich aufgrund des ohmschen Innenwiderstands R0 der betreffenden Zelle 132, der Strom ik , welcher durch die jeweilige Zelle 132 fließt, bestimmen lässt. Diese Bestimmung basiert auf einer aus der Elektrotechnik bekannten Tatsache, dass die Zellen 132 in der hier vorliegenden Reihenschaltung innerhalb des Strangs 134, welcher über keine Abzweigung verfügt, einen einzigen Strompfad ausbilden und daher alle N Zellen 132 in dem Strang 134 von demselben elektrischen Strom i = ik , k = 1, ..., N durchflossen werden. Da auch hier ein Batteriemanagementsystem 136 vorgesehen ist, welches jeweils ein Spannungsmessgerät 138 (Voltmeter) zur messtechnischen Erfassung der an jeder Zelle 132 anliegenden Spannung uk aufweist, für die gemäß Gleichung (2) gilt, dass u k = O C V ( S O C k ) + u R C , k + R 0 i k ,

Figure DE102018206353B3_0005
ist aus einer Differenz zwischen den einzelnen messtechnisch erfassten, an jeder Zelle 132 anliegenden Spannung uk somit - im Unterschied zum Stand der Technik - bereits ein Rückschluss auf den Strom ik = i in dem Strang 134 und damit durch jede einzelne Zelle 132 möglich. Aus diesem Grunde ist die im Stand der Technik übliche messtechnische Erfassung des Stroms i durch den Strang 134, etwa mittels des in 1 schematisch dargestellten Stromsensors 120, überflüssig und es kann darauf verzichtet werden.In contrast to the prior art, in this embodiment of the method according to the invention is not a current sensor 120 provided with which the current through the strand 134 metrologically recorded could be. However, the charge state can still be achieved by means of the method according to the invention SOC each one of the plurality of cells in it 132 be determined. This is possible because of a determination of the third term R 0 i k , ie the voltage which is due to the ohmic internal resistance R 0 the cell in question 132 , The current i k , which through the respective cell 132 flows, lets determine. This determination is based on a fact known from electrical engineering that the cells 132 in the series connection present here within the string 134 which does not have a branch, form a single current path and therefore all N cells 132 in the strand 134 from the same electric current i = i k , k = 1, ..., N are traversed. Because here too a battery management system 136 is provided, which in each case a voltage measuring device 138 (Voltmeter) for metrological detection of each cell 132 applied voltage u k for which according to equation (2) holds that u k = O C V ( S O C k ) + u R C . k + R 0 i k .
Figure DE102018206353B3_0005
is from a difference between the individual metrologically recorded, at each cell 132 applied voltage u k thus - in contrast to the prior art - already a conclusion on the current i k = i in the strand 134 and with every single cell 132 possible. For this reason, the usual in the prior art metrological detection of the current i through the strand 134 , about by means of in 1 schematically illustrated current sensor 120 , superfluous and it can be dispensed with.

Der gesuchte Ladungszustand SOC (in %) jeder einzelnen der Zellen 132 in dem Strang 134 lässt sich entsprechend dem hier verwendeten Batteriemodell 124 gemäß 4 für die diskreten Zeitpunkte k, k+1, ... damit nach ebenfalls Gleichung (3) ermitteln: ( S O C k + 1 u R C , k + 1 ) = ( S O C k T R p C p u R C , k ) + ( 100   η T Q n i k T c p i k ) .

Figure DE102018206353B3_0006
The sought charge state SOC (in%) of each of the cells 132 in the strand 134 can be adjusted according to the battery model used here 124 according to 4 for the discrete points in time k, k + 1, ... so that also equation (3) can be determined: ( S O C k + 1 u R C . k + 1 ) = ( S O C k - T R p C p u R C . k ) + ( 100 η T Q n i k T c p i k ) ,
Figure DE102018206353B3_0006

Für weitere Details zu der Darstellung gemäß 4 wird auf die Beschreibung zur 3 verwiesen.For more details on the presentation in accordance with 4 will be on the description for 3 directed.

Für die vorliegende Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient somit der Strom ik = i in dem Strang 134 als unbekannte Eingangsgröße, welche gleichzeitig als Teil der Messgröße und der Zustandsgleichungen geschätzt werden kann. Zur Vornahme der Schätzung kann insbesondere das oben beschriebene, aus dem Stand der Technik bekannte Kalman-Filter verwendet werden. Andere Arten der Vornahme der Schätzung sind jedoch möglich. In einer bevorzugten Ausführung kann der Strom ik = i in dem Strang 134 mithilfe eines aus der Literatur bekannten Verfahren der kleinsten Quadrate (engl. least squares) bestimmt werden. Besonders bevorzugt lässt sich dieses Verfahren mit dem Kalman Filter und den damit ermittelten Schätzwerten verknüpfen. Vorteilhaft daran ist, dass mit einer zunehmenden Anzahl an Zellen 132 in dem Strang 134 die durchgeführte Schätzung genauer wird, da nur ein einzelner Wert für den Strom ik = i in dem Strang 134 bestimmt werden muss, jedoch mehr Messgrößen aufgrund der an jeder einzelnen Zelle 132 anliegenden Spannung uk vorliegen. Die vorliegende Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit auch für mehrere in Parallelschaltung angeordnete Stränge 134 eingesetzt werden, solange jeder einzelne Strang 134 getrennt voneinander betrachtet wird. Wie unten näher erläutert wird, können sich jedoch aus einer gemeinsamen Betrachtung von zwei oder mehreren Strängen besondere Vorteile ergeben. Damit ergeben sich weitere Vorteile dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche in einem modularen Aufbau liegen und die sich daher insbesondere in einer erweiterbaren Konfiguration, in einer geringen benötigten Rechenleistung und in einer Eignung als Backup-Lösung und/oder Notfall-Lösung äußern.For the present embodiment of the method according to the invention thus the current i k = i is used in the strand 134 as an unknown input variable, which can be estimated at the same time as part of the measured quantity and the state equations. For making the estimation, in particular, the Kalman filter known from the prior art described above can be used. Other ways of making the estimate are possible. In a preferred embodiment, the current i k = i in the strand 134 determined using a least squares method known from the literature. Particularly preferably, this method can be combined with the Kalman filter and the estimates thus determined. The advantage of this is that with an increasing number of cells 132 in the strand 134 the estimate made becomes more accurate because only a single value for the current i k = i in the string 134 must be determined, however, more measurements due to each cell 132 applied voltage u k available. The present embodiment of the method according to the invention can thus also for a plurality of strands arranged in parallel 134 be used as long as each individual strand 134 is considered separately from each other. As will be explained in more detail below, however, particular advantages may result from a common consideration of two or more strands. This results in further advantages of this embodiment of the method according to the invention, which are in a modular structure and which therefore express themselves in particular in an expandable configuration, in a low required computing power and in a suitability as a backup solution and / or emergency solution.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Batterie 150, in welcher der Ladungszustand SOC der sich darin befindlichen Vielzahl von Zellen 152 ebenfalls durch eine weitere, bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind jeweils drei Zellen 152 in Serienschaltung in jeweils einem der p Stränge 154 der Batterie 150 angeordnet. Beispielhaft sind in 5 jeweils drei Zellen 152 in drei gesonderten Strängen 154 dargestellt; die jeweiligen Punkte ... deuten jedoch an, dass darüber hinaus eine grundsätzlich beliebige, aber gleiche Anzahl von Zellen 152 in einer beleibeigen Anzahl von Strängen 154 vorhanden sein kann. 5 shows a schematic representation of another battery 150 in which the state of charge SOC of the plurality of cells therein 152 can also be determined by a further preferred embodiment of the method according to the invention. In the embodiment according to 5 each are three cells 152 in series in each case one of the p strands 154 the battery 150 arranged. Exemplary are in 5 three cells each 152 in three separate strands 154 shown; the respective points ... indicate, however, that in addition a basically arbitrary, but equal number of cells 152 in a huge number of strands 154 can be present.

Zur Ermittlung der Ladungszustände SOC jeder einzelnen Zelle 152 in der Batterie 150 ist ein ebenfalls ein mit der Batterie 150 zusammenwirkendes Batteriemanagementsystem 156 vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, um einerseits eine an jeder einzelnen Zelle 152 anliegende Spannung uk und um - im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 5 - einen Gesamtstrom ig durch die gesamte Batterie 150 messtechnisch zu erfassen. Hierzu weist das Batteriemanagementsystem 156 jeweils ein Spannungsmessgerät 158 (Voltmeter) zur messtechnischen Erfassung der an jeder einzelnen Zelle 152 anliegenden Spannung uk auf. Zur Vereinfachung der Darstellung in 5 sind die Verbindungen zwischen den Spannungsmessgeräten 158 und den einzelnen Zellen 152 lediglich für den ersten Strang SI dargestellt; entsprechende Verbindungen bestehen jedoch ebenfalls für jede der Zellen 152 in den weiteren Strängen Sb, b = 2, ... p. Weiterhin ist hier ein einzelner Stromsensor 160 (Amperemeter) zur messtechnischen Erfassung des Gesamtstroms ig vorgesehen, der durch das Batteriemanagementsystem 156 ausgelesen werden kann.For determining the charge states SOC of each individual cell 152 in the battery 150 is also one with the battery 150 cooperative battery management system 156 provided, which to it is set up, on the one hand one at each individual cell 152 voltage applied u k and - in the present embodiment according to 5 - a total flow i g through the entire battery 150 metrologically to capture. This is indicated by the battery management system 156 one voltmeter each 158 (Voltmeter) for metrological detection of each cell 152 applied voltage u k on. To simplify the illustration in 5 are the connections between the voltage measuring devices 158 and the individual cells 152 only for the first strand S I shown; however, corresponding compounds also exist for each of the cells 152 in the further strands S b , b = 2, ... p. Furthermore, here is a single current sensor 160 (Ammeter) for metrological detection of the total current i g provided by the battery management system 156 can be read out.

In dieser Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, abgesehen von der jeder einzelnen Zelle 152 anliegenden Spannung uk , somit lediglich der Gesamtstrom ig messtechnisch erfasst, wobei in einem hier verwendeten Batteriemodell 162 in jedem Strang Sb , b = 1, ... p ein zusätzlicher Widerstand Rc,b, b = 1, ... p vorgesehen ist. Erfindungsgemäß erfolgt eine Aufteilung des messtechnisch erfassten Gesamtstrom ig durch die gesamte Batterie 150 auf den Strom ip,b für jeden einzelnen Strang Sb ,b = 1, ... p, für den gemäß Gleichung (4) gilt: i p , b = i g R i , g R i , b + R i , g R i , b ( a = 1 p r = 1 s ( O C V r , a + u R C , r , a O C V r , b u R C , r , b ) R i , a ) .

Figure DE102018206353B3_0007
In this embodiment of the method according to the invention, apart from each individual cell 152 applied voltage u k , thus only the total current i g metrologically recorded, taking in a battery model used here 162 in every strand S b , b = 1, ... p an additional resistor R c, b , b = 1, ... p is provided. According to the invention, a division of the metrologically detected total current takes place i g through the entire battery 150 on the current i p, b for each strand S b , b = 1, ... p, for which according to equation (4): i p . b = i G R i . G R i . b + R i . G R i . b ( Σ a = 1 p Σ r = 1 s ( O C V r . a + u R C . r . a - O C V r . b - u R C . r . b ) R i . a ) ,
Figure DE102018206353B3_0007

Hierbei bezeichnen Ri,g den Gesamtwiderstand der Batterie 150, welche sich vorzugsweise mittels des messtechnisch erfassten Gesamtstroms ig bestimmen lässt, und Ri,b den jeweiligen Widerstand jedes einzelnen Strangs Sb , b = 1, ... p, welcher sich aufgrund der Aufteilung des Gesamtstroms ig auf die jeden einzelnen Stränge Sb , b = 1, ... p ergibt. Weiterhin bezeichnen OCVr,b und OCVr,a die Leerlaufspannungen für einen betrachten Strang b sowie die Leerlaufspannungen für die weiteren in der Batterie 150 vorhandenen Stränge a. In analoger Weise bezeichnen uRC,r,b und uRC,r,a die Diffusionsspannung für einen betrachten Strang b sowie die Diffusionsspannung für die weiteren in der Batterie 150 vorhandenen Stränge a.Here, R i, g denote the total resistance of the battery 150 , which preferably by means of the metrologically detected total flow i g can be determined, and R i, b the respective resistance of each strand S b , b = 1, ... p, which is due to the distribution of the total current i g on every single strand S b , b = 1, ... p. Further denote OCV r, b and OCV r, a the open circuit voltages for a consider strand b and the open circuit voltages for the others in the battery 150 existing strands a. In an analogous way u RC, r, b and u RC, r, a the diffusion voltage for a consider strand b and the diffusion voltage for the others in the battery 150 existing strands a.

6 zeigt die schematische Darstellung der weiteren Batterie 150, in welcher der Ladungszustand SOC der sich darin befindlichen Vielzahl der Zellen 152 durch eine weitere, besonders bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden kann. Die Darstellung gemäß 6 entspricht weitgehend der Darstellung gemäß 5, wobei die dargestellten Maschen im,b, b = 1, ... p, schematisch andeuten, dass hier jeweils der Strom durch benachbart zueinander angeordnete Stränge 154 in Form einer Masche betrachtet wird. Gemäß dem 2. Kirchhoffschen Gesetz, das auch als „Maschensatz“ oder „Maschenregel“ bezeichnet wird, addieren sich alle Teilspannungen einer Masche, d.h. eines geschlossenen Umlaufs, welcher sich in der Darstellung gemäß 6 aus den jeweils benachbart zueinander angeordnet Strängen 154 ergeben kann, bei Abwesenheit sich zeitlich ändernder magnetischer Flüsse, wovon im vorliegenden Fall jedoch ausgegangen werden kann, zu Null auf. Hieraus ergibt sich eine Aufteilung des messtechnisch erfassten Gesamtstroms ig durch die gesamte Batterie 150 auf den Strom ip,b für jeden einzelnen Strang Sb , b = 1, ... p gemäß Gleichung (5) als i p , b = r = 1 s ( O C V r , b O C V r , b 1 ) + r = 1 s ( u R C , r , b u R C , r , b 1 ) ( r = 1 s R i , r , b 1 + R c , b 1 ) ( i m , b 1 i m , b ) r = 1 s R i , r , b + R c , b

Figure DE102018206353B3_0008
6 shows the schematic representation of the other battery 150 in which the state of charge SOC of the plurality of cells therein 152 can be determined by a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention. The representation according to 6 corresponds largely to the illustration according to 5 , wherein the illustrated meshes i m, b, b = 1, ... p, schematically indicate that in each case the current through adjacent strands arranged 154 is considered in the form of a mesh. According to the 2nd Kirchhoff's law, which is also referred to as "set of stitches" or "stitch rule", all partial stresses of a mesh, ie a closed circulation, which in the representation according to 6 from each adjacent to each other arranged strands 154 can result in the absence of time-varying magnetic fluxes, which can be assumed in the present case, however, to zero. This results in a division of the metrologically detected total flow i g through the entire battery 150 on the stream i p, b for every single strand S b , b = 1, ... p according to equation (5) as i p . b = - Σ r = 1 s ( O C V r . b - O C V r . b - 1 ) + Σ r = 1 s ( u R C . r . b - u R C . r . b - 1 ) - ( Σ r = 1 s R i . r . b - 1 + R c . b - 1 ) ( i m . b - 1 - i m . b ) Σ r = 1 s R i . r . b + R c . b
Figure DE102018206353B3_0008

Für Stränge 154, die sich am Rand der Batterie 150 befinden können und daher nur über einen einzelnen benachbarten Strang 154 verfügen, gilt anstelle der oben aufgeführten Gleichung (5) eine entsprechend angepasste Gleichung, die sich für den Fachmann in einfacher Weise hieraus bestimmen lässt.For strands 154 that are on the edge of the battery 150 can be located and therefore only over a single adjacent strand 154 Instead of equation (5) above, a correspondingly adapted equation applies, which can be easily determined by the person skilled in the art.

Folglich können die benachbart zueinander angeordneten Stränge 154 nicht wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 nur unabhängig voneinander betrachtet werden, sondern in Beziehung zueinander gesetzt werden. Während in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 grundsätzlich alle vorhandenen Stränge 154 in Beziehung zueinander gesetzt werden, um den Gesamtstrom auf die einzelnen Teilströme für die Stränge 154 aufzuteilen, werden in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 unter Berücksichtigung des 2. Kirchhoffschen Gesetzes jeweils, sukzessive oder gleichzeitig, die einzelnen Teilströme für die Stränge 154 aufgeteilt.As a result, the strands adjacent to each other can be made 154 not as in the embodiment according to 4 only be considered independently, but be put in relation to each other. While in the embodiment according to 5 basically all existing strands 154 be related to each other to the total current to the individual partial currents for the strands 154 to split, in the embodiment according to 6 taking into account the 2nd Kirchhoff law, each successive or simultaneous, the individual partial currents for the strands 154 divided up.

Verschiedene Arten, wie die in der Batterie 130, 150 vorhandenen Stränge 134, 154 zueinander in Beziehung zueinander gesetzt werden, sind schematisch in den 7A bis 7C dargestellt. Während in der Ausführung nach 7A, welche Ausführungsbeispiel gemäß 4 entspricht, die Stränge 134 der Batterie 130 nur unabhängig voneinander betrachtet werden, erfolgt in der Ausführung nach 7B eine unidirektionale Kommunikation der Stränge 154 der Batterie 150, gemäß welcher der für einen ersten Strang 154 ermittelte Teilstrom für die Bestimmung des Teilstroms für den hierzu benachbart angeordneten zweiten Strang 154' verwendet werden kann. Sukzessive kann der für einen zweiten Strang 154' ermittelte Teilstrom für die Bestimmung des Teilstroms für den hierzu weiter benachbart angeordneten dritten Strang 154" verwendet werden usw. In der Ausführung nach 7C erfolgt schließlich eine multilaterale Kommunikation der Stränge 154 der Batterie 150, gemäß welcher der für einen einzelnen Strang 154 ermittelte Teilstrom allen weiteren Strängen 154 übermittelt wird. Darüber hinaus ist auch eine Kombination der in den 7A bis 7C schematisch dargestellten Kommunikation der Stränge 134, 154 in der Batterie 130, 150 möglich, beispielsweise, indem zunächst eine unidirektionale Kommunikation zwischen einer ersten Gruppe benachbarter Stränge erfolgt und ein hierbei ermittelter Wert mit einem für eine andere Gruppe benachbarter Stränge ermittelter Wert bidirektional ausgetauscht wird. Different types, like those in the battery 130 . 150 existing strands 134 . 154 are related to each other, are schematically in the 7A to 7C shown. While in the execution after 7A , which embodiment according to 4 corresponds, the strands 134 the battery 130 only be considered independently, is carried out in the execution 7B a unidirectional communication of the strands 154 the battery 150 according to which for a first strand 154 determined partial flow for the determination of the partial flow for this purpose adjacent second strand 154 ' can be used. Successively can for a second strand 154 ' determined partial flow for the determination of the partial flow for this purpose further adjacent arranged third strand 154 ' be used etc. In the execution after 7C finally, a multilateral communication of the strands takes place 154 the battery 150 according to which for a single strand 154 Determined partial flow of all other strands 154 is transmitted. In addition, a combination of the in the 7A to 7C schematically illustrated communication of the strands 134 . 154 in the battery 130 . 150 possible, for example, by first a unidirectional communication between a first group of adjacent strands takes place and a value determined in this case is exchanged bidirectionally with a value determined for another group of adjacent strands.

Unabhängig von der Art der Kommunikation zwischen den einzelnen Strängen 134, 154 der Batterie 130, 150 kann die messtechnische Erfassung des Gesamtstroms ig vollständig entfallen (7A) oder genügen (7B oder 7C), wobei sich die messtechnische Erfassung des Gesamtstroms ig im Allgemeinen in einer Erhöhung der Genauigkeit der Ermittlung der der Ladungszustände SOC der einzelnen Zellen 132, 152 auswirken kann. Selbst bei messtechnischer Erfassung des Gesamtstroms ig erfordert das erfindungsgemäße Verfahren durch eine verringerte Anzahl an erforderlichen Stromsensoren einen erheblich geringeren Aufwand im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, was sich vor allem positiv in verringerten Leistungsverlusten der Batterie 130, 150 äußern kann.Regardless of the type of communication between the individual strands 134 . 154 the battery 130 . 150 can the metrological detection of the total current i g completely eliminated ( 7A) or suffice ( 7B or 7C) , wherein the metrological detection of the total current i g generally in an increase in the accuracy of determining the charge states SOC of the individual cells 132 . 152 can affect. Even with metrological detection of the total current i g requires the inventive method by a reduced number of required current sensors a significantly lower cost compared to known from the prior art method, which is mainly positive in reduced power losses of the battery 130 . 150 can express.

In einer weiteren Ausführung (hier nicht dargestellt) kann alternativ oder zusätzlich zu der messtechnischen Erfassung des Gesamtstroms ig mindestens ein Teilstrom ib , b = 1 ... p, gesondert durch einen oder mehreren der p Stränge 154 der Batterie 150 messtechnisch erfasst werden, wobei erfindungsgemäß zumindest ein Strang 154 der Batterie 150 verbleibt, in welchem keine messtechnische Erfassung des Teilstroms ib erfolgt. Auf diese Weise können messtechnisch zusätzlich erfasste Werte in die Ermittlung der Ladungszustände SOC der einzelnen Zellen 152 einfließen, jedoch auf Kosten einer höheren Anzahl an Stromsensoren 120, 160 in der Batterie 150, was sowohl den Aufwand für die Batterie 150 als auch für das Batteriemanagementsystem 156 erhöht, so dass hierdurch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung nur teilweise gelöst werden kann.In a further embodiment (not shown here) may alternatively or additionally to the metrological detection of the total current i g at least one partial flow i b , b = 1 ... p, separated by one or more of p strands 154 the battery 150 be detected by measurement, wherein according to the invention at least one strand 154 the battery 150 remains in which no metrological detection of the partial flow i b he follows. In this way, metrologically additionally detected values can be used to determine the charge states SOC of the individual cells 152 but at the expense of a higher number of current sensors 120 . 160 in the battery 150 , which is both the expense of the battery 150 as well as for the battery management system 156 increases, so that the object of the present invention can be achieved only partially.

In den 8A bis 8C findet sich eine Darstellung eines Vergleichs von direkten Strommessungen und einer hierauf basierenden Stromintegration nach der obigen Gleichung (1) mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Ladungszustands SOC einer einzelnen Zelle. 8A zeigt hierzu jeweils einen zeitlichen Verlauf 170 (Zeit in s) einer experimentellen Ermittlung des Ladungszustands SOC in % einer einzelnen Zelle sowie - zum Vergleich - einen zeitlichen Verlauf 172 der Ermittlung des Ladungszustands SOC der einzelnen Zelle gemäß dem vorliegenden Verfahren. Wie aus 8B hervorgeht, liegt ein Unterschied 174 in der Ermittlung des Ladungszustands SOC zwischen den beiden zeitlichen Verläufen 170, 172 höchstens bei ca. 2 %. Abhängig von der Genauigkeit der Messgeräte und des ermittelten Innenwiderstands der Zelle kann die Abweichung jedoch andere Werte annehmen.In the 8A to 8C a representation of a comparison of direct current measurements and a current integration based thereon according to the above equation (1) with results from the implementation of the inventive method for determining a charge state SOC of a single cell. 8A this shows a temporal course 170 (Time in s) of an experimental determination of the charge state SOC in% of a single cell and - for comparison - a time course 172 the determination of the state of charge SOC the single cell according to the present method. How out 8B shows, there is a difference 174 in the determination of the state of charge SOC between the two temporal processes 170 . 172 at most about 2%. Depending on the accuracy of the measuring instruments and the determined internal resistance of the cell, however, the deviation may assume other values.

Weiterhin zeigt 8C einen Vergleich zwischen einem zeitlichen Verlauf 176 (Zeit in s) einer experimentellen Ermittlung des Stroms I in A durch die einzelne Zelle sowie - zum Vergleich - einen zeitlichen Verlauf 178 der Ermittlung des Stroms I der einzelnen Zelle gemäß dem vorliegenden Verfahren. Abgesehen von der absoluten Bestimmung des Stromwertes in A zeigen beide zeitlichen Verläufe 176, 178 bereits bei der Schätzung des Stroms I für die einzelne Zelle eine sehr hohe Übereinstimmung, die sich bei einer Reihenschaltung von mehreren Zellen in einem Strang noch verbessern lässt.Further shows 8C a comparison between a time course 176 (Time in s) of an experimental determination of the current I in A by the single cell and - for comparison - a time course 178 the determination of the current I of the single cell according to the present method. Apart from the absolute determination of the current value in A, both times are shown 176 . 178 already in the estimation of the current I for the single cell a very high agreement, which can be improved even when connecting several cells in a string in series.

Die 9A bis 9C zeigen eine Darstellung eines weiteren Vergleichs von direkten Messungen mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Ladungszustands SOC von jeweils 3 seriell angeordneten Zellen in 2 parallelen Strängen. Während 9A jeweilige zeitlichen Verläufe 180, 181, 182, 183 in s des Ladungszustands SOC in % zeigt, werden in 9B und 9C jeweilige zeitliche Verläufe 184, 185, 186, 187 des Stroms I in A durch die 2 Stränge dargestellt, wobei sich die Verläufe 180, 181, 184, 185 auf messtechnisch erfasste Werte, die Verläufe 182, 183, 186, 187 auf gemäß dem vorliegenden Verfahren ermittelte Werte, die Verläufe 180, 182, 184, 186 auf Strang 1 und die Verläufe 181, 183, 185, 187 auf Strang 2 beziehen.The 9A to 9C show a representation of a further comparison of direct measurements with results from the implementation of the method according to the invention for determining a state of charge SOC each of 3 serially arranged cells in 2 parallel strands. While 9A respective temporal courses 180 . 181 . 182 . 183 in s of the state of charge SOC in%, are in 9B and 9C respective temporal courses 184 . 185 . 186 . 187 of the current I in A represented by the 2 strands, where the gradients 180 . 181 . 184 . 185 metrologically recorded values, the gradients 182 . 183 . 186 . 187 on values determined according to the present method, the courses 180 . 182 . 184 . 186 on strand 1 and the courses 181 . 183 . 185 . 187 on strand 2 Respectively.

Da in der Praxis der Ladungszustand einer Zelle zum Zeitpunkt t = 0 nicht genau bekannt ist, wurden in dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 alle Start-Ladungszustände der Zellen zur Schätzung mit einer Differenz von etwa 5% initialisiert. Beispielsweise kann anstelle eines korrekten Ladungszustands einer Zelle von 80 % dem hier eingesetzten Kalman-Filter ein Schätzwert von 75 % vorgegeben werden. Diese abweichende Initialisierung kann in der 9A darin erkannt werden, dass die geschätzten Verläufe 182, 183 nach dem vorliegenden Verfahren zu Beginn eine steil nach oben gerichtete Tendenz zeigen, da der verwendete Kalman-Filter die abweichende Initialisierung bereits in den ersten Sekunden erkennt und ausgleicht. Since in practice the charge state of a cell at the time t = 0 is not known exactly, were in the embodiment according to 9 initializes all start charge states of the cells for estimation with a difference of about 5%. For example, instead of a correct charge state of a cell of 80%, the Kalman filter used here can be given an estimated value of 75%. This deviating initialization can be found in the 9A be recognized in it that the estimated gradients 182 . 183 show a steep upward trend at the beginning of the present method, since the Kalman filter used recognizes and compensates the deviating initialization already in the first few seconds.

Die 10A bis 10D zeigen eine Darstellung eines weiteren Vergleichs von direkten Messungen mit Ergebnissen aus der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Ladungszustands SOC von jeweils 3 seriell angeordneten Zellen in 3 parallelen Strängen. 10A zeigt beispielhaft die zeitlichen Verläufe 188, 189, 190, 191, 192, 193 in s des Ladungszustands SOC in % in dem dritten Strang, da die sich die zeitlichen Verläufe der Ladungszustände in den ersten beiden Strängen nur unwesentlich hiervon unterscheiden. Hierbei beziehen sich die gestrichelten Verläufe 188, 189, 190 auf messtechnisch erfasste Werte und die durchgezogenen Verläufe 191, 192, 193 auf gemäß dem vorliegenden Verfahren ermittelte Werte.The 10A to 10D show a representation of a further comparison of direct measurements with results from the implementation of the method according to the invention for determining a state of charge SOC each of 3 serially arranged cells in 3 parallel strands. 10A shows an example of the temporal courses 188 . 189 . 190 . 191 . 192 . 193 in s of the state of charge SOC in% in the third strand, since the time profiles of the states of charge in the first two strands differ only insignificantly from this. Here, the dashed curves relate 188 . 189 . 190 metrologically recorded values and the continuous gradients 191 . 192 . 193 on values determined according to the present method.

10B bis 10D zeigen die jeweiligen zeitlichen Verläufe 194, 195, 196, 197, 198, 199 der 3 Teilströme ip,b in A durch die 3 Stränge. Hierbei beziehen sich die Verläufe 194, 195, 196 auf gemäß dem vorliegenden Verfahren ermittelte Werte, die Verläufe 197, 198, 199 dagegen auf messtechnisch erfasste Werte. Die Verläufe 194, 197 beziehen sich auf Strang 1, die Verläufe 195, 198 auf Strang 2 und die Verläufe 196, 199 auf Strang 3. Aus einem Vergleich zwischen den zeitlichen Verläufen lässt sich insbesondere erkennen, dass der zeitliche Verlauf der 3 Teilströme ip,b , welcher in der vorliegenden Batterie vermutlich aufgrund von Alterungseffekten einen ungewöhnlichen Verlauf annimmt, durch das vorliegende Verfahren dennoch sehr gut wiedergegeben wird. 10B to 10D show the respective temporal courses 194 . 195 . 196 . 197 . 198 . 199 of the 3 partial flows i p, b in A through the 3 strands. Here are the progressions 194 . 195 . 196 on values determined according to the present method, the courses 197 . 198 . 199 on the other hand, metrologically recorded values. The courses 194 . 197 refer to strand 1 , the gradients 195 . 198 on strand 2 and the courses 196 . 199 on strand 3 , From a comparison between the time courses can be seen in particular that the time course of the 3 partial flows i p, b which, in the present battery, presumably takes an unusual course due to aging effects, nevertheless is reproduced very well by the present method.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

110110
Batteriebattery
112112
Zellecell
114114
Strangstrand
116116
BatteriemanagementsystemBattery Management System
118118
Spannungsmessgerät (Voltmeter)Voltage meter (voltmeter)
120120
Stromsensor (Amperemeter)Current sensor (ammeter)
122122
Kalman-FilterKalman filter
124124
Zellmodellcell model
130130
Batteriebattery
132132
Zellecell
134134
Strangstrand
136136
BatteriemanagementsystemBattery Management System
138138
Spannungsmessgerät (Voltmeter)Voltage meter (voltmeter)
150150
Batteriebattery
152152
Zellecell
154, 154', 154"154, 154 ', 154 "
Strangstrand
156156
BatteriemanagementsystemBattery Management System
158158
Spannungsmessgerät (Voltmeter)Voltage meter (voltmeter)
160160
Stromsensor (Amperemeter)Current sensor (ammeter)
162162
Batteriemodellbattery model
170 bis 199170 to 199
Zeitlicher VerlaufTime course

Claims (12)

Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen (132, 152) in einer Batterie (130, 150), wobei die Zellen (132, 152) auf einen einzelnen Strang (134, 154) oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge (134, 154) in der Batterie (130, 150) verteilt sind, wobei die Zellen (132, 152) innerhalb des Strangs (134, 154) in Reihenschaltung angeordnet sind, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Wertes für einen Innenwiderstand einer jeden Zelle (132, 152); b) messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle (132, 152) anliegenden Spannung; c) Bestimmen eines Wertes für einen Strom durch jeden Strang (134, 154) unter Verwendung einer Differenz zwischen der an jeder Zelle (132, 152) anliegenden messtechnisch erfassten Spannung und einer geschätzten Spannung, welche aus einem Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle (132, 152) ermittelt wird, wobei der Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle (132, 152) berücksichtigt wird; und d) Anpassen des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle (132, 152) unter Verwendung des bestimmten Wertes für den Strom durch jeden Strang (134, 154).A method of detecting charge states of a plurality of cells (132, 152) in a battery (130, 150), the cells (132, 152) being coupled to a single string (134, 154) or to at least two strings (134, 154) connected in parallel , 154) are distributed in the battery (130, 150), wherein the cells (132, 152) are arranged in series within the strand (134, 154), comprising the steps: a) providing a value for an internal resistance of each cell (132, 152); b) metrological detection of a voltage applied to each cell (132, 152) voltage; c) determining a value for a current through each string (134, 154) using a difference between the metrologically detected voltage applied to each cell (132, 152) and an estimated voltage resulting from an estimate of the state of charge of each cell ( 132, 152), taking into account the value of the internal resistance of each cell (132, 152); and d) adjusting the estimate of the charge state of each cell (132, 152) using the determined value for the current through each leg (134, 154). Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei zumindest die Schritte b) bis d) nach einem ersten Zeitpunkt zu mindestens einem weiteren Zeitpunkt wiederholt werden, wobei der zu einem vorhergehenden Zeitpunkt gemäß Schritt d) angepasste Schätzwert für den Ladungszustand einer Zelle (132, 152) zu einem folgenden Zeitpunkt als der Schätzwert für den Ladungszustand einer Zelle (132, 152) gemäß Schritt c) eingesetzt wird.Method according to the preceding claim, wherein at least steps b) to d) are repeated after a first time at at least one further time, the estimate of the charge state of a cell (132, 152) adapted to a previous time according to step d) a subsequent time as the estimate of the charge state of a cell (132, 152) according to step c) is used. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batterie (130, 150) über mindestens zwei Stränge (134, 154) verfügt, wobei die Ladungszustände einer jeden Zelle (132, 152) in einem Strang (134, 154) jeweils gemeinsam mit den Ladungszuständen einer jeden Zelle (132, 152) in einem benachbarten Strang (134, 154) ermittelt werden, wobei ein auf Teilströme in den Strängen (134, 154) aufgeteilter Gesamtstrom messtechnisch erfasst wird, wobei der messtechnisch erfasste Gesamtstrom durch die Batterie (130, 150) zur Ermittlung der Teilströme durch jeden Strang (134, 154) verwendet wird.The method of any one of the preceding claims, wherein the battery (130, 150) has at least two strands (134, 154), wherein the charge states of each cell (132, 152) in a string (134, 154) each in common with the charge states each cell (132, 152) in an adjacent strand (134, 154) are determined, wherein a partial currents in the strands (134, 154) divided total current is detected by measurement, wherein the metrologically detected total current through the battery (130, 150 ) is used to determine the partial flows through each strand (134, 154). Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei für jeden Strang (134, 154) ein gesonderter Strangwiderstand verwendet wird und eine über jeden Strang (134, 154) abfallende Spannung als gleich angenommen wird.A method according to the preceding claim, wherein a separate strand resistance is used for each strand (134, 154) and a voltage drop across each strand (134, 154) is assumed to be equal. Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei zur Bestimmung des Schätzwertes für einen Teilstrom durch einen Strang (134, 154) der Schätzwert für einen Teilstrom durch mindestens einen benachbarten Strang (134, 154) einbezogen wird.Method according to one of the two preceding claims, wherein for determining the estimated value for a partial flow through a strand (134, 154) the estimated value for a partial flow through at least one adjacent strand (134, 154) is included. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zellen (132, 152) auf mindestens drei in Parallelschaltung verbundene Stränge (134, 154) in der Batterie (130, 150) verteilt sind.A method according to any one of the preceding claims, wherein the cells (132, 152) are distributed in at least three parallel connected strands (134, 154) in the battery (130, 150). Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei eine Einbeziehung des Schätzwertes für einen Teilstrom durch einen benachbarten Strang (134, 154) sukzessive für die parallel angeordneten Stränge (134, 154) erfolgt.Method according to the preceding claim, wherein an inclusion of the partial flow estimate by an adjacent strand (134, 154) is performed successively for the parallel strands (134, 154). Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei für jeden Strang (134, 154) eine Masche mit einem der beiden hierzu benachbarten Stränge (134, 154) gebildet wird und der Schätzwert für den Teilstrom durch die Masche bestimmt wird.Method according to one of the two preceding claims, wherein for each strand (134, 154) a mesh with one of the two adjacent strands (134, 154) is formed and the estimated value for the partial flow through the mesh is determined. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der gemäß Schritt a) bereitgestellte Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle (132, 152) durch messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle (132, 152) anliegenden Spannung ermittelt und für eine spätere Bereitstellung gemäß Schritt a) gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the value provided according to step a) for the internal resistance of each cell (132, 152) is determined by metrological detection of a voltage applied to each cell (132, 152) and for a subsequent provision according to step a) is stored. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, um die Schritte des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche durchzuführen.Computer program adapted to perform the steps of the method of any one of the preceding claims. Batteriemanagementsystem (126, 156) zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen (132, 152) in einer Batterie (130, 150), wobei die Zellen (132, 152) auf einen einzelnen Strang (134, 154) oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge (134, 154) in der Batterie (130, 150) verteilt sind, wobei die Zellen (132, 154) innerhalb eines Strangs (132, 154) in Reihenschaltung angeordnet sind, umfassend - mindestens ein Spannungsmessgerät (138, 158), welches zur messtechnischen Erfassung einer an jeder Zelle (132, 152) anliegenden Spannung eingerichtet ist; und - mindestens eine Auswerteeinrichtung, welche zur Ermittlung der Ladungszustände einer jeden Zelle (132, 152) unter Verwendung eines Computerprogramms nach dem vorangehenden Anspruch eingerichtet ist.A battery management system (126, 156) for determining charge states of a plurality of cells (132, 152) in a battery (130, 150), wherein the cells (132, 152) are arranged on a single strand (134, 154) or at least two in Parallel connected strings (134, 154) are distributed in the battery (130, 150), wherein the cells (132, 154) within a string (132, 154) are arranged in series, comprising - at least one voltage measuring device (138, 158) , which is set up for the metrological detection of a voltage applied to each cell (132, 152) voltage; and - at least one evaluation device, which is set up to determine the charge states of each cell (132, 152) using a computer program according to the preceding claim. Batteriemanagementsystem nach dem vorangehenden Anspruch, weiterhin umfassend - mindestens eine Einrichtung zur Auslesung eines Stromsensors (160), welcher zur messtechnischen Erfassung eines Gesamtstroms durch die Batterie (130, 150) oder eines Teilstroms durch einen einzelnen Strang (134, 154) der Batterie (130, 150) eingerichtet ist.A battery management system according to the preceding claim, further comprising - At least one means for reading a current sensor (160), which for the metrological detection of a total current through the battery (130, 150) or a partial flow through a single strand (134, 154) of the battery (130, 150) is set up.
DE102018206353.2A 2018-04-25 2018-04-25 Method for determining charge states of cells in a battery Active DE102018206353B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206353.2A DE102018206353B3 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Method for determining charge states of cells in a battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206353.2A DE102018206353B3 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Method for determining charge states of cells in a battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018206353B3 true DE102018206353B3 (en) 2019-03-21

Family

ID=65526742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018206353.2A Active DE102018206353B3 (en) 2018-04-25 2018-04-25 Method for determining charge states of cells in a battery

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102018206353B3 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020214180A1 (en) 2020-11-11 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for determining a state variable of an electrical energy store
WO2024077519A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 宁德时代未来能源(上海)研究院有限公司 Soc determination method and apparatus, device, storage medium, and energy storage system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009038663A1 (en) 2009-08-24 2011-07-14 Audi Ag, 85057 Method for determining e.g. loading ability, of starter battery of motor vehicle, involves obtaining values by diagnostic device, and deriving loading ability and/or aging state of battery of motor vehicle from values
DE102012014436A1 (en) 2012-07-13 2014-05-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for detecting current flow through battery device of battery system in motor car, involves determining current flow through single cell depending on internal resistance, cell voltage and cell temperature by current detection function

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009038663A1 (en) 2009-08-24 2011-07-14 Audi Ag, 85057 Method for determining e.g. loading ability, of starter battery of motor vehicle, involves obtaining values by diagnostic device, and deriving loading ability and/or aging state of battery of motor vehicle from values
DE102012014436A1 (en) 2012-07-13 2014-05-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for detecting current flow through battery device of battery system in motor car, involves determining current flow through single cell depending on internal resistance, cell voltage and cell temperature by current detection function

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. Y. Chun, J. Back, G.S. Seo, B. Cho, J. Kim, I. K. Chang, und S. Lee, „Current sensorless state-of-charge estimation algorithm for lithium-ion batteries utilizing filtered terminal voltage," Journal of Power Sources 273, S. 255-263, 2015
CHUN, Chang Yoon [u.a.]: Current sensor-less state-of-charge estimation algorithm for lithium-ion batteries utilizing filtered terminal voltage. In: Journal of Power Sources, Vol. 273, 2015, S. 255-263. - ISSN 0378-7753 (P). DOI: 10.1016/j.jpowsour.2014.08.121. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775314013962/pdfft?md5=8c581043b98211e1f38e842b17c8cf39&pid=1-s2.0-S0378775314013962-main.pdf [abgerufen am 2018-10-16] *
F. Sun und R. Xiong, „A novel dual-scale cell state-of-charge estimation approach for series-connected battery pack used in electric vehicles," Journal of Power Sources 274, S. 582-594, 2015
H. Dai, X. Wei, Z. Sun, J. Wang, und W. Gu, „Online cell soc estimation of li-ion battery packs using a dual time-scale Kalman filtering for ev applications," Applied Energy 95, S. 227-237, 2012
J. Kim, J. Shin, C. Jeon, und B. Cho, „High accuracy state-of-charge estimation of li-ion battery pack based on screening process," in Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2011, Twenty-Sixth Annual IEEE. IEEE, 2011, S. 1984-1991
M.-S. Wu, C.-Y. Lin, Y.-Y. Wang, C.-C. Wan, und C. Yang, „Numerical simulation for the discharge behaviors of batteries in series and/or parallel-connected battery packs," Electrochimica Acta 52, S. 1349-1357, 2006
S. Sepasi, R. Ghorbani, und B. Y. Liaw, „lmproved extended kalman filter for state of charge estimation of battery packs," Journal of Power Sources 255, S. 368-376, 2014

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020214180A1 (en) 2020-11-11 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for determining a state variable of an electrical energy store
WO2024077519A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 宁德时代未来能源(上海)研究院有限公司 Soc determination method and apparatus, device, storage medium, and energy storage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011012813B4 (en) Battery condition estimator using multiple sample rates
DE102006018208B4 (en) A method and apparatus for detecting a charged state of a secondary battery based on a neural network calculation
DE112016000834T5 (en) DEVICE FOR ASSESSING A BATTERY STATUS
EP3766120B1 (en) Characterisation of lithium plating in rechargeable batteries
DE112016006166T5 (en) State estimator and state estimator
EP1952169B1 (en) Method for determining storage battery operating conditions
DE102008050022A1 (en) Dynamically adaptive method for determining the state of charge of a battery
DE102004035858A1 (en) State and parameter estimator with integral and differential component for electrical energy storage
WO2013159979A1 (en) Method and apparatus for determining a state of charge of a battery, and battery
DE102020215176A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING AN NO-LOAD VOLTAGE OF A BATTERY CELL
DE102014115382A1 (en) Learning device for battery characteristics
DE102018206353B3 (en) Method for determining charge states of cells in a battery
EP3475713B1 (en) Method for determining the age of an electrochemical energy storage unit
EP2318853B1 (en) Method for calculating the charge state of a battery
DE102020212298A1 (en) Method and device for device-specific determination of an internal resistance-based aging state of a battery
DE102013203174A1 (en) A method and apparatus for increasing available capacity in a battery string by adjusting cell charge levels, battery management system, battery, and battery charger
DE102013206189A1 (en) Determining a state of charge of a rechargeable battery
DE102021125478B4 (en) DETERMINATION OF AN AGING VALUE FOR BATTERIES WITH CURRENT-VOLTAGE TIME SERIES IN TIME DOMAIN AND LOAD DOMAIN
DE102013207187A1 (en) Time-controlled charge equalization in battery systems
DE112019007176T5 (en) CHARACTERISTIC CURVES ESTIMATING DEVICE FOR STORAGE BATTERIES AND CHARACTERISTIC CURVES ESTIMATING METHODS FOR STORAGE BATTERIES
DE112016001065B4 (en) BATTERY STATUS ESTIMATE DEVICE
DE102014220008A1 (en) A method for balancing the states of charge of a plurality of battery cells and battery system for carrying out such a method
DE102022203343A1 (en) Method and device for operating a system for detecting an anomaly in an electrical energy storage device for a device using machine learning methods
DE102017205530A1 (en) Estimation facility and estimation procedure
DE102007029956A1 (en) Method for determining effective and actual capacity of accumulator, particularly lithium-ion battery, involves determining initial value of open-circuit voltage, and changing primary load by load difference value

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final