DE102019134436A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers Download PDF

Info

Publication number
DE102019134436A1
DE102019134436A1 DE102019134436.0A DE102019134436A DE102019134436A1 DE 102019134436 A1 DE102019134436 A1 DE 102019134436A1 DE 102019134436 A DE102019134436 A DE 102019134436A DE 102019134436 A1 DE102019134436 A1 DE 102019134436A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
charge capacity
nominal
maximum
energy storage
interpolation
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.)
Pending
Application number
DE102019134436.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Julian Wiesmeier
Bastian Buchholz
Andreas Ertlmeier
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102019134436.0A priority Critical patent/DE102019134436A1/de
Priority to CN202080072156.4A priority patent/CN114556122A/zh
Priority to US17/784,837 priority patent/US20230009444A1/en
Priority to PCT/EP2020/083365 priority patent/WO2021121887A1/de
Publication of DE102019134436A1 publication Critical patent/DE102019134436A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/44—Control modes by parameter estimation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers. Es wird ausgeführt: Bestimmen einer nominalen Anfangsladekapazität (300) und eines maximalen Anfangsschätzfehlers (200, 400) eines neuen bis wenig degradierten Energiespeichers; Bestimmen einer oder mehrerer nominaler Ladekapazitäten (350) und eines oder mehrerer maximaler Schätzfehler (250, 450) degradierter Energiespeicher; Interpolieren eines Verlaufs der nominalen Ladekapazität (150) und des maximalen unteren und oberen Schätzfehlers (130, 230) zwischen den Stützpunkten der nominalen Ladekapazität (300, 350) und den Stützpunkten des maximalen Schätzfehlers (200, 250, 400, 450); Schätzen eines nominalen Ladezustands (150) und einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit unterem Schätzvorhalt (130) sowie einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit oberem Schätzvorhalt (230) für einen aktuellen Degradationszustand eines Energiespeichers. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers.
  • Der elektrische Energiespeicher eines Fahrzeugs ist sowohl bei konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wie auch bei ausschließlich batteriebetriebenen Fahrzeugen, Battery Electric Vehicles, BEV, sowie bei Plug-in-Hybridfahrzeugen, Plug-in Hybrid Electric Vehicles, PHEV, eine nicht nur für den Fahrzeugkomfort, sondern auch für die Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit, für die allgemeine Fahrtüchtigkeit und für das Kundenerlebnis des Fahrzeugkunden entscheidende Komponente.
  • Bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen muss beispielsweise sichergestellt sein, dass bestimmte sicherheitsrelevante elektrische Systeme, wie zum Beispiel elektrische Bremsassistenten und Lenksysteme, auch dann für eine bestimmte Zeit zuverlässig aus dem elektrischen Energiespeicher weiterversorgt werden können, wenn der elektrische Generator während des Fahrzeugbetriebs ausfallen sollte. Bei konventionell angetriebenen Fahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik, bzw. Motorstart-Automatik, MSA, muss weiterhin sichergestellt sein, dass nach einem Abstellen des Motors ein erneuter Motorstart mit der im elektrischen Energiespeicher verbleibenden Ladung zuverlässig möglich ist, anderenfalls muss das Abstellen des Motors unterbleiben und die Start-Stopp-Funktion temporär deaktiviert werden, um ein Liegenbleiben des Fahrzeugs wegen mangelnder Startfähigkeit zu vermeiden.
  • Hierzu muss vor einem Abstellen des Motors bekannt sein, in welchem Alterungszustand, State-of-Health, SOH, und in welchem Ladezustand, State-of-Charge, SOC, sich der elektrische Energiespeicher aktuell befindet, um abschätzen zu können, ob sowohl die gespeicherte Ladung als auch die Stromlieferfähigkeit bei einer nicht zu unterschreitenden Mindestspannung für einen oder mehrere Startvorgänge ausreichen werden. Hierbei spielen auch Faktoren wie die aktuelle Umgebungstemperatur und die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors sowie die temperaturabhängige Viskosität der Schmierstoffe eine Rolle. Ferner darf der Spannungseinbruch des elektrischen Energiespeichers während des Startvorgangs nicht so groß sein, dass sicherheitsrelevante Steuergeräte vorübergehend nicht mehr funktionsfähig sind und einen Neustart ausführen.
  • Bei ausschließlich batteriebetriebenen Fahrzeugen ist die Fahrzeugreichweite mit einer vollständigen Batterieladung eine entscheidende Größe für die allgemeine Reisetauglichkeit, den Kundennutzen und das Kundenerlebnis mit einem derartigen Fahrzeug. Einerseits soll die mit einer vollständigen Batterieladung maximal erzielbare Reichweite auch tatsächlich nutzbar sein, andererseits soll unbedingt vermieden werden, dass das Energiemanagementsystems eines derartigen Fahrzeugs eine verbleibende Restreichweite anzeigt, das Fahrzeug aber wegen eines vollständig entleerten Energiespeichers tatsächlich nicht mehr fahrfähig ist.
  • Bei Plug-in-Hybridfahrzeugen schließlich muss das Energiemanagementsystem den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers sehr genau und zuverlässig kennen, um den Einsatz des Plug-in-Verbrennungsaggregats in optimaler Weise planen und durchführen zu können und damit die größtmögliche Energieeinsparung durch das Hybridsystem realisieren zu können. In Abhängigkeit von Streckeneigenschaften, Fahrprogramm und der Leistungsaufnahme weiterer elektrischer Verbraucher im Bordnetz muss eine insgesamt positive Ladebilanz und ein stets ausreichender Ladezustand des elektrischen Energiespeichers gewährleistet werden.
  • Die Einhaltung dieser Anforderungen wird dadurch erschwert, dass der aktuelle Alterungszustand und der aktuelle Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers sowie seine Stromlieferfähigkeit und Mindestspannung nicht genau vorhergesagt, gemessen oder berechnet, sondern nur geschätzt werden können. Daher ist aus Sicherheits- und Zuverlässigkeitsgründen ein gewisser Puffer oder Schätzvorhalt erforderlich, dessen richtige Dimensionierung in einem Zwiespalt zwischen einer Unterschätzung des tatsächlichen Ladezustands und einem Verlust an verfügbarer Reichweite steht.
  • Es ist außerdem bekannt, dass der maximale erreichbare Ladezustand, SOCalt, eines bereits gealterten, verschlechterten oder degradierten elektrischen Energiespeichers nicht mehr dem maximal erreichbaren Ladezustand SOCneu im Neuzustand des Energiespeichers entspricht, sondern in komplexer und mathematisch nicht exakt beschreibbarer Weise vom aktuellen Alterungszustand, SOH, abhängt. Dementsprechend werden große Anstrengungen unternommen, um den aktuellen Alterungszustand oder die aktuelle Verschlechterung, SOH, und den damit verbundenen maximal erreichbaren Ladezustand, SOCalt, sowie den darauf bezogenen relativen aktuellen Ladezustand, SOCrel, eines degradierten elektrischen Energiespeichers möglichst zuverlässig zu erfassen und die verbleibende Ladekapazität zu ermitteln.
  • Aus dem Dokument EP 3 534 169 A2 ist bekannt, eine verbleibende Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers auf der Grundlage einer charakteristischen Kurve der Ausgangsspannung über der verbleibenden Ladung zu bestimmen.
  • Aus dem Dokument EP 3 438 683 A1 ist bekannt, eine Degradierung eines Energiespeichers aus einer Veränderung der Komponenten eines äquivalenten elektrischen Ersatzschaltbildes des Energiespeichers abzuschätzen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers, umfassend (a) Bestimmen einer nominalen Anfangsladekapazität und eines maximalen Anfangsschätzfehlers eines neuen bis wenig degradierten Energiespeichers; (b) Bestimmen einer oder mehrerer nominaler Ladekapazitäten und eines oder mehrerer maximaler Schätzfehler degradierter Energiespeicher; (c) Interpolieren eines Verlaufs der nominalen Ladekapazität und des maximalen unteren und oberen Schätzfehlers zwischen den Stützpunkten der nominalen Ladekapazität und den Stützpunkten des maximalen Schätzfehlers; (d) Schätzen eines nominalen Ladezustands und einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit unterem Schätzvorhalt sowie einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit oberem Schätzvorhalt für einen aktuellen Degradationszustand eines Energiespeichers.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist, dass bei der Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines neuen bis wenig degradierten elektrischen Energiespeichers nicht nur die höhere nominale Anfangsladekapazität sondern auch die höhere Schätzgenauigkeit berücksichtigt wird. Damit kann für einen neuen Energiespeicher ein größerer Anteil der tatsächlichen Ladekapazität genutzt und eine größere Reichweite erzielt werden.
  • Für einen degradierten Energiespeicher hingegen wird der Schätzvorhalt vergrößert und der geringeren Schätzgenauigkeit angepasst, so dass ein Überschätzen der Restreichweite vermieden wird. Damit wird ein vorteilhafter Ausgleich zwischen einer verbesserten Reichweitennutzung eines neuen bis wenig degradierten elektrischen Energiespeichers einerseits und einer zuverlässigen Schätzung der Restreichweite eines degradierten Energiespeichers andererseits erzielt.
  • In einer bevorzugten Ausführung erfolgt die Interpolation für zwei Stützpunkte linear und für mehr als zwei Stützpunkte abschnittsweise linear. Dies hat den Vorteil einer einfachen, aber dennoch an die Zahl der zur Verfügung stehenden Stützpunkte anpassbaren Bestimmung der nominalen Ladekapazität und des maximalen Schätzfehlers, aus dem sich die aktuell nutzbare Ladekapazität mit einem unteren und einem oberen Schätzvorhalt ergibt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Interpolation für zwei Stützpunkte linear und für mehr als zwei Stützpunkte durch eine Ausgleichsgerade, die sich nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Dies hat den Vorteil einer quadratischen Minimierung von Abweichungen zwischen den durch Messungen bestimmten Stützpunkten und der Ausgleichsgeraden. Die gemessenen Stützpunkte können Messfehler und Schwankungen enthalten, die durch einen quadratischen Ausgleich bestmöglich eliminiert werden, wenn von einer linearen Degradation von nominaler Ladekapazität und Schätzfehlern ausgegangen wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung erfolgt die Interpolation für zwei Stützpunkte durch eine typische Modellkurve des elektrischen Energiespeichers und für mehr als zwei Stützpunkte durch eine Verbindungskurve oder durch eine Ausgleichskurve, welche die Stützpunkte verbindet bzw. die Summe der Abweichungsquadrate der Stützpunkte minimiert. Dies hat den Vorteil, dass eine nichtlineare Ausgleichskurve mit einer Parametrierung gefunden werden kann, die den unbekannten Zusammenhang der Stützpunkte möglichst gut beschreibt. Eine typische Modellkurve kann eine im Labor gefundene typische Verlaufskurve der nominalen Ladekapazität und des Schätzfehlers über die Degradierung eines elektrischen Energiespeichersystems, beispielsweise nach einem Quadratwurzel-Gesetz oder einem Arrhenius-Gesetz sein. Eine Verbindungskurve kann eine nichtlineare Verbindungskurve ausreichender Ordnung sein, die eine entsprechende Zahl von Stützpunkten miteinander verbinden kann und den mathematisch unbekannten Zusammenhang der Stützpunkte exakt nachbildet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird zur Interpolation der nutzbaren Ladekapazität und des maximalen Schätzfehlers ein wissensbasiertes System oder ein neuronales Netzwerk eingesetzt, welches mit bekannten Degradationszuständen, Ladekapazitäten und damit verbundenen Schätzfehlern eines elektrischen Energiespeichers trainierbar ist. Somit ist das Verfahren an unterschiedliche Energiespeichertechnologien mit unterschiedlichen Ladekapazitätsverläufen und Schätzfehlerverläufen anpassbar.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden einzelne Stützpunkte oder der gesamte Verlauf der nominalen Ladekapazität und des maximalen unteren und oberen Schätzfehlers für einen bestimmten Energiespeicher aufgezeichnet und/oder voreingestellt und/oder während der Degradation nachgestellt und/oder ergänzt. Dies hat den Vorteil, dass das Schätzverfahren in einer Grundausführung ausgeliefert und anschließend schrittweise verbessert und nachgestellt werden kann.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend Schaltkreise zur Überwachung von Energiespeicherzellen, ein Batteriemanagementsystem und ein Anzeigesystem zur Anzeige einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität und/oder eines aktuellen Degradationszustandes und/oder einer Restbetriebsdauer eines Energiespeichers. Dies hat den Vorteil, dass ein anstehender Austausch des elektrischen Energiespeichers im Fahrzeugservice rechtzeitig erkannt wird.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.
  • Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand eines Diagramms SOC(t);
    • 2 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
  • 1 zeigt ein Diagramm 100 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers. Während der Nutzungsdauer eines elektrischen Energiespeichers nimmt dessen nominale Anfangsladekapazität 300, der nominal erreichbare maximale Ladezustand SOC(t) eines neuen bis wenig degradierten Energiespeichers, über die Betriebszeit t ab und erreicht nach einer gewissen Degradation eine verschlechterte, degradierte nominale Ladekapazität 350. Der Verlauf des nominal erreichbaren maximalen Ladezustandes SOC(t) 150 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel linear. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein anderer Verlauf vorliegen. Insbesondere sind auch Ausführungsbeispiele mit stückweise linearem oder nichtlinearem Verlauf bekannt. Ebenso können auch lediglich einzelne Stützpunkte, etwa durch Messungen, bekannt sein und durch lineare, stückweise lineare oder nichtlineare Verlaufskurven interpoliert werden.
  • Alterung und Degradation eines elektrischen Energiespeichers führen aber nicht nur zu einer Abnahme des nominal erreichbaren maximalen Ladezustandes SOC(t) 150, sondern auch zu einer schlechteren Schätzbarkeit der nominalen Ladekapazität und des nominal erreichbaren maximalen Ladezustandes. Zu der tatsächlichen Abnahme des nominal erreichbaren maximalen Ladezustandes SOC(t) 150 im Laufe der Lebensdauer des Energiespeichers tritt daher noch eine Vergrößerung der Schätzungenauigkeit hinzu, welche für einen neuen bis wenig degradierten Energiespeicher näherungsweise mit einem relativ geringeren maximalen Anfangsschätzfehler 200, 400 beginnt, durch Alterung und Degradation mit der Betriebszeit t aber zunimmt und für einen älteren und stärker degradierten Energiespeicher näherungsweise durch einen größeren maximalen Schätzfehler 250, 450 gegeben ist. Der Schätzfehler liegt mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zwischen einem maximalen unteren Schätzfehler 130 und einem maximalen oberen Schätzfehler 230 in dem in 1 schraffierten Bereich.
  • Infolgedessen kann der tatsächlich erreichbare maximale Ladezustand SOC(t) zwischen einer unteren Schätzgrenze 130 und einer oberen Schätzgrenze 230 liegen. Die Schätzgrenzen 130, 230 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenfalls linear, können aber genauso wie der nominal erreichbare maximale Ladezustand SOC(t) 150 durch stückweise lineare oder nichtlineare Verläufe oder durch einzelne Stützpunkte gegeben sein und dazwischen eine Interpolation erfordern.
  • Die Schätzungenauigkeit erfordert einen dynamischen Schätzvorhalt 130, 230, der gegenüber dem nominal erreichbaren maximalen Ladezustand SOC(t) 150 über die Betriebsdauer t zunimmt und dessen Berücksichtigung für das Energiemanagement des Fahrzeugs unverzichtbar ist, damit der tatsächlich erreichbare maximale Ladezustand SOC(t) des elektrischen Energiespeichers nicht überschätzt wird und das Fahrzeug nicht fahruntauglich wird, während das Energiemanagement noch eine Restreichweite anzeigt. Die aktuell nutzbare Ladekapazität muss also in jedem Degradationszustand des Energiespeichers durch einen unteren Schätzvorhalt 130 und einen oberen Schätzvorhalt 230 ergänzt werden.
  • Der untere Schätzvorhalt 110 eines neuen bis wenig degradierten Energiespeichers wäre für einen stärker degradierten Energiespeicher zu gering angesetzt, während der untere Schätzvorhalt 120 eines stärker degradierten Energiespeichers für einen neuen bis wenig degradierten Energiespeicher zu groß wäre. Infolgedessen müsste sich ein über die Lebensdauer gleichbleibender Schätzvorhalt stets an dem maximal noch erreichbaren Ladezustand SOCalt 450 des gealterten und entsprechend stärker degradierten Energiespeichers orientieren. Entsprechend müsste eine zu geringe Reichweitenschätzung für ein Fahrzeug mit einem neuen oder wenig degradierten Energiespeicher hingenommen und ein zu geringer maximal noch erreichbarer Ladezustand SOCneu,1 410 angesetzt werden. Die korrekte Reichweitenschätzung ist jedoch gerade für ein batteriebetriebenes Fahrzeug von erheblicher Bedeutung, sowohl was die Fahrfähigkeit betrifft, als auch hinsichtlich der Reichweitennutzung, so dass im Falle eines neuen oder wenig degradierten Energiespeichers auch der tatsächlich erreichbare maximale Ladezustand SOCneu,2 420 geschätzt werden soll.
  • Durch einen dynamischen Schätzvorhalt 130, 230 steigt die Reichweite mit einem neuen oder wenig degradierten Energiespeicher von SOCneu,1 410 auf SOCneu,2 420. Im praktischen Fahrbetrieb können damit in Abhängigkeit von der Technologie des Energiespeichers erfahrungsgemäß Reichweitenverbesserungen von 2-10% erreicht werden.
  • Das Schätzverfahren 100 kann in einem Steuergerät, insbesondere in einem Batteriesteuergerät implementiert und im Fahrzeug ausgeführt werden. Der hierzu erforderliche zusätzliche Rechenaufwand ist für eine lineare Interpolation gering, für einen nichtlinearen Ausgleich etwas höher. Vorteilhaft ist der Einsatz eines neuronalen Netzwerks zur Durchführung des Schätzverfahrens, womit langsame Veränderungen der Schätzkurven im Fahrbetrieb gelernt werden können. Hierdurch kann sich das Schätzverfahren selbstlernend nachjustieren.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 500 mit den Verfahrensschritten 501, 502, 503, 504.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Schätzverfahren
    110
    unterer Schätzvorhalt, max. unterer Schätzfehler neuer Energiespeicher
    120
    unterer Schätzvorhalt, max. unterer Schätzfehler degradierter Energiespeicher
    130
    dynamischer unterer Schätzvorhalt, dynamischer unterer Schätzfehler
    150
    nominale Ladekapazität SOC(t)
    200
    max. oberer Schätzfehler eines neuen Energiespeichers
    210
    oberer Schätzvorhalt, max. oberer Schätzfehler neuer Energiespeicher
    220
    oberer Schätzvorhalt, max. oberer Schätzfehler degradierter Energiespeicher
    230
    dynamischer oberer Schätzvorhalt bzw. dynamischer oberer Schätzfehler
    250
    max. oberer Schätzfehler eines degradierten Energiespeichers
    300
    nominale Ladekapazität SOC(t) eines neuen Energiespeichers
    350
    nominale Ladekapazität SOC(t) eines degradierten Energiespeichers
    400
    max. unterer Schätzfehler eines neuen Energiespeichers
    410
    Schätzung SOCneu,1 neuer Energiespeicher mit zu großem Schätzvorhalt
    420
    Schätzung SOCneu,2 neuer Energiespeicher mit angepasstem Schätzvorhalt
    450
    max. unterer Schätzfehler eines degradierten Energiespeichers
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3534169 A2 [0009]
    • EP 3438683 A1 [0010]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verfahren umfasst: a. Bestimmen einer nominalen Anfangsladekapazität (300) und eines maximalen Anfangsschätzfehlers (200, 400) eines neuen bis wenig degradierten Energiespeichers; b. Bestimmen einer oder mehrerer nominaler Ladekapazitäten (350) und eines oder mehrerer maximaler Schätzfehler (250, 450) degradierter Energiespeicher; c. Interpolieren eines Verlaufs der nominalen Ladekapazität (150) und des maximalen unteren und oberen Schätzfehlers (130, 230) zwischen den Stützpunkten der nominalen Ladekapazität (300, 350) und den Stützpunkten des maximalen Schätzfehlers (200, 250, 400, 450); d. Schätzen eines nominalen Ladezustands (150) und einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit unterem Schätzvorhalt (130) sowie einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität mit oberem Schätzvorhalt (230) für einen aktuellen Degradationszustand eines Energiespeichers.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Interpolation für zwei Stützpunkte linear und für mehr als zwei Stützpunkte abschnittsweise linear erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Interpolation für zwei Stützpunkte linear und für mehr als zwei Stützpunkte durch eine Ausgleichsgerade erfolgt, die sich nach der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Interpolation für zwei Stützpunkte durch eine typische Modellkurve des elektrischen Energiespeichers und für mehr als zwei Stützpunkte durch eine Verbindungskurve oder durch eine Ausgleichskurve erfolgt, welche die Stützpunkte verbindet bzw. die Summe der Abweichungsquadrate der Stützpunkte minimiert.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Interpolation der nutzbaren Ladekapazität und des maximalen Schätzfehlers durch ein wissensbasiertes System oder durch ein neuronales Netzwerk erfolgt, welches mit bekannten Degradationszuständen, Ladekapazitäten und damit verbundenen Schätzfehlern eines elektrischen Energiespeichers trainierbar ist.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei einzelne Stützpunkte oder der gesamte Verlauf der nominalen Ladekapazität (150) und des maximalen unteren und oberen Schätzfehlers (130, 230) für einen bestimmten Energiespeicher aufgezeichnet und/oder voreingestellt werden und/oder während der Degradation nachgestellt und/oder ergänzt werden.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend Schaltkreise zur Überwachung von Energiespeicherzellen, ein Batteriemanagementsystem und ein Anzeigesystem zur Anzeige einer aktuellen nutzbaren Ladekapazität und/oder eines aktuellen Degradationszustandes und/oder einer Restbetriebsdauer eines Energiespeichers.
  8. Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 7.
DE102019134436.0A 2019-12-16 2019-12-16 Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers Pending DE102019134436A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019134436.0A DE102019134436A1 (de) 2019-12-16 2019-12-16 Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers
CN202080072156.4A CN114556122A (zh) 2019-12-16 2020-11-25 用于估计电蓄能器的可用充电容量的方法和装置
US17/784,837 US20230009444A1 (en) 2019-12-16 2020-11-25 Method and Device for Estimating the Usable Charge Capacity of an Electrical Energy Store
PCT/EP2020/083365 WO2021121887A1 (de) 2019-12-16 2020-11-25 Verfahren und vorrichtung zur schätzung der nutzbaren ladekapazität eines elektrischen energiespeichers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019134436.0A DE102019134436A1 (de) 2019-12-16 2019-12-16 Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019134436A1 true DE102019134436A1 (de) 2021-06-17

Family

ID=73642879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019134436.0A Pending DE102019134436A1 (de) 2019-12-16 2019-12-16 Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230009444A1 (de)
CN (1) CN114556122A (de)
DE (1) DE102019134436A1 (de)
WO (1) WO2021121887A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10321720A1 (de) * 2002-05-14 2003-12-04 Yazaki Corp Verfahren zum Abschätzen des Ladezustandes und der Leerlaufspannung einer Batterie, sowie Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen des Degradationsgrades einer Batterie
DE102010019128B4 (de) * 2010-04-30 2019-03-14 Peter Bernreuter Kapazitätsbestimmung automotiver Batterien
DE112018000281T5 (de) * 2017-07-31 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und System zum Schätzen einer Zellenleerlaufspannung, eines Ladezustands und eines Funktionszustands einer Batterie während des Betriebs der Batterie
DE112018001733T5 (de) * 2017-03-28 2019-12-19 Gs Yuasa International Ltd. Schätzeinrichtung, energiespeichervorrichtung und schätzverfahren

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8942935B2 (en) * 2010-06-14 2015-01-27 Medtronic, Inc. Charge level measurement
JP6164147B2 (ja) * 2014-04-03 2017-07-19 株式会社豊田自動織機 電池制御システム及びその制御方法
JP6647111B2 (ja) 2016-03-29 2020-02-14 古河電気工業株式会社 二次電池劣化推定装置および二次電池劣化推定方法
JP2018029430A (ja) * 2016-08-17 2018-02-22 トヨタ自動車株式会社 電動車両
JP6942657B2 (ja) 2018-02-28 2021-09-29 株式会社東芝 蓄電池システム、残容量推定装置、及び残容量推定方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10321720A1 (de) * 2002-05-14 2003-12-04 Yazaki Corp Verfahren zum Abschätzen des Ladezustandes und der Leerlaufspannung einer Batterie, sowie Verfahren und Vorrichtung zum Berechnen des Degradationsgrades einer Batterie
DE102010019128B4 (de) * 2010-04-30 2019-03-14 Peter Bernreuter Kapazitätsbestimmung automotiver Batterien
DE112018001733T5 (de) * 2017-03-28 2019-12-19 Gs Yuasa International Ltd. Schätzeinrichtung, energiespeichervorrichtung und schätzverfahren
DE112018000281T5 (de) * 2017-07-31 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und System zum Schätzen einer Zellenleerlaufspannung, eines Ladezustands und eines Funktionszustands einer Batterie während des Betriebs der Batterie

Also Published As

Publication number Publication date
US20230009444A1 (en) 2023-01-12
WO2021121887A1 (de) 2021-06-24
CN114556122A (zh) 2022-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012207815B4 (de) Systeme und verfahren zum bestimmen von zellenkapazitätswerten in einer batterie mit vielen zellen
DE102008037270B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verwalten des Leistungsflusses einer elektrischen Leistungsspeichereinrichtung
EP2419990B1 (de) Erweiterte batteriediagnose bei traktionsbatterien
DE19750309A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Startfähigkeit der Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs
EP3507614B1 (de) Verfahren zur feststellung der funktionssicherheit einer batterie
DE102014221547A1 (de) Verfahren zur Überwachung des Ladezustands einer Batterie
DE102009049589A1 (de) Verfahren zur Bestimmung und/oder Vorhersage der maximalen Leistungsfähigkeit einer Batterie
DE102005023365A1 (de) Batterie-Management für Batterien in Hybrid-Fahrzeugen
DE10301823A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der aus einem Energiespeicher entnehmbaren Ladung
DE102016007479A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batteriezelle und Verfahren zum Bereitstellen eines Ladestromstärkenkennfeldes
DE102010062187A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Leerlaufspannung einer Batterie, Batterie mit einem Modul zur Ermittlung der Leerlaufspannung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie
DE102018212545A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Zustands einer Batterie, Überwachungseinrichtung und Kraftfahrzeug
DE102010019128B4 (de) Kapazitätsbestimmung automotiver Batterien
DE102012007988A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Visualisierung der Leistungsdynamik der Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
WO2020002012A1 (de) Verfahren zum abschätzen eines zustandes eines elektrischen energiespeichersystems sowie system zum ermitteln einer verbleibenden kapazität eines elektrischen energiespeichersystems
DE102019003465A1 (de) Verfahren zum Laden einer Batterie
DE102015012415B4 (de) Vorhersage eines Spannungseinbruchs in einem Kraftfahrzeug
DE102017200548A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Kennlinie für einen ein Kraftfahrzeug versorgenden elektrochemischen Energiespeicher, Kraftfahrzeug und Server
DE102019134436A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Schätzung der nutzbaren Ladekapazität eines elektrischen Energiespeichers
DE102018219124A1 (de) Verfahren zum Ermitteln eines Verschleißzustands eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug sowie Steuervorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und Kraftfahrzeug
DE102009054547B4 (de) Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie
DE102014221549A1 (de) Verfahren zur Überwachung des Ladezustands einer Batterie
DE102020130681A1 (de) Detektion und minderung von lithium-plating in batterien für elektrofahrzeuge
DE102020119346A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erhöhung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs
DE102018221501A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed