DE102019211051A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Restkapazität (CR) einer Batterie in einem Hybrid-Fahrzeug, mittels einer Traktions-Batterie (2) und einer Bordnetzbatterie (4), die über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler (3) miteinander verbunden sind, wobei die Nennspannung der Traktions-Batterie (2) höher ist als die Nennspannung der Bordnetzbatterie (4), wobei das Bordnetz (6) mit der Bordnetzbatterie (4) einen Anschluss (7) für ein externes Ladegerät (8) aufweist, sowie mindestens eine Steuereinheit(11), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:a) Aufladen der Traktionsbatterie (2) auf einen vorgegebenen maximalen ersten Ladezustand (SOC 1) mittels eines externen Ladegerätes (8), wobei der bidirektionale DC/DC-Wandler (3) als Hochsetzsteller betrieben wird,b) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit (tR1),c) Zuordnen eines SOC-Wertes (SOC 1*) dem Messergebnis der OCV-Messung,d) Entladen der Traktions-Batterie (2) auf einen vorgegebenen minimalen zweiten Ladezustand (SOC 2),e) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit (tR2),f) Zuordnen eines SOC-Wertes (SOC 2*) dem Messergebnis der OCV-Messung, wobei die Verfahrensschritte a) - c) vor oder nach den Verfahrensschritten d) - f) durchgeführt werden, wobei in dem Verfahrensschritt a) und/oder d) zusätzlich der aufgenommene und/oder entnommene Strom der Traktions-Batterie (2) aufintegriert wird, undg) Bestimmen der Restkapazität (CR) der Traktions-Batterie (2) mittels der zugeordneten SOC-Werte (SOC 1*, SOC 2*) der beiden OCV-Messungen und des mindestens einen Stromintegrals sowie eine geeignete Vorrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie in einem Hybrid-Fahrzeug, insbesondere einem Mild-Hybrid-Fahrzeug.
  • In Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzte elektrische Energiespeicher unterliegen einer zyklischen und kalendarischen Alterung. Dies äußert sich in einer sinkenden Restkapazität. Dies wird durch den sogenannten SOH (state of health) ausgedrückt, der das Verhältnis von Restkapazität zur Nennkapazität ist. Die Restkapazität ist für verschiedene Steuerungsalgorithmen im Batteriemanagementsystem die Grundlage und sollte daher überwacht bzw. bestimmt werden.
  • Unter Laborbedingungen lässt sich die Restkapazität mit einer hohen Genauigkeit bestimmen, indem die Batterie bis zur Maximalspannung aufgeladen wird (100 % SOC) und anschließend mit einem definierten Strom bis zu einer Minimalspannung (0 % SOC) entladen wird.
  • Im Fahrzeugeinsatz wird das Anlernen der Restkapazität durch zwei aufeinanderfolgende SOC-Bestimmungen durch OCV (Open-Circuit-Voltage) Messungen mit einem dazwischenliegenden Lade- oder Entladungsvorgang durchgeführt. Dabei wird der Strom während des Lade- und Entladungsvorganges zu einem Ladungsinhalt aufintegriert. Aus den SOC-Messungen ist der SOC-Hub bekannt und aus der Stromintegration die eingeladene oder entladene Ladung. Mittels dieser Kenngrößen des Verfahrens kann dann die Restkapazität bestimmt werden. Die Genauigkeit des Verfahrens setzt dabei ausreichend große SOC-Hübe voraus. Auch darf zwischen den OCV-Messungen nicht zu viel geladen und entladen werden, da sich die Fehler bei der Integration des Stromes aufsummieren. Insbesondere der ausreichende SOC-Hub ist bei Mild-Hybrid-Fahrzeugen ein Problem, da diese üblicherweise nur in einem engen SOC-Fenster betrieben werden. Bei Mild-Hybrid-Fahrzeugen wird die Traktions-Batterie nur zum Boosten verwendet bzw. zur Aufnahme von Rekuperations-Energie beim Bremsen.
  • Weiter ist es bekannt, den SOH zu schätzen oder über Innenwiderstandsmessungen der Batterie zu bestimmen, was jedoch in beiden Fällen zu großen Ungenauigkeiten führt.
  • Aus der DE 10 2013 216 200 A1 ist ein Elektrofahrzeug bekannt, umfassend eine Steuerung, die zum Überwachen der Keyoff-Ereignisse und Schätzen der Batteriekapazität gemäß einer ersten Ladezustandsschätzung, einer Ladeintegration und einer zweiten Ladezustandsschätzung konfiguriert ist. Dabei entspricht die erste bzw. die zweite Ladezustandsschätzung dem ersten bzw. zweiten konsekutiven Keyoff-Ereignis und stimmt mit den Zeit- und Temperatureinschränkungen überein, sodass die Ladezustandsschätzungen auf den Batterie-Ruhespannungen basieren, wobei die Steuerung ferner zum Erzeugen einer Ausgabe basierend auf der geschätzten Batteriekapazität konfiguriert ist.
  • Aus der EP 3 011 351 B1 ist ein Verfahren zur Schätzung von Alterungszustands(SOH)-Eigenschaften einer Batterie in Hybridfahrzeugen bekannt, umfassend die Schritte:
    • - Laden und Entladen der Batterie wenigstens einmal innerhalb eines oberen Bereichs eines Ladezustands(SOC)-Fensters, wobei die Batterie:
      1. i) während einer ersten Zeitspanne auf ein erstes vorgegebenes Niveau im oberen Bereich des SOC-Fensters geladen wird;
      2. ii) während einer zweiten Zeitspanne durch einen ersten Ladestromimpuls geladen wird, um das SOC-Niveau der Batterie zu einem Niveau über dem ersten vorgegebenen Niveau und außerhalb des SOC-Fensters zu drücken;
      3. iii) durch eine elektrische Maschine auf ein zweites vorgegebenes Niveau innerhalb des SOC-Fensters entladen wird;
    • - Laden und Entladen der Batterie wenigstens einmal innerhalb eines unteren Bereichs des SOC-Fensters, wobei die Batterie:
      1. i) während einer dritten Zeitspanne auf ein drittes vorgegebenes Niveau in dem SOC-Fenster geladen wird;
      2. ii) durch eine elektrische Maschine auf ein viertes vorgegebenes Niveau in dem SOC-Fenster entladen wird;
      3. iii) während einer vierten Zeitspanne durch einen zweiten Entladestromimpuls entladen wird, um das SOC-Niveau der Batterie auf ein Niveau unter dem vierten vorgegebenen Niveau und unter dem SOC-Fenster zu drücken;
    • - Kalibrieren einer Batterieverwaltungseinheit, die in dem Hybridfahrzeug enthalten ist, durch Verwenden der erreichten Niveaus außerhalb des SOC-Fensters, um korrekte obere und untere Ränder des derzeitigen SOC-Fensters zu bestimmen;
    • - Schätzen der SOH-Eigenschaften der Batterie während der Lade- und Entladeperioden durch Verwenden der Batterieverwaltungseinheit, um den Zustand der Batterie im Vergleich zu einer neuen und unbenutzten Batterie durch Vergleichen des derzeitigen SOC-Fensters mit einem standardmäßigen SOC-Fenster zu bestimmen;
    wobei die erste und die dritte Zeitspanne länger als die zweite bzw. die vierte Zeitspanne sind; und das erste vorgegebene Niveau eine höhere Spannung repräsentiert als das zweite vorgegebene Niveau und das dritte vorgegebene Niveau eine höhere Spannung repräsentiert als das vierte vorgegebene Niveau.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie in einem Hybrid-Fahrzeug zur Verfügung zu stellen sowie eine geeignete Vorrichtung zu schaffen.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Das Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität einer Batterie in einem Hybrid-Fahrzeug, mittels einer Traktions-Batterie und einer Bordnetzbatterie, die über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler miteinander verbunden sind, wobei die Nennspannung der Traktions-Batterie höher ist als die Nennspannung der Bordnetzbatterie, wobei das Bordnetz mit der Bordnetzbatterie einen Anschluss für ein externes Ladegerät aufweist, sowie mindestens eine Steuereinheit, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
    1. a) Aufladen der Traktionsbatterie auf einen vorgegebenen maximalen ersten Ladezustand SOC 1 mittels eines externen Ladegerätes, wobei der bidirektionale DC/DC-Wandler als Hochsetzsteller betrieben wird,
    2. b) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit,
    3. c) Zuordnen eines SOC-Wertes dem Messergebnis der OCV-Messung,
    4. d) Entladen der Traktions-Batterie auf einen vorgegebenen minimalen zweiten Ladezustand SOC 2,
    5. e) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit,
    6. f) Zuordnen eines SOC-Wertes dem Messergebnis der OCV-Messung, wobei die Verfahrensschritte a) - c) vor oder nach den Verfahrensschritten d) - f) durchgeführt werden, wobei in dem Verfahrensschritt a) und/oder d) zusätzlich der aufgenommene und/oder entnommene Strom der Traktions-Batterie aufintegriert wird, und
    7. g) Bestimmen der Restkapazität der Traktions-Batterie mittels der zugeordneten SOC-Werte der beiden OCV-Messungen und des mindestens einen Stromintegrals.
  • Hierdurch kann die Restkapazität erheblich genauer bestimmt werden, wobei das Verfahren insbesondere auch für Mild-Hybrid-Fahrzeuge geeignet ist. Dabei kann der erste Ladezustand SOC 1 größer/gleich einem maximalen Ladezustand für den Normalbetrieb gewählt werden. Entsprechend kann der zweite Ladezustand SOC 2 kleiner/gleich einem minimalen Ladezustand für den Normalbetrieb gewählt werden, sodass der SOC-Hub entsprechend vergrößert wird. Die Wartezeit wird dabei so gewählt, dass die Relaxationsvorgänge in der Batterie abgeschlossen sind. Dabei sei angemerkt, dass SOC 1 und SOC 2 mit Spannungen korrespondieren, so dass das Laden auf SOC 1 und SOC 2 anhand eines Erreichens einer Spannung ermittelt wird.
  • Die Grundidee der Erfindung ist dabei, die genaue Bestimmung der Restkapazität in einer Standphase mittels eines externen Ladegerätes, beispielsweise während eines Service-Aufenthalts in einer Werkstatt durchzuführen, sodass keinerlei Einschränkungen für die Hybrid-Funktion bestehen. Grundsätzlich kann dabei zunächst die Traktions-Batterie geladen werden und anschließend entladen werden oder umgekehrt. Der Vorteil der ersten Variante ist, dass sich das Verfahren sehr einfach implementieren lässt und sich die Stromflüsse gut steuern lassen. Der Vorteil der Alternativ-Variante ist, dass nach dem Verfahren zur Bestimmung des SOH die Traktions-Batterie vollgeladen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird die Traktions-Batterie zunächst geladen und anschließend entladen, also die Verfahrensschritte a) - c) vor den Verfahrensschritten d) - f) durchgeführt, wobei das Stromintegral mindestens in dem Verfahrensschritt d) ermittelt wird, wobei weiter vorzugsweise im Anschluss an den Verfahrensschritt g) Verfahrensschritt a) wiederholt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Ladezustand für den wiederholten Verfahrensschritt a) kleiner gewählt wird als für den ersten Verfahrensschritt a). So kann beispielsweise SOC 1 für den ersten Verfahrensschritt zwischen 90 - 100 % SOC liegen, wobei der Ladezustand für den zweiten Verfahrensschritt bei 40 - 60 % SOC liegt, insbesondere dem maximalen SOC für den Normalbetrieb. Der SOC kann aber auch ein minimaler SOC für den Normalbetrieb oder ein Mittelwert zwischen dem maximalen und minimalen SOC für den Normalbetrieb sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird zur Entladung der Traktions-Batterie der bidirektionale DC/DC-Wandler als Tiefsetzsteller angesteuert, wobei die Bordnetzbatterie geladen wird und/oder mindestens ein Bordnetzverbraucher eingeschaltet wird und/oder der Strom über das externe Ladegerät abgeführt wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann zur Entladung der Traktions-Batterie mindestens ein direkt an der Traktions-Batterie angeordneter Verbraucher eingeschaltet werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform schreibt mindestens eine Steuereinheit einen Fehlereintrag in ein Diagnose-Steuergerät ein, wenn die letzte Ermittlung der Restkapazität eine vorgegebene Betriebsdauer und/oder Zeit zurückliegt. Kommt dann das Hybrid-Fahrzeug in die Werkstatt, wird der Fehlereintrag ausgelesen und das Verfahren zur Bestimmung der Restkapazität durchgeführt. Alternativ wird eine Fehlermeldung für den Nutzer generiert und dieser aufgefordert, eine Werkstatt aufzusuchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Fig. zeigen:
    • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität,
    • 2 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Restkapazität und
    • 3 ein schematisches Flussdiagramm eines alternativen Verfahrens.
  • In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Restkapazität CR einer Traktions-Batterie 2 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 3 auf, der zwischen der Traktions-Batterie 2 und einer Bordnetzbatterie 4 angeordnet ist. Der Bordnetzbatterie 4 sind Bordnetzverbraucher 5 zugeordnet, die schematisch durch einen Verbraucher dargestellt sind. Das Bordnetz 6 aus Bordnetzbatterie 4 und Bordnetzverbraucher 5 weist zusätzlich Anschlüsse 7 für ein externes Ladegerät 8 auf. Weiter kann mindestens ein Verbraucher 9 direkt der Traktions-Batterie 2 zugeordnet sein. Die Traktions-Batterie 2 ist weiter über eine nicht dargestellte Leistungselektronik mit einer Elektromaschine verbunden. Weiter weist die Vorrichtung 1 ein Batterie-Steuergerät 10, eine Steuereinheit 11 und ein Diagnose-Steuergerät 12 auf, die über einen Bus 13 miteinander verbunden sind. Dabei kann das Diagnose-Steuergerät 12 einen separaten Anschluss 14 aufweisen. Dabei sei angemerkt, dass die Nennspannung der Traktions-Batterie 2 beispielsweise 48 V und die Nennspannung der Bordnetzbatterie 4 beispielsweise 12 V beträgt. Weiter sei angemerkt, dass das Batterie-Steuergerät 10, die Steuereinheit 11 und das Diagnose-Steuergerät 12 beispielsweise durch die Bordnetzbatterie 4 spannungstechnisch versorgt werden. Die Steuergeräte 10-12 können dabei auch in einem einzigen Steuergerät integriert sein.
  • In dem Batterie-Steuergerät 10 und/oder der Steuereinheit 11 ist die zuletzt bestimmte Restkapazität CR der Traktions-Batterie 2 abgespeichert. Liegt die zuletzt durchgeführte Bestimmung eine vordefinierte Betriebsdauer und/oder Zeit zurück, so wird ein Fehlereintrag generiert und in das Diagnose-Steuergerät 12 eingeschrieben. Fährt dann das Fahrzeug in die Werkstatt, so wird dort ein Diagnosegerät an den Anschluss 14 angeschlossen und der Fehlereintrag ausgelesen. Darauf läuft ein Verfahren zur Bestimmung der Restkapazität CR der Traktions-Batterie 2 ab, das nun anhand von 2 beschrieben wird.
  • Nachdem das Verfahren in einem ersten Schritt S1 gestartet wurde, wird in einem zweiten Schritt S2 das externe Ladegerät 8 an die Anschlüsse 7 angeschlossen. Die Steuereinheit 11 erfasst in einem dritten Verfahrensschritt S3 diese Fremdladung und schaltet in Schritt S4 den DC/DC-Wandler 3 als Hochsetzsteller. In einem Schritt S5 wird dann die Traktions-Batterie 2 auf einen vorgegebenen maximalen Ladezustand SOC 1 aufgeladen. Dieser maximale Ladezustand SOC 1 ist dabei vorzugsweise größer als ein maximaler Ladezustand im Normalbetrieb. Das Erreichen des maximalen Ladezustands SOC 1 wird dabei durch das Batterie-Steuergerät 10 erfasst, indem beispielsweise eine maximale Spannung erreicht wird. Anschließend wird eine vorgegebene Wartezeit tR1 abgewartet, sodass Relaxationsvorgänge in der Traktions-Batterie 2 abgeschlossen werden können (Schritt S6). In einem nachfolgenden Schritt S7 führt dann das Batterie-Steuergerät 10 eine OCV-Messung durch, wobei der gemessenen Spannung ein Ladezustand SOC 1* zugeordnet wird, der im Regelfall etwas kleiner als SOC 1 ist. In einem Schritt S8 steuert dann die Steuereinheit 11 den DC/DC-Wandler 3 als Tiefsetzsteller an. Parallel dazu kann das Ladegerät 8 entfernt werden oder aber das Ladegerät 8 muss anderweitig deaktiviert werden. In einem Schritt S9 wird nun die Traktions-Batterie 2 auf einen vorgegebenen minimalen Ladezustand SOC 2 entladen, wobei SOC 2 vorzugsweise kleiner ist als ein minimaler Ladezustand im Normalbetrieb. Die Entladung erfolgt dabei vorzugsweise durch Aufladen der Bordnetzbatterie 4, sodass die Energie sinnvoll genutzt wird. Ist die Bordnetzbatterie 4 aber bereits zu stark geladen, so können Bordnetzverbraucher 5 (z.B. eine Scheibenheizung) eingeschaltet werden. Ist das Ladegerät 8 entsprechend ausgebildet, kann auch über das Ladegerät 8 Strom entnommen werden. Während des Entladens der Traktions-Batterie 2 wird dabei der entnommene Strom aufintegriert. Dies erfolgt beispielsweise durch das Batterie-Steuergerät 10. Ist dann der vorgegebene minimale Ladezustand SOC 2 erreicht (erfasst durch eine Spannungsmessung), so wird wieder eine vorgegebene Wartezeit tR2 gewartet (Schritt S10) und eine OCV-Messung durchgeführt, wobei der gemessenen Spannung ein Ladezustand SOC 2* zugeordnet wird (Schritt S11). Aus den beiden Ladezuständen SOC 1*, SOC 2* sowie dem Stromintegral ∫l kann dann die Restkapazität CR bestimmt und abgespeichert werden (Schritt S12). Da nun die Traktions-Batterie 2 einen minimalen Ladezustand SOC 2* aufweist, der geringer ist als der minimale Ladezustand für den Normalbetrieb wird in einem Schritt S13 der DC/DC-Wandler 3 wieder in den Hochsetzbetrieb geschaltet, das zuvor gegebenenfalls entfernte Ladegerät 8 wieder angeschlossen und in einem nachfolgenden Schritt S14 die Traktions-Batterie 2 auf einen vorgegebenen Ladezustand SOC 3 aufgeladen. SOC 3 ist dabei entweder der minimale oder maximale Ladezustand des Normalbetriebes oder ein Zwischenwert. Anschließend ist das Verfahren beendet.
  • In der 3 ist ein Flussdiagramm für ein alternatives Verfahren zur Bestimmung der Restkapazität dargestellt, wobei gleiche Verfahrensschritte mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei können die beiden Verfahrensschritte S2 und S3 auch ausgelassen werde, wenn das Ladegerät nicht deaktiviert werden kann. Zunächst wird im Verfahrensschritt S8 der DC/DC-Wandler 3 als Tiefsetzsteller betrieben und im Verfahrensschritt S9a die Traktions-Batterie 2 auf SOC 2 entladen. Dabei muss das Stromintegral nicht erfasst werden, was durch den Index a angedeutet ist. Nach der Wartezeit tR2 (Schritt S10) wird dann die OCV-Messung durchgeführt und dem Messergebnis ein Ladezustand SOC 2* zugeordnet (Verfahrensschritt S11). Sollten die Verfahrensschritte S2 und S3 am Anfang nicht durchgeführt worden sein, so werden diese nun durchgeführt. Anschließend wird der DC/DC-Wandler 3 als Hochsetzsteller betrieben (Verfahrensschritt S4) und die Traktions-Batterie 2 durch das Ladegerät 8 auf den Ladezustand SOC 1 aufgeladen und gleichzeitig das Stromintegral ermittelt (Verfahrensschritt S5a). Nach der Wartezeit tR1 (Verfahrensschritt S6) wird dann die zweite OCV-Messung durchgeführt und dem Messergebnis ein Ladezustand SOC 1* zugeordnet (Verfahrensschritt S7) und schließlich die Restkapazität CR (Verfahrensschritt S12) bestimmt. Da nun der Ladezustand SOC 1* größer als der maximale Ladezustand für den Normalbetrieb ist, kann noch eine Entladung auf SOC 3 durchgeführt werden oder aber der Ladezustand wird im Normalbetrieb abgebaut.
  • Bezugszeichenliste
    • 1)
    Vorrichtung
    2)
    Traktions-Batterie
    3)
    DC/DC-Wandler
    4)
    Bordnetzbatterie
    5)
    Bordnetzverbraucher
    6)
    Bordnetz
    7)
    Anschlüsse
    8)
    Ladegerät
    9)
    Verbraucher
    10)
    Batterie-Steuergerät
    11)
    Steuereinheit
    12)
    Diagnose-Steuergerät
    13)
    Bus
    14)
    separater Anschluss
  • 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
    • DE 102013216200 A1 [0006]
    • EP 3011351 B1 [0007]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Restkapazität (CR) einer Batterie in einem Hybrid-Fahrzeug, mittels einer Traktions-Batterie (2) und einer Bordnetzbatterie (4), die über einen bidirektionalen DC/DC-Wandler (3) miteinander verbunden sind, wobei die Nennspannung der Traktions-Batterie (2) höher ist als die Nennspannung der Bordnetzbatterie (4), wobei das Bordnetz (6) mit der Bordnetzbatterie (4) einen Anschluss (7) für ein externes Ladegerät (8) aufweist, sowie mindestens eine Steuereinheit (11), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Aufladen der Traktionsbatterie (2) auf einen vorgegebenen maximalen ersten Ladezustand (SOC 1) mittels eines externen Ladegerätes (8), wobei der bidirektionale DC/DC-Wandler (3) als Hochsetzsteller betrieben wird, b) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit (tR1), c) Zuordnen eines SOC-Wertes (SOC 1*) dem Messergebnis der OCV-Messung, d) Entladen der Traktions-Batterie (2) auf einen vorgegebenen minimalen zweiten Ladezustand (SOC 2), e) Durchführen einer OCV-Messung nach einer vorgegebenen Wartezeit (tR2), f) Zuordnen eines SOC-Wertes (SOC 2*) dem Messergebnis der OCV-Messung, wobei die Verfahrensschritte a) - c) vor oder nach den Verfahrensschritten d) - f) durchgeführt werden, wobei in dem Verfahrensschritt a) und/oder d) zusätzlich der aufgenommene und/oder entnommene Strom der Traktions-Batterie (2) aufintegriert wird, und g) Bestimmen der Restkapazität (CR) der Traktions-Batterie (2) mittels der zugeordneten SOC-Werte (SOC 1*, SOC 2*) der beiden OCV-Messungen und des mindestens einen Stromintegrals.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) - c) vor den Verfahrensschritten d) - f) erfolgen, wobei das Stromintegral mindestens in dem Verfahrensschritt d) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt g) Verfahrensschritt a) wiederholt wird oder die Traktions-Batterie (2) auf einen Ladezustand (SOC 3) des Normalbetriebes aufgeladen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entladung der Traktions-Batterie (2) der bidirektionale DC/DC-Wandler (3) als Tiefsetzsteller angesteuert wird, wobei die Bordnetzbatterie (4) geladen wird, mindestens ein Bordnetzverbraucher (5) eingeschaltet wird und/oder Strom über das externe Ladegerät (8) abgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entladung der Traktions-Batterie (2) mindestens ein direkt an der Traktions-Batterie (2) angeordneter Verbraucher (9) eingeschaltet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuereinheit (11) einen Fehlereintrag in ein Diagnose-Steuergerät (12) einschreibt, wenn die letzte Ermittlung der Restkapazität (CR) eine vorgegebene Betriebsdauer und/oder Zeit zurückliegt.
  7. Vorrichtung zur Ermittlung der Restkapazität (CR) einer Traktions-Batterie (2) in einem Hybrid-Fahrzeug, umfassend eine Traktions-Batterie (2), eine Bordnetzbatterie (4), einen bidirektionalen DC/DC-Wandler (3), mindestens eine Steuereinheit (11) sowie mindestens einen Anschluss (7) für ein externes Ladegerät (8) an das Bordnetz (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) derart ausgebildet ist, ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 durchzuführen.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113147506A (zh) * 2021-04-25 2021-07-23 北京新能源汽车股份有限公司 基于大数据的车与车互学习充电剩余时间预测方法和装置
DE102022200007A1 (de) 2022-01-03 2023-07-06 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Erlernen einer Parametrisierung eines Alterungsmodells und Bereitstellen eines Alterungszustands für eine Gerätebatterie anhand einer parametrierten Leerlaufspannungs-Kennlinie
DE102022123466A1 (de) 2022-09-14 2024-03-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer HV-Batterie mit hysteretischer Kennlinie der offenen Zellspannung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2596375B1 (de) * 2010-07-23 2019-01-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fahrzeugsteuerungsvorrichtung und fahrzeugsteuerungsverfahren

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8751086B2 (en) 2012-08-21 2014-06-10 Ford Global Technologies, Llc Online battery capacity estimation
CN105378497B (zh) 2013-06-19 2019-03-05 沃尔沃卡车集团 用于评估混合动力车辆电池健康状态的方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2596375B1 (de) * 2010-07-23 2019-01-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fahrzeugsteuerungsvorrichtung und fahrzeugsteuerungsverfahren

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113147506A (zh) * 2021-04-25 2021-07-23 北京新能源汽车股份有限公司 基于大数据的车与车互学习充电剩余时间预测方法和装置
CN113147506B (zh) * 2021-04-25 2022-05-06 北京新能源汽车股份有限公司 基于大数据的车与车互学习充电剩余时间预测方法和装置
DE102022200007A1 (de) 2022-01-03 2023-07-06 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren und Vorrichtung zum Erlernen einer Parametrisierung eines Alterungsmodells und Bereitstellen eines Alterungszustands für eine Gerätebatterie anhand einer parametrierten Leerlaufspannungs-Kennlinie
DE102022123466A1 (de) 2022-09-14 2024-03-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer HV-Batterie mit hysteretischer Kennlinie der offenen Zellspannung

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