DE102019214407A1 - Method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit - Google Patents

Method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit Download PDF

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Lisa Lorenz
Yvonne Gaissmaier
Aleksandar Aleksandrov
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Abstract

Es wird Verfahren zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit beschrieben, welches die nachstehenden Schritte umfasst:
a) Ermitteln mehrerer Spannungskennlinien mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit, wobei die mindestens eine zweite elektrische Energiespeichereinheit bei jeder Spannungskennlinienermittlung jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Lastzyklen unterworfen war;
b) Ermitteln einer aktuellen Kapazität und/oder eines aktuellen Ladungsdurchsatzes der ersten elektrischen Energiespeichereinheit;
c) Ermitteln der ersten Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie der ermittelten aktuellen Kapazität der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem ermittelten aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit.Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung, Computerprogramm, maschinenlesbares Speichermedium und elektrisches Energiespeichersystem beschrieben.

Figure DE102019214407A1_0000
A method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit is described, which comprises the following steps:
a) determining a plurality of voltage characteristics of at least one second electrical energy storage unit, the at least one second electrical energy storage unit being subjected to a different number of load cycles in each voltage characteristic determination;
b) determining a current capacity and / or a current charge throughput of the first electrical energy storage unit;
c) Determining the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit and the determined current capacity of the first electrical energy storage unit and / or the determined current charge throughput of the first electrical energy storage unit. Furthermore, a corresponding device, computer program , machine-readable storage medium and electrical energy storage system.
Figure DE102019214407A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit.The present invention is based on a method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit.

Stand der TechnikState of the art

Aktuelle Batteriesysteme sind in der Lage, eine aktuelle Kapazität und einen aktuellen Gesundheitszustand einer zugehörigen Batterie zu ermitteln und bereitzustellen. Dazu ist es notwendig, einen zeitlichen Verlauf einer Batteriespannung und eines Batteriestromes der Batterie zu erfassen.Current battery systems are able to determine and provide a current capacity and a current state of health of an associated battery. To do this, it is necessary to record a battery voltage and current of the battery over time.

Aus dem zeitlichen Verlauf der Batteriespannung und einem Leerlaufspannungsverlauf der Batterie kann eine Ladungszustandsänderung der Batterie ermittelt werden. Aus dem zeitlichen Verlauf des Batteriestromes kann eine abgegebene oder aufgenommene Ladung der Batterie ermittelt werden, welche im Späteren als Ladungsänderung bezeichnet wird.A change in the state of charge of the battery can be determined from the time profile of the battery voltage and an open circuit voltage profile of the battery. A given or absorbed charge of the battery can be determined from the time course of the battery current, which is referred to later as the charge change.

Aus der Ladungsänderung und der Ladungszustandsänderung kann auf eine aktuelle Kapazität der Batterie geschlossen werden. Aus der aktuellen Kapazität der Batterie und einer ursprünglichen Kapazität der Batterie kann auf den Gesundheitszustand der Batterie geschlossen werden.A current capacity of the battery can be inferred from the change in charge and the change in the state of charge. The state of health of the battery can be inferred from the current capacity of the battery and an original capacity of the battery.

Dabei stellt sich das Problem, dass für ein genaues Berechnen der Kapazität und des Gesundheitszustandes der Batterie die Ladungsänderung und die zugehörige Ladungszustandsänderung sehr groß sein müssen, um präzise Informationen zu erhalten. Dadurch ist für eine präzise Berechnung dieser Informationen ein fast vollständiger Lade- und Entladezyklus notwendig.The problem arises here that for an accurate calculation of the capacity and the state of health of the battery, the change in charge and the associated change in the state of charge must be very large in order to obtain precise information. As a result, an almost complete charge and discharge cycle is necessary for a precise calculation of this information.

Zudem stellt sich das Problem, dass der Leerlaufspannungsverlauf der Batterie über deren Lebensdauer hinweg nicht konstant ist und es zu ungenauen Kapazitätsberechnungen aufgrund eines nicht mehr aktuellen Leerlaufspannungsverlaufs kommen kann, welcher der Berechnung zugrunde liegt.In addition, the problem arises that the open-circuit voltage curve of the battery is not constant over its service life and imprecise capacity calculations can occur due to an open-circuit voltage curve that is no longer up-to-date on which the calculation is based.

Der Leerlaufspannungsverlauf beziehungsweise die Leerlaufspannungskennlinie ergibt sich dabei aus der Spannung, die sich ohne Last bei einer Batterie beziehungsweise einer elektrischen Energiespeichereinheit einstellt. Sie wird auch als Open Circuit Voltage bezeichnet.The no-load voltage curve or the no-load voltage characteristic curve results from the voltage that is established in a battery or an electrical energy storage unit without a load. It is also known as Open Circuit Voltage.

In der Druckschrift CN 104597405 wird ein Verfahren offenbart, welches unter Zuhilfenahme des Leerlaufspannungsverlaufs beziehungsweise der Leerlaufspannungskennlinie die Kapazität einer Batterie bestimmt.In the pamphlet CN 104597405 a method is disclosed which determines the capacity of a battery with the aid of the no-load voltage curve or the no-load voltage characteristic curve.

In der Druckschrift US 2013/0110428 wird ein Verfahren zur Schätzung der Batteriekapazität unter Verwendung der Leerlaufspannungskennlinie beschrieben.In the pamphlet US 2013/0110428 a method for estimating the battery capacity using the open circuit voltage characteristic is described.

In der Druckschrift WO 2005/050810 wird ein Verfahren zur Schätzung der Batterieleistung unter Zuhilfenahme der Leerlaufspannungskennlinie beschrieben.In the pamphlet WO 2005/050810 describes a method for estimating the battery power with the aid of the no-load voltage characteristic.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Offenbart wird ein Verfahren zur Ermittlung einer ersten Spannungslinien einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.Disclosed is a method for determining a first voltage line of a first electrical energy storage unit with the features of the main claim.

Dabei werden mehrere Spannungskennlinien, insbesondere Leerlaufspannungskennlinien, mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, d.h. insbesondere gemessen und entsprechend aufgezeichnet. Dabei war die mindestens eine zweite elektrische Energiespeichereinheit bei jeder Spannungskennlinienermittlung einer unterschiedlichen Anzahl von Lastzyklen unterworfen, d.h., die Leerlaufspannungskennlinien werden zu unterschiedlichen Alterungszeitpunkten der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Die Ermittlung kann insbesondere im Labor erfolgen, um vordefinierte Alterungsbedingungen einzuhalten.Several voltage characteristics, in particular no-load voltage characteristics, of at least one second electrical energy storage unit are determined, i.e. in particular measured and recorded accordingly. The at least one second electrical energy storage unit was subjected to a different number of load cycles for each voltage characteristic curve determination, i.e. the no-load voltage characteristics are determined at different times of aging of the at least one second electrical energy storage unit. The determination can take place in particular in the laboratory in order to comply with predefined aging conditions.

Weiterhin wird eine aktuelle Kapazität und/oder ein aktueller Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt, während die elektrische Energiespeichereinheit in einem elektrischen Energiespeichersystem, beispielsweise einem Batteriesystem, im Einsatz ist. Die aktuelle Kapazität gibt dabei an, wie viel elektrische Ladung der elektrischen Energiespeichereinheit aktuell gespeichert werden kann.Furthermore, a current capacity and / or a current charge throughput of the first electrical energy storage unit is determined. This is preferably done while the electrical energy storage unit is in use in an electrical energy storage system, for example a battery system. The current capacity indicates how much electrical charge the electrical energy storage unit can currently be stored.

Basierend auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie der ermittelten aktuellen Kapazität der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem ermittelten aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit wird die erste Spannungskennlinie, insbesondere Leerlaufspannungskennlinie, der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt.Based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit and the determined current capacity of the first electrical energy storage unit and / or the determined current charge throughput of the first electrical energy storage unit, the first voltage characteristic, in particular no-load voltage characteristic, of the first electrical energy storage unit is determined.

Dies ist vorteilhaft, dass sich typischerweise mit zunehmender Alterung der ersten elektrischen Energiespeichereinheit der Verlauf ihrer ersten Spannungskennlinie, insbesondere ihrer Leerlaufspannungskennlinie, ändert und somit für eine korrekte Verwendung anzupassen ist. Insbesondere in Betriebsarten der elektrischen Energiespeichereinheit, in welcher diese nicht nahezu vollständig geladen und oder entladen wird, ist eine genaue und zuverlässige Bestimmung der ersten Spannungskennlinie schwierig beziehungsweise herausfordernd. Die Zuhilfenahme der bereits ermittelten mehreren Spannungskennlinien sowie der Kapazität beziehungsweise des Ladungdurchsatzes schafft hierfür ein einfaches Verfahren zur zuverlässigen Ermittlung der ersten Spannungskennlinie auch bei Vorliegen nur kleiner Ladezustandsverschiebungen im Betrieb. Beispielsweise schwankt der Ladezustand im Hybridbetrieb einer elektrischen Energiespeichereinheit meist um 50 % und eine vollständige Ladung beziehungsweise Entladung findet nicht statt. Mittels des Verfahrens kann die erste Spannungskennlinie zuverlässig auch bei Änderungen ermittelt werden.This is advantageous in that, with increasing aging of the first electrical energy storage unit, the course of its first voltage characteristic curve, in particular its no-load voltage characteristic curve, changes and must therefore be adapted for correct use. In particular In operating modes of the electrical energy storage unit in which it is not almost completely charged and / or discharged, an accurate and reliable determination of the first voltage characteristic is difficult or challenging. The use of the already determined several voltage characteristics as well as the capacity or the charge throughput creates a simple method for the reliable determination of the first voltage characteristic even when there are only small shifts in the state of charge during operation. For example, the state of charge of an electrical energy storage unit in hybrid operation usually fluctuates by 50% and complete charging or discharging does not take place. By means of the method, the first voltage characteristic can be determined reliably even in the event of changes.

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

Zweckmäßigerweise erfolgt eine Überprüfung einer vordefinierten Bedingung, insbesondere eine Überprüfung des Vorliegens eines vordefinierten Ladezustandes beziehungsweise einer vordefinierten Ladezustandsdifferenz, vor dem Ermitteln der aktuellen Kapazität und/oder vor dem Ermitteln des aktuellen Ladungsdurchsatzes. Die Schritte des Ermittelns der aktuellen Kapazität und/oder des aktuellen Ladungsdurchsatzes und/oder des Ermittelns der ersten Spannungskennlinie erfolgen anschließend in Abhängigkeit des Überprüfungsergebnisses. Sollte die vordefinierte Bedingung nicht erfüllt sein, werden die nachfolgenden Schritte nicht ausgeführt und es wird so lange überprüft, bis das Verfahren abgebrochen wird beziehungsweise die Bedingung erfüllt ist. Dies ist vorteilhaft, da somit sichergestellt ist, dass für die Ermittlung der Kapazität beziehungsweise der ersten Spannungskennlinie vorteilhafte Bedingungen vorliegen und eine zuverlässige Ermittlung möglich ist. Weitere günstige vordefinierte Bedingungen sind beispielsweise das Vorliegen einer relaxierten elektrischen Energiespeichereinheit, das heißt, dass die elektrische Energiespeichereinheit für einen vordefinierten Zeitraum vor der Ermittlung, beispielsweise bis zu einer Zeitdauer von 1 Stunde, nicht benutzt worden ist. Weiterhin ist eine möglicht große Ladezustandsdifferenz bei der Ermittlung der aktuellen Kapazität vorteilhaft, sodass auch dies als Bedingung überprüft werden kann. Dabei sollte eine möglichst kurze Integrationszeit von elektrischen Strömen berücksichtigt werden, um den Einfluss von Strommessfehler zu verringern. Auch dies kann als Bedingung abgefragt werden.A predefined condition is expediently checked, in particular a check of the presence of a predefined charge state or a predefined charge state difference, before the current capacity is determined and / or before the current charge throughput is determined. The steps of determining the current capacity and / or the current charge throughput and / or determining the first voltage characteristic then take place as a function of the check result. If the predefined condition is not met, the following steps are not carried out and a check is carried out until the process is aborted or the condition is met. This is advantageous because it is thus ensured that advantageous conditions exist for the determination of the capacitance or the first voltage characteristic curve and that a reliable determination is possible. Further favorable predefined conditions are, for example, the presence of a relaxed electrical energy storage unit, that is to say that the electrical energy storage unit has not been used for a predefined period of time before the determination, for example up to a period of 1 hour. Furthermore, the largest possible difference in the state of charge is advantageous when determining the current capacity, so that this can also be checked as a condition. The shortest possible integration time for electrical currents should be taken into account in order to reduce the influence of current measurement errors. This can also be queried as a condition.

Zweckmäßigerweise erfolgt ein Abspeichern der ermittelten mehreren Spannungskennlinien in einem Datenspeicher. Dabei kann der Datenspeicher beispielsweise in einer elektronischen Steuereinheit vorhanden sein oder sich innerhalb einer allgemeinen Datenverarbeitungsanlage befinden, welches sich in einer gewissen Entfernung von der ersten elektrischen Energiespeichereinheit befindet, sogenannter Cloud-Speicher. Dies ist vorteilhaft, da somit eine dauerhafte Speicherung und Nutzung der ermittelten mehreren Spannungskennlinien ermöglicht wird.The determined multiple voltage characteristics are expediently stored in a data memory. In this case, the data memory can be present, for example, in an electronic control unit or can be located within a general data processing system which is located at a certain distance from the first electrical energy storage unit, a so-called cloud memory. This is advantageous because it enables permanent storage and use of the determined multiple voltage characteristics.

Zweckmäßigerweise wird die erste Spannungskennlinie mittels Interpolation von mindestens zwei der ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Das ist vorteilhaft, da somit nur eine kleine Anzahl von Spannungskennlinien vorhanden sein muss und ein Datenspeicher für die Spannungskennlinien der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit somit klein gehalten werden kann, was insbesondere für ein Steuergerät in einem Fahrzeug sehr relevant ist. Dennoch kann durch das Verfahren der Interpolation eine zuverlässige erste Spannungskennlinie ermittelt werden.The first voltage characteristic is expediently determined by means of interpolation of at least two of the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit. This is advantageous since only a small number of voltage characteristics must be present and a data memory for the voltage characteristics of the second electrical energy storage unit can thus be kept small, which is very relevant in particular for a control unit in a vehicle. Nevertheless, a reliable first voltage characteristic curve can be determined by the interpolation method.

Zweckmäßigerweise basieren die Lastzyklen, welche insbesondere zur Alterung der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit eingesetzt werden, auf einer Auswertung von realen Nutzungsdaten einer elektrischen Energiespeichereinheit. Dies ist vorteilhaft, um eine realitätsnahe Alterung der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit abzubilden.The load cycles, which are used in particular to age the at least one second electrical energy storage unit, are expediently based on an evaluation of real usage data of an electrical energy storage unit. This is advantageous in order to map realistic aging of the second electrical energy storage unit.

Zweckmäßigerweise wird eine erste Temperatur der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Bevorzugt erfolgt dies in engem zeitlichen Zusammenhang zur Ermittlung der ersten Spannungskennlinie, d.h. insbesondere unmittelbar davor. Weiterhin wird eine zweite Temperatur der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit während der Ermittlung der mehreren Spannungskennlinien ermittelt. Dabei wird die erste Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit zusätzlich basierend auf der ersten Temperatur der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und der zweite Motto der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Somit wird zum einen die Temperatur berücksichtigt, welche bei der Ermittlung der mehreren Spannungskennlinien herrschte, als auch die Temperatur, welche die erste elektrische Energiespeichereinheit aktuell aufweist. Dies ist vorteilhaft, da somit eine präzisere Ermittlung der ersten Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermöglicht wird.A first temperature of the first electrical energy storage unit is expediently determined. This is preferably done in close temporal relation to the determination of the first voltage characteristic, i.e. in particular immediately before it. Furthermore, a second temperature of the at least one second electrical energy storage unit is determined during the determination of the plurality of voltage characteristics. The first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit is additionally determined based on the first temperature of the first electrical energy storage unit and the second motto of the at least one second electrical energy storage unit. Thus, on the one hand, the temperature that prevailed when the multiple voltage characteristics were determined and the temperature that the first electrical energy storage unit is currently at is taken into account. This is advantageous because it enables the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit to be determined more precisely.

Vorzugsweise wird die erste elektrische Energiespeicheinheit mit der so ermittelten ersten Spannungskennlinie betrieben, beispielsweise wenn sie in einem elektrischen Energiespeichersystem eingebaut ist, das eine elektronische Steuereinheit aufweist. Die ermittelte erste Spannungskennlinie wird dabei beispielsweise in einem Datenspeicher der elektronischen Steuereinheit abgelegt und wird dann in der Ermittlung von Ladezustand und Leistungsprädiktion für die erste elektrische Energiespeichereinheit eingesetzt.The first electrical energy storage unit is preferably operated with the first voltage characteristic curve determined in this way, for example when it is installed in an electrical energy storage system which has an electronic control unit. The determined first voltage characteristic is in this case, for example, it is stored in a data memory of the electronic control unit and is then used to determine the state of charge and power prediction for the first electrical energy storage unit.

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

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit, welche mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, alle Schritte des offenbarten Verfahrens auszuführen. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und beispielsweise Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder ein Netzwerkserver oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.Furthermore, the subject matter of the disclosure is a device for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit, which comprises at least one means which is set up to carry out all steps of the disclosed method. The at least one means can include, for example, a battery management control device and, for example, current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors. An electronic control unit can also be such a means. An electronic control unit can in particular be understood to mean an electronic control device which comprises, for example, a microcontroller and / or an application-specific hardware component, e.g. an ASIC, but it can also include a personal computer or a network server or a programmable logic controller. Thus, the above-mentioned advantages can be realized.

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die offenbarte Vorrichtung alle Schritte des offenbarten Verfahrens ausführt. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.Furthermore, the subject matter of the disclosure is a computer program comprising instructions which cause the disclosed device to carry out all steps of the disclosed method. Thus, the above-mentioned advantages can be realized.

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das offenbarte Computerprogramm gespeichert ist.The disclosure also relates to a machine-readable storage medium on which the disclosed computer program is stored.

Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und die offenbarte Vorrichtung umfasst. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden.The disclosure also relates to an electrical energy storage system, the electrical energy storage system comprising at least one electrical energy storage unit and the disclosed device. Thus, the above-mentioned advantages can be realized.

FigurenlisteFigure list

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

Es zeigen:

  • 1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
  • 3 eine schematische Darstellung der offenbarten Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Show it:
  • 1 a flow chart of the disclosed method according to a first embodiment;
  • 2 a flow chart of the disclosed method according to a second embodiment; and
  • 3rd a schematic representation of the disclosed device according to an embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

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

1 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Ermittling einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S11 werden mehrere Spannungskennlinien mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dabei war die mindestens eine zweite elektrische Energiespeichereinheit bei jeder Spannungskennlinienermittlung jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Lastzyklen unterworfen, was insbesondere bedeutet, dass sie jeweils eine unterschiedliche Alterung aufweist. Weiterhin können die zu einer jeweiligen Spannungskennlinie gehörende Kapazität der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der entsprechende Ladungsdurchsatz zusätzlich zu der jeweiligen Spannungskennlinie ermittelt und entsprechend abgespeichert werden. Diese Größen werden sich für die mehreren Spannungskennlinien aufgrund der unterschiedlichen Alterung unterscheiden. 1 shows a flow chart of the disclosed method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit according to a first embodiment. In a first step S11 several voltage characteristics of at least one second electrical energy storage unit are determined. In this case, the at least one second electrical energy storage unit was subjected to a different number of load cycles each time the voltage characteristic curve was determined, which in particular means that it each has a different aging process. Furthermore, the capacity of the second electrical energy storage unit belonging to a respective voltage characteristic and / or the corresponding charge throughput can be determined in addition to the respective voltage characteristic and stored accordingly. These variables will differ for the multiple voltage characteristics due to the different aging.

In einem zweiten Schritt S12 wird eine aktuelle Kapazität oder alternativ beziehungsweise zusätzlich ein aktueller Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt.In a second step S12 a current capacity or, alternatively or additionally, a current charge throughput of the first electrical energy storage unit is determined.

In einem dritten Schritt S13 wird die erste Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit sowie der ermittelten aktuellen Kapazität der ersten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem ermittelten aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dabei wird beispielsweise die aktuelle Kapazität beziehungsweise der aktuelle Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit mit der entsprechenden Kapazität beziehungsweise dem entsprechenden Ladungsdurchsatz verglichen, die mit den mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit abgespeichert wurden. Entsprechend diesem Vergleich wird die passende beziehungsweise die passenden Spannungskennlinien ausgewählt und zur Ermittlung der ersten Spannungskennlinie verwendet. Insbesondere kann zwischen zwei oder mehreren Spannungskennlinien interpoliert werden, falls die ermittelte aktuelle Kapazität beziehungsweise der ermittelte aktuelle Ladungsdurchsatz nicht genau der entsprechenden Kapazität beziehungsweise dem entsprechenden Ladungsdurchsatz der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit entsprechen.In a third step S13 the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit is based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit and the determined current capacity of the first electrical energy storage unit and / or the determined current charge throughput of the first electrical energy storage unit determined. For example, the current capacity or the current charge throughput of the first electrical energy storage unit is compared with the corresponding capacity or the corresponding charge throughput that was stored with the multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit. In accordance with this comparison, the appropriate or appropriate voltage characteristics are selected and used to determine the first voltage characteristic. In particular, it is possible to interpolate between two or more voltage characteristics if the determined current capacity or the determined current charge throughput does not exactly correspond to the corresponding capacity or the corresponding charge throughput of the at least one second electrical energy storage unit.

2 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform. 2 shows a flow chart of the disclosed method for determining a first voltage characteristic of a first electrical energy storage unit according to a second embodiment.

In einem ersten Schritt S21 werden mehrere Spannungskennlinien mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dabei war die mindestens eine zweite elektrische Energiespeichereinheit bei jeder Spannungskennlinienermittlung jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Lastzyklen unterworfen, was insbesondere bedeutet, dass sie jeweils eine unterschiedliche Alterung aufweist. Weiterhin können die zu einer jeweiligen Spannungskennlinie gehörende Kapazität der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der entsprechende Ladungsdurchsatz zusätzlich zu der jeweiligen Spannungskennlinie ermittelt und entsprechend abgespeichert werden. Diese Größen können sich für die mehreren Spannungskennlinien aufgrund der unterschiedlichen Alterung unterscheiden.In a first step S21 several voltage characteristics of at least one second electrical energy storage unit are determined. In this case, the at least one second electrical energy storage unit was subjected to a different number of load cycles each time the voltage characteristic curve was determined, which in particular means that it each has a different aging process. Furthermore, the capacity of the second electrical energy storage unit belonging to a respective voltage characteristic and / or the corresponding charge throughput can be determined in addition to the respective voltage characteristic and stored accordingly. These variables can differ for the multiple voltage characteristics due to the different aging.

Gleichzeitig wird in einem zweiten Schritt S22 während der Ermittlung der mehreren Spannungskennlinien mindestens eine zweite Temperatur der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Bevorzugt wird bei jeder Ermittlung einer der mehreren Spannungskennlinien eine entsprechende Temperatur aufgezeichnet, da die Spannungskennlinie eine Temperaturabhängigkeit aufweisen kann.At the same time, in a second step S22 while determining the plurality of voltage characteristics, at least one second temperature of the at least one second electrical energy storage unit is determined. Each time one of the plurality of voltage characteristics is determined, a corresponding temperature is preferably recorded, since the voltage characteristic can have a temperature dependency.

In einem dritten Schritt S23 wird eine aktuelle Kapazität oder alternativ beziehungsweise zusätzlich ein aktueller Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dies geschieht bevorzugt bei einem Einsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit in einem Fahrzeug beziehungsweise bei Einsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit zur Energiespeicherung und -abgabe.In a third step S23 a current capacity or, alternatively or additionally, a current charge throughput of the first electrical energy storage unit is determined. This is preferably done when the first electrical energy storage unit is used in a vehicle or when the first electrical energy storage unit is used for energy storage and delivery.

In einem vierten Schritt S24 wird eine erste Temperatur der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, um nachfolgend eine präzisere Ermittlung der ersten Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit zu ermitteln.In a fourth step S24 a first temperature of the first electrical energy storage unit is determined in order to subsequently determine a more precise determination of the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit.

In einem fünften Schritt S25 wird schließlich die erste Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dabei basiert die Ermittlung auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit, welche in dem ersten Schritt S21 ermittelt wurden. Weiterhin basiert die Ermittlung dabei auf der in dem dritten Schritt S23 ermittelten aktuellen Kapazität oder dem aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit sowie der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur. Dabei wird beispielsweise die aktuelle Kapazität beziehungsweise der aktuelle Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit mit der entsprechenden Kapazität beziehungsweise dem entsprechenden Ladungsdurchsatz verglichen, die mit den mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit abgespeichert wurden. Entsprechend diesem Vergleich wird die passende beziehungsweise die passenden Spannungskennlinien ausgewählt und zur Ermittlung der ersten Spannungskennlinie verwendet. Insbesondere kann zwischen zwei oder mehreren Spannungskennlinien interpoliert werden, falls die ermittelte aktuelle Kapazität beziehungsweise der ermittelte aktuelle Ladungsdurchsatz nicht genau der entsprechenden Kapazität beziehungsweise dem entsprechenden Ladungsdurchsatz der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit entsprechen.In a fifth step S25 the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit is finally determined. The determination is based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit, which in the first step S21 were determined. Furthermore, the determination is based on that in the third step S23 determined current capacity or the current charge throughput of the first electrical energy storage unit and the first temperature and the second temperature. For example, the current capacity or the current charge throughput of the first electrical energy storage unit is compared with the corresponding capacity or the corresponding charge throughput that was stored with the multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit. In accordance with this comparison, the appropriate or appropriate voltage characteristics are selected and used to determine the first voltage characteristic. In particular, it is possible to interpolate between two or more voltage characteristics if the determined current capacity or the determined current charge throughput does not exactly correspond to the corresponding capacity or the corresponding charge throughput of the at least one second electrical energy storage unit.

3 zeigt eine schematische Darstellung der offenbarten Vorrichtung 32 gemäß einer Ausführungsform. Dabei weist die Vorrichtung 32 mindestens ein Mittel auf, beispielsweise einen Netzwerkserver oder Cloud-Computer, welches eingerichtet ist, alle Schritte des offenbarten Verfahrens auszuführen. Somit ist die Vorrichtung 32 eingereicht, beispielsweise über eine drahtlose Verbindung, mehrere Spannungskennlinien mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit 31 zu ermitteln. Dies geschieht bevorzugt im Betrieb der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit 31, beispielsweise bei einem Einsatz im Fahrzeug, zu unterschiedlichen Alterungszeitpunkten, sodass dabei die zweite elektrische Energiespeichereinheit 31 jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Lastzyklen erfahren hat. Weiterhin ist die Vorrichtung beziehungsweise das Mittel eingerichtet, eine aktuelle Kapazität und/oder einen aktuellen Ladungsdurchsatz einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 zu ermitteln. Dies kann beispielsweise durch Analyse von Strom- und Spannungsverläufen der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 durch die Vorrichtung 32 erfolgen oder über eine Abfrage dieser Daten von einem elektronischen Steuergerät, das in 3 nicht dargestellt ist. Weiterhin ist die Vorrichtung 32 somit eingerichtet, die erste Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 basierend auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit 31 sowie der ermittelten aktuellen Kapazität der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 und/oder dem ermittelten aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 zu ermitteln. Weiterhin kann die Vorrichtung 32 beziehungsweise das Mittel eingerichtet sein, als weiteren Verfahrensschritt die ermittelte erste Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 an ein elektronisches Steuergerät der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 33 zu übermittlen, um die erste elektrische Energiespeichereinheit 33 mit der so ermittelten ersten Spannungskennlinie zu betreiben. 3rd shows a schematic representation of the disclosed device 32 according to one embodiment. The device has 32 at least one means, for example a network server or cloud computer, which is set up to carry out all steps of the disclosed method. Thus the device is 32 submitted, for example via a wireless connection, several voltage characteristics of at least one second electrical energy storage unit 31 to determine. This is preferably done when the second electrical energy storage unit is in operation 31 , for example when used in a vehicle, at different times of aging, so that the second electrical energy storage unit 31 each has experienced a different number of load cycles. Furthermore, the device or the Means set up a current capacity and / or a current charge throughput of a first electrical energy storage unit 33 to determine. This can be done, for example, by analyzing current and voltage profiles of the first electrical energy storage unit 33 through the device 32 or by querying this data from an electronic control unit that is in 3rd is not shown. Furthermore, the device 32 thus set up the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit 33 based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit 31 and the determined current capacity of the first electrical energy storage unit 33 and / or the determined current charge throughput of the first electrical energy storage unit 33 to determine. Furthermore, the device 32 or the means can be set up, as a further method step, the determined first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit 33 to an electronic control unit of the first electrical energy storage unit 33 to transmit to the first electrical energy storage unit 33 to operate with the first voltage characteristic thus determined.

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Claims (10)

Verfahren zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33), umfassend die Schritte: a) Ermitteln mehrerer Spannungskennlinien mindestens einer zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31), wobei die mindestens eine zweite elektrische Energiespeichereinheit (31) bei jeder Spannungskennlinienermittlung jeweils einer unterschiedlichen Anzahl von Lastzyklen unterworfen war; b) Ermitteln einer aktuellen Kapazität und/oder eines aktuellen Ladungsdurchsatzes der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33); c) Ermitteln der ersten Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33) basierend auf den ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31) sowie der ermittelten aktuellen Kapazität der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33) und/oder dem ermittelten aktuellen Ladungsdurchsatz der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33).Method for determining a first voltage characteristic curve of a first electrical energy storage unit (33), comprising the steps: a) determining a plurality of voltage characteristics of at least one second electrical energy storage unit (31), the at least one second electrical energy storage unit (31) being subjected to a different number of load cycles in each voltage characteristic determination; b) determining a current capacity and / or a current charge throughput of the first electrical energy storage unit (33); c) Determining the first voltage characteristic of the first electrical energy storage unit (33) based on the determined multiple voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit (31) and the determined current capacity of the first electrical energy storage unit (33) and / or the determined current charge throughput of the first electrical Energy storage unit (33). Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: d) Überprüfen einer vordefinierten Bedingung, insbesondere eines Ladezustandes beziehungsweise einer Ladezustandsdifferenz, vor dem Ermitteln der aktuellen Kapazität und/oder vor dem Ermitteln des aktuellen Ladungsdurchsatzes, wobei die Schritte b) und/oder c) in Abhängigkeit des Überprüfungsergebnisses erfolgen;Procedure according to Claim 1 , further comprising: d) checking a predefined condition, in particular a state of charge or a difference in state of charge, before determining the current capacity and / or before determining the current charge throughput, steps b) and / or c) taking place as a function of the checking result; Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: e) Abspeichern der ermittelten mehreren Spannungskennlinien in einem Datenspeicher;The method according to any one of the preceding claims, further comprising: e) storing the determined multiple voltage characteristics in a data memory; Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt c) das Ermitteln der ersten Spannungskennlinie mittels Interpolation von mindestens zwei der ermittelten mehreren Spannungskennlinien der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein in step c) the determination of the first voltage characteristic takes place by means of interpolation of at least two of the determined several voltage characteristics of the at least one second electrical energy storage unit (31). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lastzyklen in Schritt a) basierend auf einer Auswertung von realen Nutzungsdaten einer elektrischen Energiespeichereinheit erzeugt werden, um eine realitätsnahe Alterung der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31) abzubilden.Method according to one of the preceding claims, wherein the load cycles in step a) are generated based on an evaluation of real usage data of an electrical energy storage unit in order to map realistic aging of the second electrical energy storage unit (31). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: f) Ermitteln einer ersten Temperatur der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33); g) Ermitteln einer zweiten Temperatur der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31) während der Ermittlung der mehreren Spannungskennlinien; wobei das Ermitteln der ersten Spannungskennlinie der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33) zusätzlich basierend auf der ersten Temperatur der ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33) und der zweiten Temperatur der mindestens einen zweiten elektrischen Energiespeichereinheit (31) erfolgt.The method according to any one of the preceding claims, further comprising: f) determining a first temperature of the first electrical energy storage unit (33); g) determining a second temperature of the at least one second electrical energy storage unit (31) while determining the plurality of voltage characteristics; wherein the first voltage characteristic curve of the first electrical energy storage unit (33) is additionally determined based on the first temperature of the first electrical energy storage unit (33) and the second temperature of the at least one second electrical energy storage unit (31). Vorrichtung zur Ermittlung einer ersten Spannungskennlinie einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit (33), umfassend mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, welches eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.Device for determining a first voltage characteristic of a first electrical energy storage unit (33), comprising at least one means, in particular an electronic control unit, which is set up to carry out all steps of the method according to one of the Claims 1 to 5 to execute. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.Computer program which is set up, all steps of the method according to one of the Claims 1 to 5 to execute. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program is based Claim 8 is stored. Elektrisches Energiespeichersystem, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit (31, 33) und eine Vorrichtung nach Anspruch 7.Electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit (31, 33) and a device according to Claim 7 .
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