DE102020110066A1 - Method for determining a current state of aging of an electrical energy store and electrical energy store - Google Patents

Method for determining a current state of aging of an electrical energy store and electrical energy store Download PDF

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Jan Kroggel
Severin Hahn
Andreas Maier
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Alterungszustands eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (10), bei welchem mittels eines ersten mathematischen Modells (12) eine maximale Zellwachstumskraft mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) bestimmt wird, wobei die Zellwachstumskraft eine Kraft beschreibt, welche eine Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers aufgrund einer Alterung der Batteriezelle innerhalb eines Gehäuses des elektrischen Energiespeichers erzeugen darf, wobei im ersten mathematischen Modell (12) die maximale Zellwachstumskraft in Abhängigkeit von einem maximalen Alterungszustand beschrieben ist, wobei ein aktueller Ladungsdurchsatz (∑Q) innerhalb der Batteriezelle mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) bestimmt wird, wobei mittels eines zweiten mathematischen Modells (14), welches den Zusammenhang zwischen dem Ladungsdurchsatz (∑Q) und dem Alterungszustand beschreibt, in Abhängigkeit von dem aktuellen Ladungsdurchsatz (∑Q) der aktuelle Alterungszustand bestimmt wird und der aktuelle Alterungszustand mit dem maximalen Alterungszustand mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) verglichen wird. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher (10).The invention relates to a method for determining a current state of aging of an electrical energy store of a motor vehicle by means of an electronic computing device (10), in which a maximum cell growth force is determined by means of the electronic computing device (10) by means of a first mathematical model (12), the cell growth force being a Force describes which a battery cell of the electrical energy store is allowed to generate due to the aging of the battery cell within a housing of the electrical energy store, the maximum cell growth force being described in the first mathematical model (12) as a function of a maximum state of aging, with a current charge throughput (∑Q ) is determined within the battery cell by means of the electronic computing device (10), with the aid of a second mathematical model (14) which shows the relationship between the charge throughput (∑Q) and the state of aging and describes how the current aging condition is determined as a function of the current charge throughput (∑Q) and the current aging condition is compared with the maximum aging condition by means of the electronic computing device (10). The invention also relates to an electrical energy store (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Alterungszustands eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des elektrischen Energiespeichers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher.The invention relates to a method for determining a current state of aging of an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of an electronic computing device of the electrical energy store according to the preamble of claim 1. The invention also relates to an electrical energy store.

Lithium-Ionen-Batteriezellen nehmen im Laufe ihres Lebenszyklus an Dicke zu. Erst wenn eine Batteriezelle nicht mehr verwendet werden kann, dem sogenannten End of Life (EOL), stoppt das Wachstum. Aus diesem Grund muss ein entsprechender Bauraum im Stand der Technik vorgehalten werden, um dem Wachstum der Batteriezelle Raum zu geben. Durch eine Vorverspannung der Batteriezellen kann das Wachstum verlangsamt werden, jedoch nicht gestoppt. In einem Batteriemodul mit verspannten Batteriezellen kann die vorgehaltene Pufferzone reduziert werden, wenn mit einer modellbasierten Schätzung der Stand der Verformung beziehungsweise des Druckaufbaus nachgeführt wird.Lithium-ion battery cells increase in thickness over the course of their life cycle. Only when a battery cell can no longer be used, the so-called End of Life (EOL), does growth stop. For this reason, a corresponding installation space must be kept in the prior art in order to allow the growth of the battery cell. By pre-tensioning the battery cells, growth can be slowed down, but not stopped. In a battery module with tensioned battery cells, the reserved buffer zone can be reduced if the state of the deformation or the pressure build-up is tracked using a model-based estimate.

Üblicherweise wird in elektrischen Energiespeichern ausreichend Bauraum für das Zellwachstum bis zum Ende des Wachstums bei null Prozent Restkapazität vorgehalten. Häufig genügt für den Lebenszyklus eines elektrischen Energiespeichers aber zur Auslegung der Bereich bis zu 70 Prozent der Restkapazität. Dadurch sind Preis und Bauraum erhöht, ohne zusätzlichen Kundennutzen zu generieren. Bei komplexen prismatischen Zellgeometrien kann durch einen Mechanismus mit Sollbruchstelle das Dickenwachstum durch ein vorzeitiges Trennen der elektrischen Verbindung gestoppt werden. Damit wird jedoch der Aufbau der Batteriezelle komplexer, teurer und die volumetrische Energiedichte geringer.Sufficient installation space is usually reserved in electrical energy storage devices for cell growth until the end of growth with zero percent residual capacity. Often, however, the area of up to 70 percent of the remaining capacity is sufficient for the life cycle of an electrical energy storage system. This increases the price and installation space without generating additional customer benefits. In the case of complex prismatic cell geometries, a mechanism with a predetermined breaking point can stop the growth in thickness by prematurely disconnecting the electrical connection. However, this makes the structure of the battery cell more complex, more expensive and the volumetric energy density lower.

Die WO 2017/087807 A1 offenbart ein elektrisches Gerät mit einer Batterie und einem Batterie-Management-System. Das Batterie-Management-System umfasst einen Controller, der mit einem Drucksensor in elektrischer Kommunikation steht, um den Gesundheitszustand der Batterie zu überwachen. Der Controller wendet eine Methode zur Bestimmung des Gesundheitszustands an, die ein nicht-elektrisches Signal von Kraftmessungen in Kombination mit einer inkrementellen Kapazitätsanalyse verwendet, um den Kapazitätsschwund und andere Gesundheitsindikatoren der Batterie mit einer besseren Genauigkeit als die bestehenden Methoden abzuschätzen. Der Drucksensor kann das Kraftmesssignal an den Controller liefern, der dann bestimmen kann, welche inkrementelle Kapazitätskurve auf der Grundlage der Kraft für die jeweilige Batterie zu verwenden ist. Die Steuerung führt dann ein Programm aus, das die Daten von Drucksensor und die gespeicherten inkrementellen Kapazitätskurven auf der Grundlage der Kraft verwendet, um den Kapazitätsschwund abzuschätzen und dem Benutzer den prozentualen Gesundheitszustand zu signalisieren.The WO 2017/087807 A1 discloses an electrical device having a battery and a battery management system. The battery management system includes a controller in electrical communication with a pressure sensor to monitor the health of the battery. The controller applies a health status method that uses a non-electrical signal from force measurements in combination with an incremental capacity analysis to estimate battery depletion and other health indicators with better accuracy than the existing methods. The pressure sensor can provide the force measurement signal to the controller, which can then determine which incremental capacity curve to use based on the force for the particular battery. The controller then runs a program that uses the data from the pressure sensor and the stored incremental capacity curves based on the force to estimate the capacity depletion and signal the percentage of health to the user.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie einen elektrischen Energiespeicher zu schaffen, mittels welchem ein Alterungszustand beziehungsweise ein Gesundheitszustand des elektrischen Energiespeichers zuverlässig bestimmt werden kann.The object of the present invention is to create a method and an electrical energy store by means of which a state of aging or a state of health of the electrical energy store can be reliably determined.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch einen elektrischen Energiespeicher gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a method and by an electrical energy store according to the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Alterungszustands eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des elektrischen Energiespeichers, bei welchem mittels eines ersten mathematischen Modells eine maximale Zellwachstumskraft mittels der elektronischen Recheneinrichtung bestimmt wird, wobei die Zellwachstumskraft eine Kraft beschreibt, welche eine Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers aufgrund einer Alterung der Batteriezelle innerhalb eines Gehäuses des elektrischen Energiespeichers erzeugen darf, wobei im mathematischen Modell die maximale Zellwachstumskraft in Abhängigkeit von einem maximalen Alterungszustand beschrieben ist.One aspect of the invention relates to a method for determining a current state of aging of an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of an electronic computing device of the electrical energy store, in which a maximum cell growth force is determined by means of the electronic computing device by means of a first mathematical model, the cell growth force being a Force describes which a battery cell of the electrical energy store is allowed to generate due to aging of the battery cell within a housing of the electrical energy store, the maximum cell growth force being described in the mathematical model as a function of a maximum state of aging.

Es ist vorgesehen, dass ein aktueller Ladungsdurchsatz innerhalb der Batteriezelle mittels der elektronischen Recheneinrichtung bestimmt wird, wobei mittels eines zweiten mathematischen Modells, welches den Zusammenhang zwischen dem Ladungsdurchsatz und dem Alterungszustand beschreibt, in Abhängigkeit von dem aktuellen Ladungsdurchsatz der aktuelle Alterungszustand bestimmt wird und der aktuelle Alterungszustand mit dem maximalen Alterungszustand mittels der elektronischen Recheneinrichtung verglichen wird.It is provided that a current charge throughput within the battery cell is determined by means of the electronic computing device, with the current aging state being determined as a function of the current charge throughput and the current one using a second mathematical model that describes the relationship between the charge throughput and the state of aging Aging condition is compared with the maximum aging condition by means of the electronic computing device.

Dadurch ist es ermöglicht, dass mittels der beiden mathematischen Modelle der Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers abgeschätzt werden kann. Insbesondere ist dieses sensorunabhängig, wodurch eine zuverlässige und robuste Schätzung des Alterungszustands beziehungsweise des Gesundheitszustands (State oh Health - SOH) realisiert werden kann. Diese schätzungsbasierte Abschaltung spart Kosten gegenüber einem dezidierten Sensor und ist robuster, da kein Kraftsensor ausfallen kann, da dieser nicht existiert. Entsprechende Grenzen beziehungsweise Schwellwerte sind softwarebasiert gespeichert und können nachträglich auf Basis neuer Erkenntnisse entsprechend angepasst werden.This makes it possible for the state of aging of the electrical energy store to be estimated using the two mathematical models. In particular, this is sensor-independent, whereby a reliable and robust estimate of the state of aging or the state of health (State oh Health - SOH) can be realized. This estimation-based shutdown saves costs compared to a dedicated sensor and is more robust, since no force sensor can fail because it does not exist. Corresponding limits or threshold values are stored in a software-based manner and can be adjusted accordingly on the basis of new findings.

Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass am Ende der mechanischen Auslegung des elektrischen Energiespeichers in mehreren Versuchen der Zusammenhang zwischen der durchschnittlichen Restkapazität, welche dem Alterungszustand beziehungsweise dem State-of-Health (SOH) entsprechen kann, der Batteriezellen und dem Kraftaufbau im mechanischem Zellblockverbund ermittelt wird. Die durch die mechanische Stabilität des Blocks und der Zellen selbst definierte maximal erlaubte Kraft wird so in eine maximal erlaubte durchschnittliche Zell-Restkapazität überführt. Im Betrieb wird durch das Batterie-Steuergerät, mit anderen Worten der elektronischen Recheneinrichtung, die Restkapazität nachgeführt und bei Erreichen der kritischen Grenze wird das Zuschalten der Batteriezelle verhindert.In other words, at the end of the mechanical design of the electrical energy store, the relationship between the average remaining capacity, which may correspond to the state of aging or the state of health (SOH), of the battery cells and the force build-up in the mechanical cell block assembly is determined in several tests becomes. The maximum permitted force, defined by the mechanical stability of the block and the cells themselves, is converted into a maximum permitted average remaining cell capacity. During operation, the battery control device, in other words the electronic computing device, tracks the remaining capacity and when the critical limit is reached, the connection of the battery cell is prevented.

Für die Onlineüberwachung der Restkapazität wird zunächst auf eine Spannungsrelaxation (Open Circuit Voltage, OCV) in einem hohen Ladezustand gewartet und die zugehörigen Zellspannungen werden gespeichert. Anschließend wird auf einen OCV-Zustand im niedrigen Ladezustandsbereich gewartet. Über eine hinterlegte Ruhespannungskurve, welche insbesondere gültig zum SOH-Zielzustand ist, und die entladenen Netto-Ladungsmenge zwischen den beiden Relaxationspunkten kann die Restkapazität jeder Zelle bestimmt werden. So kann zumindest in gewissen zeitlichen Abständen punktuell die Restkapazität jeder einzelnen Zelle bestimmt werden. Zwischen zwei gültigen Bestimmungen der Restkapazität wird diese mithilfe eines konservativen Alterungsmodells geschätzt. Zum Beispiel kann hier der Worst-Case-Zusammenhang zwischen Kapazitätsverlust und Energiedurchsatz herangezogen werden.For online monitoring of the remaining capacity, a voltage relaxation (Open Circuit Voltage, OCV) in a high state of charge is first waited for and the associated cell voltages are saved. It then waits for an OCV state in the low state of charge range. The remaining capacity of each cell can be determined using a stored open-circuit voltage curve, which is particularly valid for the SOH target state, and the discharged net amount of charge between the two relaxation points. In this way, the remaining capacity of each individual cell can be determined selectively at least at certain time intervals. Between two valid determinations of the remaining capacity, this is estimated using a conservative aging model. For example, the worst-case relationship between loss of capacity and energy throughput can be used here.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird bei einer Übereinstimmung des aktuellen Alterungszustands mit dem maximalen Alterungszustand ein Warnsignal für einen Nutzer mittels der elektronischen Recheneinrichtung erzeugt.According to an advantageous embodiment, if the current aging condition corresponds to the maximum aging condition, a warning signal for a user is generated by means of the electronic computing device.

Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das erste mathematische Modell und/oder das zweite mathematische Modell experimentell vorgegeben werden.It is also advantageous if the first mathematical model and / or the second mathematical model are specified experimentally.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird der maximale Alterungszustand mit einem Sicherheitspuffer vorgegeben.In a further advantageous embodiment, the maximum aging condition is specified with a safety buffer.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einer Batteriezelle und mit zumindest einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei der elektrische Energiespeicher zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels des elektrischen Energiespeichers durchgeführt.Another aspect of the invention relates to an electrical energy store for an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one battery cell and with at least one electronic computing device, the electrical energy store being designed to carry out a method according to the preceding aspect. In particular, the method is carried out by means of the electrical energy store.

Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher. Das Kraftfahrzeug ist zumindest teilweise elektrisch betrieben, insbesondere vollelektrisch betrieben.Yet another aspect of the invention relates to a motor vehicle with an electrical energy store. The motor vehicle is at least partially operated electrically, in particular operated fully electrically.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen. Der elektrische Energiespeicher sowie das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the electrical energy store and of the motor vehicle. For this purpose, the electrical energy store and the motor vehicle have objective features which enable the method or an advantageous embodiment thereof to be carried out.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and with reference to the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without the scope of the Invention to leave.

Dabei zeigen:

  • 1 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrenes; und
  • 2 ein schematisches elektrische Arbeit-Kapazitätsdiagramm.
Show:
  • 1 a schematic flow diagram of an embodiment of the method; and
  • 2 a schematic electrical work capacity diagram.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere findet das Verfahren in einer elektronischen Recheneinrichtung 10 eines nicht dargestellten elektrischen Energiespeichers mit zumindest einer Batteriezelle statt. Das in 1 gezeigte Verfahren hat insbesondere das Ziel zu verhindern, dass der elektrische Energiespeicher eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs infolge zu starker Zellwachstums mechanisch beschädigt wird, das heißt bevor ein Batteriezellmodul platzt oder aufgesprengt werden kann. 1 shows a schematic view of a flow chart according to an embodiment of the invention. In particular, the method takes place in an electronic computing device 10 an electrical energy store, not shown, with at least one battery cell instead. This in 1 The method shown has the particular aim of preventing the electrical energy store of a motor vehicle, not shown, from being mechanically damaged as a result of excessive cell growth, that is to say before a battery cell module bursts or can be blown open.

In einem ersten Schritt S1 erfolgt insbesondere ein empirisches beziehungsweise eine experimentelle Bestimmung des Zusammenhangs zwischen einem Alterungszustand, welcher auch als State-of-Health (SOH) bezeichnet werden kann, und einer Kraft, insbesondere einer Zellwachstumskraft, die infolge eines Zelldickenwachstums auf einem Modulrahmen des elektrischen Energiespeichers wirkt. Hierzu wird insbesondere ein erstes mathematisches Modell 12 erzeugt. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt dabei auch empirisch beziehungsweise experimentell die Bestimmung einer maximalen Zelldickenwachstums-induzierten Kraft, bei der der Modulrahmen bricht. Diese Kraft entspricht auf Basis des ersten mathematischen Modells 12 einem maximalen SOH. Nun müsste eigentlich lediglich während des Betriebs des Kraftfahrzeugs kontinuierlich der SOH bestimmt beziehungsweise überwacht werden. Dann könnte rechtzeitig, bevor der SOH den maximalen SOH-Wert erreicht, geeignete Vorsichtsmaßnahmen eingeleitet werden. Nachteilig dabei ist aber für die Bestimmung von SOH die Messung der Ruhespannung (Open Circuit Voltage - OCV) erforderlich, wofür die Batteriezellen des elektrischen Energiespeichers wiederum in einem relaxierten Zustand vorliegen müssen. In a first step S1 in particular, an empirical or an experimental determination of the relationship takes place between a state of aging, which can also be referred to as state-of-health (SOH), and a force, in particular a cell growth force, which acts on a module frame of the electrical energy store as a result of an increase in cell thickness. A first mathematical model is used for this purpose 12th generated. In a second step S2 the determination of a maximum force induced by cell thickness growth at which the module frame breaks is also carried out empirically or experimentally. This force corresponds based on the first mathematical model 12th a maximum SOH. Now the SOH would actually only have to be continuously determined or monitored while the motor vehicle is in operation. Appropriate precautionary measures could then be initiated in good time before the SOH reaches the maximum SOH value. The disadvantage here, however, is the measurement of the open circuit voltage (OCV) for the determination of SOH, for which the battery cells of the electrical energy store have to be in a relaxed state.

Dieser wird aber normalerweise erst nach einer längeren Wartezeit erreicht, die im Bereich von einer oder gar mehreren Stunden liegen kann. Somit ist eine direkte, kontinuierliche Bestimmung des SOH während des Betriebs nicht möglich. Man weicht erfindungsgemäß daher auf eine Ersatzgröße aus, die sich kontinuierlich bestimmen lässt und mit deren Hilfe man auf den SOH zurückschließen kann. Somit wird der SOH mithilfe der Ersatzmessgröße quasi indirekt kontinuierlich bestimmt. Die Ersatzmessgröße ist, wie in einem dritten Schritt S3 beschrieben, der Ladungsdurchsatz (ΣQ). Der Zusammenhang zwischen dem Ladungsdurchsatz ∑Q und SOH wird ebenfalls empirisch/experimentell bestimmt. Somit ist eine direkte Abhängigkeit zwischen dem Ladungsdurchsatz ∑Q und dem SOH bekannt.However, this is usually only achieved after a long waiting period, which can be in the range of one or even several hours. Direct, continuous determination of the SOH during operation is therefore not possible. According to the invention, a substitute variable is therefore used that can be continuously determined and with the help of which one can infer the SOH. Thus, the SOH is determined indirectly continuously with the help of the substitute measured variable. The substitute measured variable is as in a third step S3 described, the charge throughput (ΣQ). The relationship between the charge throughput ∑Q and SOH is also determined empirically / experimentally. Thus, a direct relationship between the charge throughput ∑Q and the SOH is known.

In einem vierten Schritt S4 wird somit im Betrieb kontinuierlich der Ladungsdurchsatz ∑Q gemessen und mithilfe eines zweiten mathematischen Modells 14 der SOH bestimmt und mithilfe von dem ersten mathematischen Modell 12 die Annäherung an das maximal zulässige Zelldickenwachstum überwacht.In a fourth step S4 the charge throughput ∑Q is thus continuously measured during operation and with the aid of a second mathematical model 14th the SOH is determined and using the first mathematical model 12th monitors the approach to the maximum allowable cell thickness growth.

In einem fünften Schritt S5 werden rechtzeitig vor dem Erreichen des maximalen SOH, wie bereits erwähnt, Vorsichtsmaßnahmen ergriffen, das heißt, bei einem bestimmten SOH-Wert wird dem Fahrer eine Warnmeldung angezeigt, die ihn auffordert, beispielsweise in die nächste Werkstatt zu fahren und den elektrischen Energiespeicher überprüfen zu lassen. Rechtzeitig heißt daher im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass ein SOH-Wert festgelegt wird, der es auf jeden Fall noch erlaubt, zur nächsten Werkstatt zu fahren, bevor der SOH-Maximalwert erreicht ist, bei dem der elektrische Energiespeicher durch Platzen der Modulzellen mechanisch geschädigt wird. Durch diesen Sicherheitspuffer (s. Linie 18 in 2) sind die Sicherheitsabschaltung des elektrischen Energiespeichers während des Betriebs oder eine Sicherheits-Nichteinschaltung von Inbetriebnahme nicht erforderlich, sondern es reicht die besagte Warnmeldung an den Fahrer.In a fifth step S5 As already mentioned, precautionary measures are taken in good time before the maximum SOH is reached, i.e. a warning message is displayed to the driver at a certain SOH value, which prompts him, for example, to drive to the nearest workshop and have the electrical energy storage checked . In connection with the present invention, timely therefore means that a SOH value is set which in any case still allows driving to the next workshop before the SOH maximum value is reached at which the electrical energy store is mechanically due to bursting of the module cells is harmed. Through this safety buffer (see line 18th in 2 ) the safety shutdown of the electrical energy storage device during operation or a safety non-activation of commissioning are not required, but the said warning message to the driver is sufficient.

In einem sechsten Schritt S6 erfolgt nach Ausgabe der Warnmeldung an den Fahrer, dass dieser beispielsweise zu einer Werkstatt fahren kann. Dort wird die Batterie beziehungsweise der elektrische Energiespeicher überprüft. Dazu wird eine detaillierte Kapazitätsbestimmung durchgeführt. Stellt sich dabei heraus, dass der SOH noch ausreichend vom maximalen SOH entfernt ist, so kann der elektrische Energiespeicher weiter genutzt werden und es werden beispielsweise weitere Kilometer zur Nutzung für den Nutzer freigeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren startet dann von vorne. Stellt sich dabei heraus, dass der SOH dem maximalen SOH entspricht oder ihm unzulässig nahe kommt, so hat der elektrische Energiespeicher ausgedient und muss gegebenenfalls durch einen neuen elektrischen Energiespeicher ersetzt werden.In a sixth step S6 takes place after the warning message is issued to the driver that he can, for example, drive to a workshop. There the battery or the electrical energy storage device is checked. A detailed capacity determination is carried out for this purpose. If it turns out that the SOH is still sufficiently far from the maximum SOH, the electrical energy storage device can continue to be used and, for example, further kilometers are enabled for the user to use. The method according to the invention then starts from the beginning. If it turns out that the SOH corresponds to the maximum SOH or comes impermissibly close to it, the electrical energy storage device has had its day and may have to be replaced by a new electrical energy storage device.

2 zeigt ein schematisches elektrisches Arbeits-Kapazitätsdiagramm. Auf der Abszisse ist die elektrische Arbeit in Megawattstunden aufgetragen und auf der Ordinate ist die Kapazität in Prozent aufgetragen. Durch die Bezeichnung EOL ist insbesondere die End-of-Life-Kapazität des elektrischen Energiespeichers aufgetragen. Dies ist insbesondere durch die gestrichelte Linie 16 gezeigt. Durch die gepunktete Linie 18 ist insbesondere ein Sicherheitspuffer auf Basis einer Messtoleranzkapazität gezeigt. Durch die Linie 20 ist der Verlauf der Kapazität von einem Durchschnittskunden gezeigt. Durch die Linie 22 ist ein sogenanntes Worst-Case-Szenario für die Nutzung des Energiespeichers gezeigt. Ferner zeigt die 2 sogenannte Rekalibrierungswerte 24 und 26. Des Weiteren ist ein initialer Grenzwert 28 sowie rekalibrierte Grenzwerte 30, 32 gezeigt. 2 shows a schematic electrical work capacity diagram. The electrical work in megawatt hours is plotted on the abscissa and the capacity in percent is plotted on the ordinate. In particular, the end-of-life capacity of the electrical energy store is indicated by the designation EOL. This is particularly indicated by the dashed line 16 shown. By the dotted line 18th in particular, a safety buffer based on a measurement tolerance capacity is shown. Through the line 20th the course of the capacity of an average customer is shown. Through the line 22nd a so-called worst-case scenario for the use of the energy storage system is shown. Furthermore, the 2 so-called recalibration values 24 and 26th . There is also an initial limit value 28 as well as recalibrated limit values 30th , 32 shown.

Die 2 zeigt somit, dass im Betrieb durch die elektronische Recheneinrichtung 10 die Restkapazität nachgeführt werden kann. Insbesondere ist gezeigt, wie die Kapazität durch die normale Benutzung nach und nach abnimmt, was durch die Linie 20 gezeigt ist. Allerdings muss vorsorglich auch immer der Fall im Auge behalten werden, dass der elektrische Energiespeicher so genutzt wird, dass sie maximal gestresst wird und dabei maximal degradiert, was insbesondere durch das Worst-Case-Szenario dargestellt ist. Eine solche maximal stressende Benutzung kann nach jeder normalen Benutzung stattfinden, sodass dies durch die Rekalibrierungswerte 24, 26 gezeigt ist. Ferner wird sicherheitshalber ein Puffer vorgehalten, der Messtoleranzen bei der Bestimmung der Kapazität berücksichtigt. Die EOL-Kapazität, also die Kapazität des elektrischen Energiespeichers am Ende ihrer Einsatzfähigkeit im Kraftfahrzeug, entspricht dabei dem maximalen Alterungszustand oder dem maximalen SOH.The 2 thus shows that in operation by the electronic computing device 10 the remaining capacity can be tracked. In particular, it is shown how the capacity gradually decreases through normal use, which is indicated by the line 20th is shown. As a precaution, however, one must always keep an eye on the case that the electrical energy storage device is used in such a way that it is maximally stressed and maximally degraded, which is shown in particular by the worst-case scenario. Such maximum stressful use can take place after every normal use, so this is due to the recalibration values 24 , 26th is shown. Furthermore, a buffer is kept in reserve for the sake of security, the measurement tolerances for the Determination of the capacity taken into account. The EOL capacity, that is to say the capacity of the electrical energy storage device at the end of its usefulness in the motor vehicle, corresponds to the maximum state of aging or the maximum SOH.

Somit muss und kann der Grenzwert der EOL-Kapazität und somit auch der maximale SOH auf der Basis des Nutzungsverhaltens jeweils neu kalibriert, insbesondere rekalibriert, werden. Dies kann insbesondere auch als Nachführung bezeichnet werden. Dies ist insbesondere durch die Rekalibrierungswerte 24 und 26 gezeigt.The limit value of the EOL capacity and thus also the maximum SOH must and can therefore be recalibrated, in particular recalibrated, on the basis of usage behavior. This can in particular also be referred to as tracking. This is particularly due to the recalibration values 24 and 26th shown.

Insgesamt zeigt die Erfindung eine Abschaltung einer Hochvolt-Batterie wegen Zelldickenwachstums auf Basis einer Restkapazitätsschätzung.Overall, the invention shows a shutdown of a high-voltage battery due to cell thickness growth on the basis of an estimate of the remaining capacity.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1212
erstes mathematisches Modellfirst mathematical model
1414th
zweites mathematisches Modellsecond mathematical model
1616
End-of-Life-LinieEnd-of-life line
1818th
Sicherheitspuffer-LinieSafety buffer line
2020th
Durchschnittswert-LinieAverage line
2222nd
Worst-Case-LinieWorst case line
2424
RekalibrierungswertRecalibration value
2626th
RekalibrierungswertRecalibration value
2828
initialer Grenzwertinitial limit value
3030th
rekalibrierter Grenzwertrecalibrated limit value
3232
rekalibrierter Grenzwertrecalibrated limit value
S1S1
erster Schrittfirst step
S2S2
zweiter Schrittsecond step
S3S3
dritter SchrittThird step
S4S4
vierter Schrittfourth step
S5S5
fünfter Schrittfifth step
S6S6
sechster Schrittsixth step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2017/087807 A1 [0004]WO 2017/087807 A1 [0004]

Claims (5)

Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Alterungszustands eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (10) des elektrischen Energiespeichers, bei welchem mittels eines ersten mathematischen Modells (12) eine maximale Zellwachstumskraft mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) bestimmt wird, wobei die Zellwachstumskraft eine Kraft beschreibt, welche eine Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers aufgrund einer Alterung der Batteriezelle innerhalb eines Gehäuses des elektrischen Energiespeichers erzeugen darf, wobei im ersten mathematischen Modell (12) die maximale Zellwachstumskraft in Abhängigkeit von einem maximalen Alterungszustand beschrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Ladungsdurchsatz (∑Q) innerhalb der Batteriezelle mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) bestimmt wird, wobei mittels eines zweiten mathematischen Modells (14), welches den Zusammenhang zwischen dem Ladungsdurchsatz (∑Q) und dem Alterungszustand beschreibt, in Abhängigkeit von dem aktuellen Ladungsdurchsatz (∑Q) der aktuelle Alterungszustand bestimmt wird und der aktuelle Alterungszustand mit dem maximalen Alterungszustand mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) verglichen wird.A method for determining a current state of aging of an electrical energy store of an at least partially electrically operated motor vehicle by means of an electronic computing device (10) of the electrical energy store, in which a maximum cell growth force is determined by means of the electronic computing device (10) by means of a first mathematical model (12), wherein the cell growth force describes a force which a battery cell of the electrical energy store is allowed to generate due to the aging of the battery cell within a housing of the electrical energy store, the maximum cell growth force being described in the first mathematical model (12) as a function of a maximum state of aging, characterized in that a current charge throughput (∑Q) within the battery cell is determined by means of the electronic computing device (10), which by means of a second mathematical model (14) describes the relationship between the charge throughput (∑Q) and the aging condition, the current aging condition is determined as a function of the current charge throughput (∑Q) and the current aging condition is compared with the maximum aging condition using the electronic computing device (10). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Übereinstimmung des aktuellen Alterungszustands mit dem maximalen Alterungszustand ein Warnsignal für einen Nutzer mittels der elektronischen Recheneinrichtung (10) erzeugt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that if the current aging condition matches the maximum aging condition, a warning signal for a user is generated by means of the electronic computing device (10). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste mathematische Modell (12) und/oder das zweite mathematische Modell (14) experimentell vorgegeben werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the first mathematical model (12) and / or the second mathematical model (14) are predetermined experimentally. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Alterungszustand mit einem Sicherheitspuffer (18) vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum aging condition is specified with a safety buffer (18). Elektrischer Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einer Batteriezelle und mit zumindest einer elektronischen Recheneinrichtung (10), wobei der elektrische Energiespeicher zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.An electrical energy store for an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least one battery cell and with at least one electronic computing device (10), the electrical energy store for performing a method according to one of the Claims 1 to 4th is trained.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021118000A1 (en) 2021-07-13 2023-01-19 Audi Aktiengesellschaft Method for determining aging processes in a battery arrangement and computer program product and computer-readable data carrier
DE102022004267A1 (en) 2022-11-18 2024-05-23 Mercedes-Benz Group AG Method for determining a damage rate of a battery cell for an electrical energy storage device of a motor vehicle, method for determining an adjustable pressure, computer program product, computer-readable storage medium, electronic computing device and pressure regulating device

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