DE102020211988A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ladezustandsbestimmung einer Batterie in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie (41) eines Kraftfahrzeugs (4), mit folgenden Schritten:- Bereitstellen von Betriebsgrößen (F) einer Batterie (41);- Bereitstellen eines im Kraftfahrzeug (4) berechneten Ladezustands (SOCcalc) mithilfe eines Ladezustandsmodells (53), das einen berechneten Ladezustand (SOCcalc) abhängig von mindestens einem Batteriemodellparameter (R0, R1, C1) des Ladezustandsmodells (53) für die Batterie (41) angibt;- Ermitteln eines Referenz-Ladezustands (SOCref) mithilfe eines Referenz-Ladezustandsmodells (52) abhängig von den Betriebsgrößen (F), wobei das Referenz-Ladezustandsmodell (52) trainiert ist, um abhängig von den Betriebsgrößen (F) und insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Alterungszustand (SOH) den Referenz-Ladezustand (SOCref) anzugeben;- Durchführen einer Korrektur des mindestens einen Batteriemodellparameters abhängig von einem Unterschied zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOCref) und dem berechneten Ladezustand (SOCcalc), um den berechneten Ladezustand (SOCcalc) an den Referenz-Ladezustand (SOCref) anzugleichen.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft batteriebetriebene Maschinen, insbesondere Kraftfahrzeuge, wie Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, und weiterhin Maßnahmen zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie.
• Technischer Hintergrund
• Die Energieversorgung von elektrisch betreibbaren, batteriebetriebenen Maschinen, wie elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen erfolgt mithilfe einer Batterie als elektrischer Energiespeicher. Beim Betreiben eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs ist eine Angabe über den aktuellen Ladezustand der Batterie wesentlich. Zum einen benötigt der Fahrer oder ein Navigationssystem die Angabe über den aktuellen Ladezustand zum Einplanen eines eventuellen Stopps, um ggfs. einen Ladevorgang durchzuführen. Andererseits ist der Ladezustand für das Energiemanagement, insbesondere für die Durchführung einer Hybridstrategie in einem hybriden Antriebssystem, notwendig.
• In heutigen Batteriesteuergeräten ist neben den Funktionen zum Betreiben der Batterie auch ein Ladezustandsmodell hinterlegt, das es ermöglicht, den aktuellen Ladezustand aus einem aktuellen Batteriestrom, einer aktuellen Batteriespannung, einer aktuellen Batterietemperatur, einem Alterungszustand und dergleichen zu bestimmen. Zudem ist das Ladezustandsmodell mit einer Vielzahl von Parametern parametrisiert, die ggfs. auch eine zurückliegende Belastung der Batterie berücksichtigen können.
• Das Ladezustandsmodell weist als wesentliche Batteriemodellparameter eine Leerlaufspannung, einen Innenwiderstand sowie die Komponentenwerte eines oder mehrerer RC-Glieder, nämlich jeweils einen Parallelwiderstand und eine dazu parallel geschaltete Kondensatorkapazität, auf. Die Batteriemodellparameter hängen von dem Alterungszustand der Batterie ab. Die Berücksichtigung der Alterung der Batterie in dem entsprechenden Ladezustandsmodell ist derzeit nur ungenügend in Batteriesteuergeräten umgesetzt, auch weil der Alterungszustand derzeit fahrzeugintern nur mit unzureichender Genauigkeit angegeben werden kann.
• Offenbarung der Erfindung
• Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustands einer Batterie einer batteriebetriebenen Maschine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit zum Bereitstellen eines Referenz-Ladezustands, eines Verfahrens zum Betreiben einer batteriebetriebenen Maschine und entsprechenden Vorrichtungen gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
• Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Ladezustands einer Batterie einer Maschine mithilfe eines Ladezustandsmodells vorgesehen; mit folgenden Schritten:
• - Bereitstellen von Betriebsgrößen einer Batterie;
• - Bereitstellen eines in der Maschine berechneten Ladezustands mithilfe eines Ladezustandsmodells, das einen berechneten Ladezustand abhängig von mindestens einem Batteriemodellparameter des Ladezustandsmodells für die Batterie angibt;
• - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands mithilfe eines Referenz-Ladezustandsmodells abhängig von den Betriebsgrößen, wobei das Referenz-Ladezustandsmodell trainiert ist, um abhängig von den Betriebsgrößen und insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Alterungszustand, den Referenz-Ladezustand anzugeben;
• - Durchführen einer Korrektur des mindestens einen Batteriemodellparameters, abhängig von einem Unterschied zwischen einem Referenz-Ladezustand und dem berechneten Ladezustand, um den berechneten Ladezustand an den Referenz-Ladezustand anzugleichen.
• Für den Betrieb einer batteriebetriebenen Maschine mit einer Batterie ist eine Kenntnis des aktuellen Ladezustands der Batterie essenziell. Der Ladezustand ändert sich während des aktiven Betriebs durch Ladungsentnahme kontinuierlich, wobei die Art der Betriebsweise und der aktuelle Batteriezustand in nicht linearer Weise bestimmen, wie sich der Ladezustand der Batterie bei bestimmter Ladungsentnahme reduziert bzw. bei Ladungszunahme bei einem Ladevorgang oder bei einem Rekuperationsvorgang (Bremsenergierückgewinnung) vergrößert.
• Die Ermittlung des aktuellen Ladezustands erfolgt in der Regel mithilfe eines Ladezustandsmodells, das anhand von Betriebsgrößen der Batterie, wie beispielsweise einem aktuellen Batteriestrom, einer aktuellen Batterietemperatur und einer aktuellen Batteriespannung (Klemmenspannung), einen aktuellen Ladezustand der Batterie angibt. Der Ladezustand wird dabei in der Regel in einem prozentualen Anteil der maximalen Ladungskapazität bei vollständig aufgeladener Batterie angegeben. Die Batteriemodellparameter, mit deren Hilfe der Ladezustand bestimmt wird, umfassen insbesondere eine Leerlaufspannung einer Einzelzelle der Batterie, einen Innenwiderstandswert sowie einen Parallelwiderstandswert und eine Kondensatorkapazität eines oder mehrerer RC-Glieder. Die Batteriemodellparameter hängen wiederum von einem Alterungszustand der Batterie ab.
• Das Ladezustandsmodell dient dazu, anhand von aktuellen Betriebsgrößen, dem aktuellen Alterungszustand und Batteriemodellparametern einen aktuellen Ladezustand der Batterie zu ermitteln. Das Ladezustandsmodell ist basierend auf Messungen erstellt und implementiert. Der Alterungszustand der Batterie kann basierend auf einem vorgegebenen Alterungszustandsmodell aus Betriebsgrößen der Batterie abgeschätzt werden.
• Eine Bedatung des Ladezustandsmodells abhängig von den Batteriemodellparametern, die von dem Alterungszustand abhängen, und den aktuellen Betriebsgrößen, die den aktuellen Betriebszustand angeben, ist sehr aufwendig, insbesondere da auch die Ermittlung des Alterungszustands ein Alterungszustandsmodell erfordert, das ebenfalls aufwendig zu bedaten ist. Eine Implementierung in einem Batteriesteuergerät in einer Maschine ist somit sehr ressourcenintensiv. Zudem sind derartige Ladezustandsmodelle nur mit erheblichem Aufwand in ein Batteriesteuergerät einer Maschine zu implementieren, da die Temperatur und Alterungszustandsabhängigkeit wegen der hochdynamischen Lastübergänge und Rekuperationsvorgänge und auch das Relaxationsverhalten nur mit hohem Aufwand voll umfassend abbildbar sind.
• Das Ladezustandsmodell entspricht einem physikalisch basierten Batteriemodell, um einen aktuellen Ladezustand aus Betriebsgrößen wie der aktuellen Klemmenspannung, dem aktuellen Batteriestrom, der aktuellen Batterietemperatur und dem Alterungszustand der Batterie zuzuordnen.
• Das obige Verfahren sieht vor, das Ladezustandsmodell in einer batteriebetriebenen Maschine mithilfe eines zusätzlich bereitgestellten Referenz-Ladezustandsmodells zu korrigieren. Dazu wird der in der Maschine berechnete aktuelle Ladezustand mit einem mithilfe des Referenz-Ladezustandsmodells ermittelten aktuellen Ladezustand verglichen, um das Ladezustandsmodell der Maschine in geeigneter Weise zu korrigieren. Das Referenz-Ladezustandsmodell bildet insbesondere in Form eines mehrdimensionalen Kennfelds den Alterungszustand, die Batterietemperatur, die Batteriespannung und den Batteriestrom auf einen Referenz-Ladezustand ab. Das Referenz-Ladezustandsmodell ist besonders genau, da dieses mithilfe einer größeren Datenbasis erstellt werden kann, insbesondere basierend auf Flottendaten einer Vielzahl von batteriebetriebenen Maschinen.
• Ergibt sich eine Abweichung zwischen dem in der Maschine modellierten Ladezustand und dem ermittelten Referenz-Ladezustand, so ist eine Korrektur des Ladezustandsmodells erforderlich.
• Vorzugsweise ist das Referenzmodell maschinenextern in einer Zentraleinheit implementiert, so dass das Referenz-Ladezustandsmodell basierend auf Flottendaten einer Vielzahl von Maschinen bereitgestellt, trainiert und verbessert werden kann. Die Korrektur kann basierend auf einem Unterschied zwischen einem in einem teilstationären Betriebspunkt ermittelten Ladezustand und dem Referenz-Ladezustand erfolgen. Das Ladezustandsmodell basiert auf einem physikalischen Modell einer Batterieersatzschaltung, in der die Batteriemodellparameter der Leerlaufspannung, eines Serienwiderstandes sowie die Komponenten eines oder mehrerer RC-Glieder berücksichtigt werden.
• Eine Korrektur des darauf basierenden Ladezustandsmodells kann basierend auf einem Unterschied zwischen einem mit dem Ladezustandsmodell modellierten Ladezustand und einem mit dem Referenz-Ladezustandsmodell modellierten Referenz-Ladezustand durchgeführt werden. Die Korrektur erfolgt vorzugsweise so, dass lediglich der Serienwiderstand angepasst wird und weiterhin die übrigen Modellparameter so angepasst werden, dass sich ein stetiger und zeitlich differenzierbarer Verlauf des modellierten Ladezustands ergibt.
• Der mindestens eine Batteriemodellparameter kann einen Serienwiderstand einer Batterieersatzschaltung der Batterie umfassen, wobei insbesondere nur der Serienwiderstand korrigiert wird.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Korrektur durchgeführt wird, indem mehrere Unterschiede zwischen dem Referenz-Ladezustand und dem berechneten Ladezustand ermittelt werden, wobei das Referenz-Ladezustandsmodell maschinenextern in einer Zentraleinheit implementiert ist und die Betriebsgrößen der Batterie von einer betreffenden Maschine an die Zentraleinheit übermittelt werden.
• Der Referenz-Ladezustand kann an die Maschine übermittelt werden oder ein Triggersignal, das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand und einem berechneten Ladezustand ermittelt wird.
• Gemäß einer Ausführungsform kann die Korrektur basierend auf einem berechneten Ladezustand durchgeführt werden, der mit Betriebsgrößen während eines statischen Betriebs der Batterie ermittelt wird, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht.
• Es kann vorgesehen sein, dass der Alterungszustand mithilfe eines Alterungszustandsmodells in einer Zentraleinheit ermittelt wird und abhängig von Verläufen von Betriebsgrößen einen Alterungszustand bereitstellt, der in dem Referenz-Ladezustandsmodell zur Ermittlung des Referenz-Ladezustands berücksichtigt wird.
• Weiterhin kann die Korrektur durchgeführt werden, indem eine Kennlinie, die den Serienwiderstand abhängig von dem Ladezustand abbildet, abhängig von dem Unterschied zwischen dem Ladezustand und dem Referenz-Ladezustand korrigiert wird.
• Das Referenz-Ladezustandsmodell kann sukzessive präzisiert werden, indem die Korrekturen des mindestens einen Batteriemodellparameters an die Zentraleinheit übermittelt und aufgezeichnet werden, wobei basierend auf den Korrekturen einer Vielzahl von Maschinen systematische Abweichungen des Referenz-Ladezustandsmodell korrigiert werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit zum Bereitstellen eines Referenz-Ladezustands für eine Batterie einer batteriebetriebenen Maschine, insbesondere für das obige Verfahren, vorgesehen, mit folgenden Schritten:
• - Empfangen von Betriebsgrößen einer Batterie;
• - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands der Batterie mit einem vorgegebenen Referenz-Ladezustandsmodell basierend auf den Betriebsgrößen der Batterie;
• - Übermitteln des Referenz-Ladezustands an die Maschine oder Übermitteln eines Triggersignals, das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand und eines vom Kraftfahrzeug empfangenen berechneten Ladezustands ermittelt wird, an die Maschine.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer batteriebetriebenen Maschine zum Ermitteln eines berechneten Ladezustands einer Batterie in der Maschine vorgesehen, mit folgenden Schritten:
• - Ermitteln eines berechneten Ladezustands mithilfe eines Ladezustandsmodells abhängig von Betriebsgrößen der Batterie, wobei die Betriebsgrößen während eines statischen Betriebs der Batterie ermittelt werden, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht;
• - Korrigieren mindestens eines Batteriemodellparameters des Ladezustandsmodells abhängig von einem Unterschied zwischen einem empfangenen Referenz-Ladezustand und dem berechneten Ladezustand;
• - Ermitteln eines berechneten Ladezustands abhängig von dem korrigierten Ladezustandsmodell.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie einer Maschine vorgesehen, wobei das System eine Vielzahl von Maschinen und eine Zentraleinheit aufweist, wobei das System ausgebildet ist zum:
• - Bereitstellen von Betriebsgrößen einer Batterie;
• - Bereitstellen eines in der Maschine berechneten Ladezustands mithilfe eines Ladezustandsmodells, das einen berechneten Ladezustand abhängig von mindestens einem Batteriemodellparameter des Ladezustandsmodells für die Batterie angibt;
• - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands mithilfe eines Referenz-Ladezustandsmodells in der Zentraleinheit abhängig von den Betriebsgrößen, wobei das Referenz-Ladezustandsmodell trainiert ist, um abhängig von den Betriebsgrößen und insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Alterungszustand den Referenz-Ladezustand anzugeben;
• - Durchführen einer Korrektur des mindestens einen Batteriemodellparameters abhängig von einem Unterschied zwischen dem Referenz-Ladezustand und dem berechneten Ladezustand, um den berechneten Ladezustand an den Referenz-Ladezustand anzugleichen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Datenverarbeitungseinheit in einer Zentraleinheit, zum Bereitstellen eines Referenz-Ladezustands für eine Batterie einer batteriebetriebenen Maschine vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum
• - Empfangen von Betriebsgrößen einer Batterie;
• - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands der Batterie mit einem Referenz-Ladezustandsmodell basierend auf den Betriebsgrößen der Batterie;
• - Übermitteln des Referenz-Ladezustands an das Kraftfahrzeug oder Übermitteln eines Triggersignals, das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand und einem vom Kraftfahrzeug empfangenen, berechneten Ladezustands ermittelt wird, an das Kraftfahrzeug.
• Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit in einem Kraftfahrzeug, zum Ermitteln eines berechneten Ladezustands einer Batterie in dem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:
• - Ermitteln eines berechneten Ladezustands mithilfe eines Ladezustandsmodells abhängig von Betriebsgrößen der Batterie, wobei die Betriebsgrößen während eines statischen Betriebs der Batterie ermittelt werden, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht;
• - Korrigieren mindestens eines Batteriemodellparameters des Ladezustandsmodells abhängig von einem Unterschied zwischen einem empfangenen Referenz-Ladezustand und dem berechneten Ladezustand;
• - Ermitteln eines berechneten Ladezustands abhängig von dem korrigierten Ladezustandsmodell.
• Figurenliste
• Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Bereitstellen eines Ladezustands in einem Kraftfahrzeug mithilfe einer Zentraleinheit basierend auf Flottendaten einer Fahrzeugflotte;
• 2 eine schematische Funktionsblockdarstellung eines Ablaufs zum Ermitteln eines Ladezustands einer Batterie mithilfe eines Ladezustandsmodells und einer Korrekturfunktion;
• 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines in einer Zentraleinheit ausgeführten Verfahrens zum Korrigieren eines Ladezustandsmodells zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie;
• 4 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines in einem Kraftfahrzeug ausgeführten Verfahrens zum Durchführen einer Korrektur des Ladezustandsmodells für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug mit einer Korrektur-Kennlinie;
• 5 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf eines Batteriestroms zur Veranschaulichung eines Zeitraums, in dem eine aktuelle Batteriespannung der Batterie für die Ermittlung des Ladezustands erfasst werden kann;
• 6 Verläufe des Serienwiderstands des Batteriemodells abhängig von dem Ladezustand vor bzw. nach der Korrektur und
• 7a und 7b Histogramme von in der Zentraleinheit gesammelten Korrektureingriffen vor und nach der Verbesserung des Referenz-Ladezustandsmodells.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Fahrzeugbatterien als Batterie in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen als batteriebetriebene Maschinen beschrieben. In den Kraftfahrzeugen kann in einer Steuereinheit ein Ladezustandsmodell für die jeweilige Batterie implementiert sein. Das Ladezustandsmodell kann mithilfe einer Zentraleinheit kontinuierlich basierend auf Betriebsgrößen der Fahrzeugbatterien aus der Fahrzeugflotte aktualisiert bzw. umparametriert werden.
• Das obige Beispiel steht stellvertretend für eine Vielzahl von stationären oder mobilen Maschinen mit netzunabhängiger Energieversorgung, wie beispielsweise Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge, Pedelecs usw.), Anlagen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte, IOT-Geräte und dergleichen, die über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. LAN, Internet) mit einer Zentraleinheit (Cloud) in Verbindung stehen.
• 1 zeigt ein System 1 mit einer Zentraleinheit 2, die in Kombinationsverbindung mit einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen 4 einer Fahrzeugflotte 3 stehen. Eines der Kraftfahrzeuge 4 ist stellvertretend für die anderen Kraftfahrzeuge in 1 detaillierter dargestellt.
• Die Kraftfahrzeuge 4 weisen jeweils eine Batterie 41 als wiederaufladbaren, elektrischen Energiespeicher, einen elektrischen Antriebsmotor 42 und eine Steuereinheit 43 auf, die gemeinsam ein Antriebssystem ausbilden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
• Die Steuereinheit 43 ist mit einem Kommunikationsmodul 44 verbunden, das geeignet ist, Daten zwischen dem jeweiligen Kraftfahrzeug 4 und der Zentraleinheit 2 (einer sogenannten Cloud) zu übertragen. Betriebsgrößen der Batterie werden mithilfe einer Sensorik 45 in an sich bekannter Weise erfasst.
• Die Zentraleinheit 2 weist eine Datenverarbeitungseinheit 21, in der das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, und eine Datenbank 22 zum Speichern von Alterungszustandsverläufen von Batterien 41 einer Vielzahl von Fahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 auf.
• Die Betriebsgrößen geben zumindest Größen an, von denen der Alterungszustand der Batterie abhängt. Die Betriebsgrößen F können einen Verlauf des Batteriestroms, einen Verlauf der Batteriespannung (Klemmenspannung), einen Verlauf der Batterietemperatur und einen Verlauf des Ladezustands angeben. Die Betriebsgrößen F umfassen immer auch die aktuellen Werte des Batteriestroms, der Batteriespannung und der Batterietemperatur. Die Betriebsgrößen F werden in einem schnellen Zeitraster von 2 bis 100 Hz erfasst und können in unkomprimierter und/oder komprimierter Form regelmäßig an die Zentraleinheit übertragen werden. Beispielsweise können die Zeitreihen im Abstand von 10 min bis zu mehreren Stunden blockweise an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
• Aus den Betriebsgrößen F können in der Zentraleinheit 2 oder in anderen Ausführungsformen auch bereits in den jeweiligen Kraftfahrzeugen 4 Betriebsmerkmale generiert werden, die sich auf einen Auswertungszeitraum beziehen. Die Betriebsmerkmale dienen der Bestimmung eines Alterungszustands. Diese werden jeweils für aufeinander folgende Auswertungszeiträume von wenigen Stunden (z. B. sechs Stunden) bis zu mehreren Wochen (z. B. einen Monat) ermittelt. Ein üblicher Wert für den Auswertungszeitraum beträgt eine Woche.
• Die Betriebsmerkmale können beispielsweise auf den Auswertungszeitraum bezogene Merkmale und/oder akkumulierte Merkmale und/oder über die gesamte bisherige Lebensdauer ermittelte statistische Größen umfassen. Insbesondere können die Betriebsmerkmale beispielsweise umfassen: Histogrammdaten über den Ladezustandsverlauf, der Temperatur, der Batteriespannung, des Batteriestroms, insbesondere Histogrammdaten bezüglich der Batterietemperaturverteilung über dem Ladezustand, der Ladestromverteilung über der Temperatur und/oder der Entladestromverteilung über der Temperatur, die akkumulierte Gesamtladung (Ah), eine durchschnittliche Kapazitätszunahme bei einem Ladevorgang (insbesondere für Ladevorgänge, bei denen die Ladungszunahme über einem Schwellenanteil (z. B. 20 %) der gesamten Batteriekapazität liegt), ein Maximum der differenziellen Kapazität (dQ/dU: Ladungsänderung dividiert durch Änderung der Batteriespannung) und weitere.
• In der Zentraleinheit 2 kann ein Alterungszustandsmodell vorgesehen sein, das kennlinienbasiert, physikbasiert oder datenbasiert erstellt ist. Das Alterungszustandsmodell kann Betriebsmerkmalspunkte auswerten und diese können einen Alterungszustand der jeweiligen Batterie eines bestimmten Fahrzeugs der Fahrzeugflotte ermitteln.
• In 2 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Funktion, die in dem System 1 mit der Zentraleinheit 2 und dem jeweiligen Fahrzeug 4 der Fahrzeugflotte 3 ausgeführt wird, näher veranschaulicht. 3 zeigt entsprechend ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens, das in der Zentraleinheit 2 des Systems 1, insbesondere in der Datenverarbeitungseinheit 21, ausgeführt wird. 4 zeigt den Teil des Verfahrens, der in dem Kraftfahrzeug, insbesondere in der Steuereinheit 43, ausgeführt wird. Im Folgenden wird das Verfahren zur Ermittlung eines Ladezustands beispielhaft für ein Kraftfahrzeug 4 der Fahrzeugflotte 3 näher beschrieben.
• In Schritt S1 werden die Betriebsgrößen F der Batterie 41, wie zuvor beschrieben, an die Zentraleinheit 2 übermittelt und dort empfangen. Ferner wird ein aktueller, im betreffenden Kraftfahrzeug 4 berechneter Ladezustand SOC_calc übertragen.
• Die Betriebsgrößen F werden in Schritt S2 zu Betriebsmerkmalen zusammengefasst. Betriebsgrößen F und/oder Betriebsmerkmale werden anschließend in dem physikalisch basierten oder datenbasierten Alterungszustandsmodell 51 in der Zentraleinheit 2 verarbeitet, um den aktuellen Alterungszustand SOH zu erhalten.
• Der Alterungszustand (SOH: State of Health) ist eine Schlüsselgröße zur Angabe einer verbleibenden maximalen Batteriekapazität oder verbleibenden maximalen Batterieladung. Diese dient zur Ermittlung des Ladezustands, der üblicherweise als prozentualer Anteil der maximalen Batterieladung angegeben wird. Der Alterungszustand kann als Kapazitätserhaltungsrate (Capacity Retention Rate, SOH-C) oder als Anstieg des Innenwiderstands (SOH-R) angegeben werden. Die Kapazitätserhaltungsrate SOH-C ist als Verhältnis der gemessenen, momentanen Kapazität zu einer Anfangskapazität der vollständig aufgeladenen Batterie angegeben. Die relative Änderung des Innenwiderstands SOH-R steigt mit zunehmender Alterung der Batterie an. Der Alterungszustand kann entsprechend als SOH-C oder SOH-R bereitgestellt werden.
• Der so modellierte Alterungszustand SOH der Batterie 41 sowie die von dem bestimmten Kraftfahrzeug 4 empfangenen Betriebsgrößen F werden in Schritt S3 einem Referenz-Ladezustandsmodell 52 zugeführt, das einen Referenz-Ladezustand SOC_ref ausgibt. Das Referenz-Ladezustandsmodell 52 wird insbesondere fahrzeugextern in der Zentraleinheit 2 ausgeführt und kann basierend auf Flottendaten erstellt sein und ggfs. kontinuierlich basierend auf Flottendaten verbessert werden.
• Weiterhin kann der so modellierte Alterungszustand SOH an das Kraftfahrzeug 4 übermittelt werden und ersetzt dort einen mit einem ungenaueren Alterungszustandsmodell ermittelbaren Alterungszustand.
• Das Referenz-Ladezustandsmodell 52 ermöglicht die Abbildung des aktuellen Batteriestroms, der aktuellen Batterietemperatur, der aktuellen Klemmenspannung und des in Schritt S2 ermittelten Alterungszustands SOH auf einen Referenz-Ladezustand SOC_ref.
• Das Referenz-Ladezustandsmodell 52 wird beispielsweise in Form einer Lookup-Tabelle oder eines Kennfelds dargestellt und beispielsweise aus im Labor durchgeführten Messungen und Onlineberechnungen für die Batterie unter kontrollierten Bedingungen ermittelt. Hier kann insbesondere die tatsächlich in der Batterie gespeicherte bzw. daraus entnommene Energie exakt bestimmt werden und einem Referenz-Ladezustand zugewiesen werden. Insbesondere kann nach jeder vollständigen Entladung der Batterie eine Alterungszustandsbestimmung durchgeführt werden, um das Ladezustandsmodell möglichst genau zu trainieren. Durch eine Variation der Batterieströme und der Batterietemperatur kann so das Referenz-Ladezustandsmodell bedatet werden.
• Das Alterungszustandsmodell 51 und das Referenz-Ladezustandsmodell 52 sind vorzugsweise in der Zentraleinheit 2 implementiert. Dies hat den Vorteil, dass diese regelmäßig oder kontinuierlich insbesondere basierend auf Flottendaten aktualisiert werden können.
• In Schritt S4 wird überprüft, ob eine Abweichung zwischen dem Referenz-Ladezustand SOC_ref und dem von dem betreffenden Kraftfahrzeug 4 übermittelten berechneten Ladezustand SOC_calc, insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert, aufgetreten ist. Wird eine Abweichung zwischen dem Referenz-Ladezustand SOC_ref und dem berechneten Ladezustand SOC_calc festgestellt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S5 eine Korrektur in dem Kraftfahrzeug ausgelöst, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
• Nachfolgend wird das Verfahren zur Durchführung einer Korrektur der Ermittlung des Ladezustands im Kraftfahrzeug 4 beschrieben.
• Dazu wird in Schritt S11 ein Ladezustandsmodell 53 im Kraftfahrzeug 4 kontinuierlich betrieben, um im Kraftfahrzeug 4 für nachfolgende Fahrzeugfunktionen den aktuellen berechneten Ladezustand SOC_calc bereitzustellen. Gleichermaßen werden die aktuellen Betriebsgrößen F sowie der aktuelle berechnete Ladezustand SOC_calc an die Zentraleinheit 2 übertragen.
• Das Ladezustandsmodell umfasst ein Batteriemodell und ein Zuordnungsmodell. Das Batteriemodell dient dazu, anhand von Batteriemodellparametern, die Parametern von Komponenten einer Batterieersatzschaltung entsprechen, eine modellierte Leerlaufspannung abhängig von einer aktuellen Batteriespannung U der Batterie 41 (Klemmenspannung), einem aktuellen Batteriestrom I , einer aktuellen Batterietemperatur T und abhängig von einem Alterungszustand SOH zu modellieren.
• Das Zuordnungsmodell ist in der Regel als ein vorgegebenes Kennfeld implementiert und dient dazu, der modellierten Leerlaufspannung abhängig von einem Alterungszustand SOH der Batterie 41 und der aktuellen Batterietemperatur T einen aktuellen berechneten Ladezustand SOC_calc zuzuordnen.
• Bei der Ermittlung der modellierten Leerlaufspannung werden die Batteriemodellparameter abhängig vom aktuellen (zuletzt ermittelten) Ladezustand SOC_calc und dem Alterungszustand SOH entsprechend vorgegebener Kennfelder bestimmt.
• Das im Fahrzeug 4 implementierte Ladezustandsmodell 53 nutzt die Betriebsgrößen F, insbesondere die aktuelle Batteriespannung U, den aktuellen Batteriestrom I, den aktuellen Alterungszustand SOH und ermittelt in Schritt S12 einen aktuellen Ladezustand SOC_calc. Der aktuelle Alterungszustand SOH kann fahrzeugintern mithilfe eines entsprechenden, fahrzeugintern implementierten Alterungszustandsmodells 53 ermittelt oder von der Zentraleinheit 2 empfangen werden. Das Alterungszustandsmodell 53 in der Zentraleinheit 2 kann basierend auf Flottendaten eine präzisere Ermittlung des Alterungszustands SOH der Batterie 41 vornehmen. Die Ermittlung des aktuellen Ladezustands SOC_calc mithilfe des Ladezustandsmodells 53 entspricht in der Regel einem Standardmodell und ist mit einer relativ hohen Ungenauigkeit behaftet. Dadurch wird der berechnete aktuelle Ladezustand SOC_calc ungenau.
• In Schritt S13 wird der modellierte Ladezustand SOC_calc einer weiteren Fahrzeugfunktion 56 zugeführt. Die weitere Fahrzeugfunktion kann eine Navigationsfunktion, z.B. zum Einplanen eines eventuellen Stopps, um ggfs. einen Ladevorgang durchzuführen, eine Energiemanagementfunktion, insbesondere für die Durchführung einer Hybridstrategie in einem hybriden Antriebssystem, oder eine einfache Anzeigefunktion zum Informieren des Fahrers über den aktuellen Ladezustand SOC oder über eine daraus ermittelbare Restreichweite umfassen.
• In Schritt S14 wird überprüft, ob ein teilstationärer Zustand der Batterie 41 vorliegt. Dies kann durch Überwachen des Verlaufs des Batteriestroms erkannt werden. Ist der Batteriestrom für eine vorbestimmte Zeitdauer konstant oder bewegt sich innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, z. B. ± 5 %, wie es beispielsweise bei längeren Autofahrten oder Überlandfahrten der Fall sein kann, und überschreitet die vorbestimmte Zeitdauer eine applizierte, vorgegebene Mindestzeitdauer von z. B. 30 s, so wird das Verfahren (Alternative: Ja) mit Schritt S15 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S11 zurückgesprungen. Die vorgegebene Mindestzeitdauer stellt sicher, dass als Batteriespannung eine relaxierte Batteriespannung gemessen wird, mit der der aktuelle Ladezustand zuverlässiger ermittelt werden kann.
• In 5 ist beispielhaft ein Verlauf des Batteriestroms über mehrere Lade- und Entladephasen dargestellt. Die geeigneten Zeitpunkte t1, t2, t3, t4, t5 und t6 zur Korrektur des Ladezustandsmodells ergeben sich, wenn der Verlauf des Batteriestroms einen Toleranzbereich B um einen konstanten Strombetrag nach oben oder unten verlässt und die Dauer, während sich der Batteriestrom innerhalb dieses Toleranzbereichs B befindet, größer als die vorgegebene Mindestzeitdauer ist, da in diesen Fällen von einem transienten Verhalten ausgegangen werden kann.
• Auch während einer CC-Ladephase (Konstantstrom) der Batterie 41 kann die Spannung fortlaufend gemessen werden, da die Schwankungsbreite dort sehr gering ist, da das Aufladen bei einem geregelten, konstanten Strom erfolgt. Dadurch ergeben sich viele Messpunkte für die Korrektur des Ladezustands gemäß diesem Verfahren.
• Somit kann jedes Mal, wenn der teilstationäre Betrieb mit einem nahezu konstanten Stromverlauf für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer verlassen wird, eine Korrektur vorgenommen werden. Auch gegen Ende einer CV-Phase - Laden mit einer konstanten Ladespannung, um die Batterie vollständig aufzuladen - variiert der Ladestrom nur sehr wenig und liegt innerhalb eines schmalen Toleranzbereichs, sodass auch hier der aktuelle modellierte Ladezustand SOC_calc mit dem Referenz-Ladezustand SOC_ref des Referenz- Ladezustandsmodells 52 abgeglichen werden kann.
• In Schritt S15 wird der modellierte Ladezustand SOC_calc an die Zentraleinheit 2 übermittelt. Dort wird somit, wie zuvor in Verbindung mit 3 beschrieben, eine Überprüfung durchgeführt, ob eine Korrektur des Ladezustandsmodells 53 erforderlich ist.
• In Schritt S16 wird überprüft, ob ein Triggersignal zur Korrektur des Ladezustandsmodells empfangen worden ist. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S17 fortgesetzt, andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S11 zurückgesprungen.
• In Schritt S17 wird das Ladezustandsmodell 53 mithilfe eines Korrekturblocks 55 korrigiert. In dem Korrekturblock 55 wird eine Korrektur des Batteriemodells durchgeführt.
• Das Ladezustandsmodell nutzt in der Regel eine Batterieersatzschaltung und die Betriebsgrößen der aktuellen Batteriespannung (Klemmenspannung), des aktuellen Batteriestroms und einer aktuellen Batterietemperatur, um eine modellierte Leerlaufspannung Uocv zu bestimmen. Die Batterieersatzschaltung umfasst als Batteriemodellparameter einen Serienwiderstand R0 sowie einen weiteren Widerstand und eine Kapazität eines oder mehrerer RC-Glieder R1, C1, R2, C2..., wobei die Batteriemodellparameter von der Batterietemperatur T, von dem aktuellen Ladezustand SOC_calc und insbesondere vom Alterungszustand SOH der Batterie abhängig sind. Insbesondere hochdynamische Lastübergänge können durch Batteriemodellparameter R2, C2, ... von mehreren RC-Gliedern präziser berücksichtigt werden.
• Dadurch ergeben sich Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des modellierten Ladezustands SOC_calc im Fahrzeug im Bereich einiger Prozent. Bei einer Reichweitenbestimmung wird diese Ungenauigkeit berücksichtigt, was zu einer reduzierten geschätzten Reichweite führt. Auch kann sich durch die Ungenauigkeit des Ladezustandsmodells 53 die Ladedauer verlängern, um einen bestimmten Mindestladezustand zu erreichen.
• Diese Batteriemodellparameter sind so anzupassen, dass aus der gemessenen Batteriespannung, dem konstanten Batteriestrom und der Batterietemperatur eine modellierte Leerlaufspannung ermittelt wird. Dies erfolgt entsprechend den Zeitpunkten, zu denen eine Korrektur ausgelöst wird. Die präzisen Batteriemodellparameter sind relevant für die Berechnung des Ladezustands, aber auch für die Berechnung von Limits für die Entlade- und Ladeschlussspannung, von Limits für die Tiefentladung und dergleichen.
• Die Impedanz der Batterie gemäß der Batterieersatzschaltung, d. h. der Serienverschaltung des Serienwiderstandes R₀ und einem oder mehreren RC-Gliedern mit den Widerständen R1 und C1, ergibt sich wie folgt: $$Z=\sqrt{R{0}^2+{\left(\frac{R1}{\sqrt{{\left(1+\left(\omega R1C\right)\right)}^2}}\right)}^2}$$

  
• Bei konstanter Strombelastung vereinfacht sich die Formel zu: $$Z=\sqrt{R{0}^2-R{1}^2}$$

  
• Die Batteriespannung U wird neben der Leerlaufspannung U_ocv durch die beiden Widerstandswerte R0, R1 und den Batteriestrom I maßgeblich bestimmt. Da der Einfluss des Serienwiderstands R₀ bei stationärer Strombelastung dominant ist und der Widerstand des RC-Glieds sich mehr im dynamischen Verhalten auswirkt, stellt sich somit kein überdimensioniertes Gleichungssystem ein, um die Größe R0 zu bestimmen. Es wird zur Korrektur also vorrangig der Serienwiderstand R0 korrigiert.
• Die Anpassung des Serienwiderstands R0 erfolgt durch eine punktuelle Korrektur in Form eines Offsets mit einer Korrekturgröße K zum entsprechenden aktuellen Alterungszustand SOC_calc. Das Kennfeld, das den Serienwiderstand über dem berechneten Ladezustand SOC_calc abbildet, wird zudem so geändert, dass der weitere Verlauf des Serienwiderstandes R0 an die Korrektur angepasst wird. Da eine sprungförmige Änderung in der Realität nicht vorkommen kann, wird die Kennlinie, die den Serienwiderstand R0 über dem Ladezustand abbildet, an eine neue Widerstandskurve durch einen fest vorgegebenen Stützwert (bei SOC = 100 %) und den bei dem aktuellen Ladezustand SOC_calc zum Korrekturzeitpunkt t_Korr ermittelten korrigierten Serienwiderstand R₀ angefittet, sodass sich ein korrigierter Verlauf des Serienwiderstands R₀ über dem Ladezustand SOC_calc ergibt. Dieser Verlauf bleibt durch das Anfitten monoton, sodass keine Sprünge bei der Berechnung des Ladezustands SOC_calc auftreten.
• Dies ist beispielsweise anhand des Diagramms der 6 dargestellt. Das Diagramm zeigt die Verläufe K1, K2 des Serienwiderstands R0 über dem Ladezustand vor bzw. nach der Korrektur. Man erkennt die Verschiebung der Kurve des Serienwiderstands R0, sodass der Wert bei einem Ladezustand von 100% unverändert bleibt. Die Verschiebung von R0 ist so gewählt, dass der Ladezustandsverläufe
• Das Referenz-Ladezustandsmodell 52 kann ebenfalls im Rahmen des oben beschriebenen Verfahrens sukzessive präzisiert werden. Hierzu werden sämtliche Korrektureingriffe für die Korrektur der Ladezustandsberechnung im Kraftfahrzeug 4 für alle Fahrzeuge der Fahrzeugflotte 3 entsprechend an die Zentraleinheit 2 übermittelt und dort aufgezeichnet. Basierend auf den gespeicherten Korrektureingriffen kann beispielsweise ein Histogramm der Höhe der Korrektureingriffe entsprechend ihren Häufigkeiten erstellt werden, wie es z. B. in 7a gezeigt ist. Das Histogramm gibt Häufigkeiten (in Anzahl) von Fällen an, in denen eine Korrektur innerhalb eines vorgegebenen Residuenbereichs liegt. Der Bereich möglicher Residuen ist dafür in Residuenbereiche unterteilt.
• Da sämtliche Betriebsgrößen F und Korrekturgrößen K der Vergangenheit in Form von Residuen an die Zentraleinheit 2 übermittelt werden, kann nun über die Optimierung der Modellparameter des Referenz-Ladezustandsmodells 52 das Modell ermittelt werden, das die Beobachtung am besten erklärt und so die Residuen minimiert. Das Minimieren der Residuen erfolgt durch Anpassen der Modellparameter so, dass wie in 7b gezeigt, die Residuen im Mittel minimiert werden.
• Man erkennt, dass die Modelloptimierung dazu führen kann, dass der Erwartungswert der vergangenen Beobachtungsfehler (Residuen) an den Wert 0 rückt. Das heißt, ein systematischer Modellfehler wird a posteriori minimiert oder sogar beseitigt. Weiterhin wird die Unsicherheit der Beobachtungen minimiert, weil die Spreizung, d. h. die Standardabweichung, eines erstellten Histogramms der Verteilung der Residuen minimiert wird. Dadurch können im laufenden Betrieb der Fahrzeugflotte 3 die Modellparameter des Referenz-Ladezustandsmodells 52 nachträglich oder fortlaufend gefittet werden.
• Die dynamische Anpassung der Modellparameter des Referenz-Ladezustandsmodells 52 kann anhand von datenbasierten Modellen, wie beispielsweise Gauß-Prozesse oder ARIMA-Modelle, durchgeführt werden, um lineare Trends und Periodizität in den Modellparametern abbilden zu können.
• Nach einer Parametrierung (a Posteriori) des Referenz-Alterungszustandsmodells 52 für die Fahrzeugflotte 3 (mit dem Ziel der Minimierung des Residuums) ergeben sich neben Trends in Modellparametern auch gewisse saisonale Abhängigkeiten, z.B. ist das Referenz-Alterungszustandsmodell 52 generell temperaturabhängig. Sowohl die Trends von Modellparametern als auch die saisonale, d.h. tageszeitabhängige bzw. datumsabhängige Abhängigkeit des Referenz-Alterungszustands von der Temperatur kann durch Berücksichtigung von Flottendaten und datenbasierte Modelle erkannt und „herausgelernt“ werden.
• Hierzu kann z.B. ein (Autoregressive Integrated Moving Average =) ARIMA-Modell auf historischen Daten trainiert (und z.B. auf anderen historischen Daten getestet) werden, sodass mithilfe von Big Data z.B. die Temperaturabhängigkeit des Alterungszustands über ein datenbasiertes Korrekturmodell gelernt wird, mit dem Ziel das Optimierungsproblem der Residuen-Minimierung bestmöglich zu lösen. Somit kann aus der Vergangenheit durch Schwarmintelligenz der Fahrzeugflotte die Modellierung des Referenz-Alterungszustands immer genauer erfolgen.
• Durch die zuvor beschriebene durchgeführte Korrektur des Referenz-Ladezustandsmodells 52 kann selbst bei einem anfänglich nur ungenau vorgegebenen Ladezustandsmodell im Kraftfahrzeug bei Vorhandensein eines genauen bzw. sich ständig verbessernden Referenz-Ladezustandsmodells in der Zentraleinheit 2 somit zu präziseren Ladezustandsermittlungen im Fahrzeug führen, ohne dass eine Neuparametrierung der Batteriemodellparameter für das Ladezustandsmodell 53 erforderlich ist.
• Der berechnete Ladezustand SOC_calc der Batterie kann fahrzeugintern in einem nicht flüchtigen Speicher abgespeichert werden, so dass dieser zur Initialisierung des beschriebenen Verfahrens bei einem Neustart des Batteriesystems verwendet werden kann. Dadurch geht ein aktueller und sehr genauer Wert des Ladezustands nicht verloren und steht beim Neustart des Verfahrens wieder zur Verfügung. Dies erhöht die Genauigkeit der Ladezustandsbestimmung im Fahrzeug.

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie (41) eines Kraftfahrzeugs (4), mit folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) von Betriebsgrößen (F) einer Batterie (41); - Bereitstellen eines im Kraftfahrzeug (4) berechneten Ladezustands (SOC_calc) mithilfe eines Ladezustandsmodells (53), das einen berechneten Ladezustand (SOC_calc) abhängig von mindestens einem Batteriemodellparameter (R0, R1, C1) des Ladezustandsmodells (53) für die Batterie (41) angibt; - Ermitteln (S3) eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) mithilfe eines Referenz-Ladezustandsmodells (52) abhängig von den Betriebsgrößen (F), wobei das Referenz-Ladezustandsmodell (52) trainiert ist, um abhängig von den Betriebsgrößen (F) und insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Alterungszustand (SOH) den Referenz-Ladezustand (SOC_ref) anzugeben; - Durchführen (S4, S5) einer Korrektur des mindestens einen Batteriemodellparameters abhängig von einem Unterschied zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und dem berechneten Ladezustand (SOC_calc), um den berechneten Ladezustand (SOC_calc) an den Referenz-Ladezustand (SOC_ref) anzugleichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Batteriemodellparameter einen Serienwiderstand (R0) einer Batterieersatzschaltung der Batterie (41) umfasst, wobei insbesondere nur der Serienwiderstand (R0) korrigiert wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Korrektur durchgeführt wird, indem mehrere Unterschiede zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und dem berechneten Ladezustand (SOC_calc) ermittelt werden, wobei das Referenz-Ladezustandsmodell (52) fahrzeugextern in einer Zentraleinheit (2) implementiert ist und die Betriebsgrößen (F) der Batterie (41) von einem betreffenden Kraftfahrzeug (4) an die Zentraleinheit (2) übermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Referenz-Ladezustand (SOC_ref) an das Kraftfahrzeug (4) übermittelt wird oder ein Triggersignal (TR), das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und einem berechneten Ladezustand (SOC_calc) ermittelt wird, an das Kraftfahrzeug (4) übermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Korrektur basierend auf einem berechneten Ladezustand (SOC_calc) durchgeführt wird, der mit Betriebsgrößen (F) während eines statischen Betriebs der Batterie (41) ermittelt wird, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie (41) bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Alterungszustand mithilfe eines Alterungszustandsmodells in einer Zentraleinheit (2) ermittelt wird und abhängig von Verläufen von Betriebsgrößen (F) einen Alterungszustand (SOC) bereitstellt, der in dem Referenz-Ladezustandsmodell (52) zur Ermittlung des Referenz-Ladezustands (SOC_ref) berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Korrektur durchgeführt wird, indem eine Kennlinie, die den Serienwiderstand (R0) über dem Ladezustand (SOC) abbildet, abhängig von dem Unterschied zwischen dem berechneten Ladezustand (SOC_calc) und dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) korrigiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Referenz-Ladezustandsmodell (52) sukzessive präzisiert wird, indem die Korrekturen des mindestens einen Batteriemodellparameters an die Zentraleinheit (2) übermittelt und aufgezeichnet werden, wobei basierend auf den Korrekturen einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen (4) systematische Abweichungen des Referenz-Ladezustandsmodell (52) korrigiert werden.
9. Verfahren zum Betreiben einer Zentraleinheit zum Bereitstellen eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) für eine Batterie (41) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (4), insbesondere für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit folgenden Schritten: - Empfangen von Betriebsgrößen einer Batterie (41); - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) der Batterie (41) mit einem Referenz-Ladezustandsmodell (52) basierend auf den Betriebsgrößen (F) der Batterie (41); - Übermitteln des Referenz-Ladezustands (SOC_ref) an das Kraftfahrzeug (4) oder Übermitteln eines Triggersignals (TR), das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und einem vom Kraftfahrzeug (4) empfangenen, berechneten Ladezustands (SOC_calc) ermittelt wird, an das Kraftfahrzeug (4).
10. Verfahren zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (4) zum Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) einer Batterie (41) in dem Kraftfahrzeug (4), mit folgenden Schritten: - Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) mithilfe eines Ladezustandsmodells (52) abhängig von Betriebsgrößen (F) der Batterie (41), wobei die Betriebsgrößen (F) während eines statischen Betriebs der Batterie (41) ermittelt werden, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie (41) bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht; - Korrigieren mindestens eines Batteriemodellparameters des Ladezustandsmodells (53) abhängig von einem Unterschied zwischen einem empfangenen Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und dem berechneten Ladezustand (SOC_calc); - Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) abhängig von dem korrigierten Ladezustandsmodell (53).
11. System zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie (41) eines Kraftfahrzeugs (4), wobei das System eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen (4) und eine Zentraleinheit aufweist, wobei das System ausgebildet ist zum: - Bereitstellen von Betriebsgrößen (F) einer Batterie (41); - Bereitstellen eines im Kraftfahrzeug (4) berechneten Ladezustands (SOC_calc) mithilfe eines Ladezustandsmodells (53), das einen berechneten Ladezustand (SOC_calc) abhängig von mindestens einem Batteriemodellparameter (R0, R1, C1) des Ladezustandsmodells (53) für die Batterie (41) angibt; - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) mithilfe eines Referenz-Ladezustandsmodells (52) in der Zentraleinheit (2) abhängig von den Betriebsgrößen (F), wobei das Referenz-Ladezustandsmodell (52) trainiert ist, um abhängig von den Betriebsgrößen (F) und insbesondere abhängig von einem vorgegebenen Alterungszustand (SOH) den Referenz-Ladezustand (SOC_ref) anzugeben; - Durchführen einer Korrektur des mindestens einen Batteriemodellparameters abhängig von einem Unterschied zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und dem berechneten Ladezustand (SOC_calc), um den berechneten Ladezustand (SOC_calc) an den Referenz-Ladezustand (SOC_ref) anzugleichen.
12. Vorrichtung, insbesondere eine Datenverarbeitungseinheit (21) in einer Zentraleinheit (2), zum Bereitstellen eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) für eine Batterie (41) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs (4), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum - Empfangen von Betriebsgrößen einer Batterie (41); - Ermitteln eines Referenz-Ladezustands (SOC_ref) der Batterie (41) mit einem Referenz-Ladezustandsmodell (52) basierend auf den Betriebsgrößen (F) der Batterie (41); - Übermitteln des Referenz-Ladezustands (SOC_ref) an das Kraftfahrzeug (4) oder Übermitteln eines Triggersignals (TR), das abhängig von einem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und einem vom Kraftfahrzeug (4) empfangenen, berechneten Ladezustands (SOC_calc) ermittelt wird, an das Kraftfahrzeug (4).
13. Vorrichtung, insbesondere eine Steuereinheit (43) in einem Kraftfahrzeug (4), zum Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) einer Batterie (41) in dem Kraftfahrzeug (4), wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) mithilfe eines Ladezustandsmodells (52) abhängig von Betriebsgrößen (F) der Batterie (41), wobei die Betriebsgrößen (F) während eines statischen Betriebs der Batterie (41) ermittelt werden, wobei der statische Betrieb einem Betrieb der Batterie (41) bei einem konstanten Batteriestrom während einer vorgegebenen Mindestzeitdauer entspricht; - Korrigieren mindestens eines Batteriemodellparameters des Ladezustandsmodells (53) abhängig von einem Unterschied zwischen einem empfangenen Referenz-Ladezustand (SOC_ref) und dem berechneten Ladezustand (SOC_calc); - Ermitteln eines berechneten Ladezustands (SOC_calc) abhängig von dem korrigierten Ladezustandsmodell (53).
14. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 13 in einem Kraftfahrzeug, einem Pedelec, einem Fluggerät, insbesondere einer Drohne, einer Werkzeugmaschine, und/oder einem Haushaltsgerät.
15. Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
16. Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.

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