DE102020215201A1

DE102020215201A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorhersage eines Alterungszustands einer Gerätebatterie in einem batteriebetriebenen Gerät

Info

Publication number: DE102020215201A1
Application number: DE102020215201.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schindler; Maurice Caspar; Christian Simonis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN114578248A; US20220170995A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie basierend auf beobachteten oder bestimmten Alterungszustandswerten von einer Vielzahl von Gerätebatterien eines identischen Batterietyps in batteriebetriebenen Maschinen, insbesondere in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, mit folgenden Schritten:- Bereitstellen (S1) von Zeitverläufen von Betriebsgrößen (F) der Vielzahl von Gerätebatterien (41) von batteriebetriebenen Maschinen (4) in einer Zentraleinheit (2);- Bestimmen (S3) eines oder mehrerer Alterungszustandswerte einer oder mehrerer der Vielzahl von Gerätebatterien (41) durch Auswerten eines jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen (F) innerhalb eines Auswertungszeitraums, insbesondere während eines Lade- und/oder Entladevorgang, wobei der eine oder die mehreren Alterungszustandswerte mit den entsprechenden Alterungszeitpunkten jeweils einen Datenpunkt für die betreffende Gerätebatterie (41) angeben;- Eliminieren (S4, S5, S6- S10) von Datenpunkten aus den bestimmten Datenpunkten durch eine Ausreißereliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen, um eine Menge von bereinigten Datenpunkten zu erhalten;- Ermitteln (S11) der Alterungszustandstrajektorie mit Genauigkeitsangabe für jeden Trajektorienpunkt abhängig von der Menge von bereinigten Datenpunkten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft batteriebetriebene Maschinen, wie elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, und weiterhin Maßnahmen zur Bestimmung eines Alterungszustands (SOH: State of Health) einer Gerätebatterie für eine batteriebetriebene Maschine.
Technischer Hintergrund
Die Energieversorgung von batteriebetriebenen Maschinen und Geräten, wie insbesondere elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, erfolgt mithilfe einer Gerätebatterie, wie z.B. einer Fahrzeugbatterie. Eine Gerätebatterie umfasst in der Regel eine oder mehrere Batteriezellen. Diese liefert elektrische Energie zum Betrieb von Maschinensystemen. Der Alterungszustand der Gerätebatterie verschlechtert sich im Laufe seiner Lebensdauer zusehends, was sich in einer abnehmenden maximalen Speicherkapazität auswirkt. Ein Maß der Alterung der Gerätebatterie hängt von einer individuellen Belastung der Gerätebatterie, d. h. vom Nutzungsverhalten eines Benutzers, und vom Typ der Gerätebatterie ab.
Zwar kann mithilfe eines physikalischen Alterungsmodells der momentane Alterungszustand basierend auf historischen Betriebsgrößenverläufen bestimmt werden, jedoch ist dieses Modell häufig sehr ungenau. Diese Ungenauigkeit des herkömmlichen Alterungsmodells erschwert eine Prädiktion des Alterungszustandsverlaufs. Jedoch ist die Prädiktion des Verlaufs des Alterungszustands der Gerätebatterie eine wichtige technische Größe, da mit ihr eine wirtschaftliche Bewertung eines Restwerts der Gerätebatterie möglich ist.
Zudem stehen für Batterietypen, die vor Inbetriebnahme nicht umfangreich vermessen wurden, keine Alterungszustandsmodelle zur Verfügung, mit denen das Batteriesteuergerät einen Alterungszustand angeben kann. Insbesondere sind sowohl Details zur Zellchemie als auch der Batterieaufbau bzw. deren Verschaltung unbekannt und somit sind die reinen Betriebsgrößen der Batterie die einzigen verlässlichen Werte, anhand derer ein Alterungszustand ermittelt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie in einer batteriebetriebenen Maschine, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und eine batteriebetriebene Maschine gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie basierend auf Alterungszuständen von einer Vielzahl von Gerätebatterien eines identischen Batterietyps in batteriebetriebenen Maschinen, insbesondere in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen von Zeitverläufen von Betriebsgrößen der Vielzahl von Gerätebatterien von batteriebetriebenen Maschinen in einer Zentraleinheit;
- Bestimmen eines oder mehrerer Alterungszustandswerte einer oder mehrerer der Vielzahl von Gerätebatterien durch Auswerten eines jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen innerhalb eines Auswertungszeitraums, insbesondere während eines Lade- und/oder Entladevorgang, wobei der eine oder die mehreren Alterungszustandswerte mit den entsprechenden Alterungszeitpunkten jeweils einen Datenpunkt für die betreffende Gerätebatterie angeben;
- Eliminieren von Datenpunkten aus den bestimmten Datenpunkten durch eine Ausreißereliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen, um eine Menge von bereinigten Datenpunkten zu erhalten;
- Ermitteln der Alterungszustandstrajektorie mit Genauigkeitsangabe für jeden Trajektorienpunkt abhängig von der Menge von bereinigten Datenpunkten.

Bei unbekannten Batterietypen von Gerätebatterien in batteriebetriebenen Maschinen kann u.U. außerhalb des Batteriesteuergeräts keine Angabe zum Alterungszustands der jeweiligen Gerätebatterie ermittelt bzw. bereitgestellt werden. Lediglich Betriebsgrößen wie Batteriespannung, Batteriestrom, Batterietemperatur und Ladezustand sind in diesen Fällen auslesbar. Zwar kann der jeweilige Alterungszustand einer Gerätebatterie durch Beobachten des Batterieverhaltens während eines Lade- oder Entladevorgang bestimmt werden, diese Verfahren sind jedoch ungenau und für eine Abschätzung einer Restlebensdauer nicht geeignet. Selbst bei Batterien bekannten Batterietyps können auf diese Weise Genauigkeiten von 5 % nicht unterschritten werden, da diese im Wesentlichen vom nutzungsbedingten Betriebsprofil wie beispielsweise dem Hub des Ladezustands, einem durchschnittlichen Temperaturbereich des Batteriebetriebs und dergleichen abhängig sind.
Die Nutzung von Flottendaten von batteriebetriebenen Maschinen mit Gerätebatterien mit unbekannten Batterietypen stellt für die Bestimmung des Alterungszustands eine noch größere Herausforderung dar, da Betriebsgrößen durch unterschiedliche Lastprofile, Nutzerprofile sowie durch Seriensteuerung der Gerätebatterien beeinflusst werden.
Das obige Verfahren sieht nun vor, basierend auf Betriebsdaten einer Vielzahl von Gerätebatterien unbekannten Batterietyps in einer geräteexternen Zentraleinheit eine Auswertung vorzunehmen, mit der der Verlauf des Alterungszustands für den betreffenden Gerätebatterietyp aus einer Auswertungen von Zeitverläufen von Betriebsgrößen zur Bestimmung des Alterungszustands bestimmt werden kann. Dabei kann der Verlauf des Alterungszustands bzw. der Alterungszustandstrajektorie abhängig von den Alterungszeitpunkten der Gerätebatterien auch dann genau ermittelt werden, wenn die einzelne Bestimmung der Alterungszustandswerte für die einzelnen Gerätebatterien selbst ungenau ist. Durch Eliminierung von Datenpunkten durch eine AusreißerEliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen können Datenpunkte, die die Modellierung des tatsächlichen Verlaufs der Alterungszustandsverlaufs negativ beeinträchtigen können, unberücksichtigt bleiben. Insbesondere kann über statistische Methoden der wahrscheinlichste Verlauf des Alterungszustands für die Gerätebatterien unbekannten Typ ermittelt werden. Die Genauigkeitsangabe kann sich für die verschiedenen Alterungszeitpunkte insbesondere nach dem Gesetz der großen Zahlen ergeben. Das Eliminieren von nicht repräsentativen bzw. verfälschten Beobachtungen auf Basis von System- und Domänenwissen erlaubt eine Selektion der relevanten Datenpunkte. So können beispielsweise Datenpunkte, die während eines unerwünschten Betriebszustandes der betreffenden Gerätebatterie erfasst worden sind, wie z.B. bei einer zu hohen oder zu niedrigen Temperatur oder bei einem zu geringen Ladungshub für eine Ermittlung des Alterungszustandswerts basierend auf der Restkapazität aussortiert werden. Die optimalen Kriterien für die Selektion der Datenpunkte sowie die Grenzwerte dieser Kriterien können weiterhin durch eine hohe Anzahl von Datenpunkten der Vielzahl von Gerätebatterien im Laufe der Betriebszeit herausgelernt und kontinuierlich verbessert werden.
Die Alterungszustandstrajektorie kann durch Fusionierung der Alterungszustandswerte sukzessive bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Datenpunkten bestimmt werden. Der Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass das Verfahren auch Gerätebatterien unbekannten Batterietyps, zu der keine elektrochemische Parametrierung verfügbar ist, im Hinblick auf deren Alterungszustand fortlaufend quantifiziert bewertbar macht und hierzu sowohl Domänenwissen zur Batterie als auch datenbasiertes Wissen verwendet. Auch ermöglicht das Verfahren eine kontinuierliche Verbesserung der Alterungszustandstrajektorie im Sinne des tatsächlichen Alterungsverhaltens sobald neue Datenpunkte für die Gerätebatterien der betrachteten batteriebetriebenen Maschinen ermittelt worden sind.
Weiterhin kann mithilfe der Alterungszustandstrajektorie ein Zeitpunkt prädiziert werden, zu dem ein bestimmter Alterungszustand erreicht wird, insbesondere eines Lebensendes der Gerätebatterie oder einer Restlebensdauer der Gerätebatterie, basierend auf der Alterungszustandstrajektorie.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Spezifikationswert eines Alterungszustand der Gerätebatterie zu einem bestimmten Alterungszeitpunkt gegen einen mithilfe der Alterungszustandstrajektorie modellierten Alterungszustand zu dem bestimmten Alterungszeitpunkt verglichen werden, wobei eine Abweichung fortlaufend beobachtet und im Fall einer Abweichung von mehr als einem vorgegebenen Schwellenwert als Alarm oder Frühwarnung signalisiert wird. Dies ermöglicht ein vorausschauendes Online-Monitoring eines spezifizierten Alterungswertes.
Weiterhin kann das Verfahren ganz oder teilweise in einer geräteexternen Zentraleinheit, die mit einer Vielzahl von batteriebetriebenen Maschinen in Kommunikationsverbindung steht, ausgeführt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zeitverläufe der Betriebsgrößen gefiltert werden und/oder wobei Ausreißerwerte der Zeitverläufe der Betriebsgrößen eliminiert werden, bevor aus diesen Datenpunkte mit Alterungszuständen für einen jeweiligen Alterungszeitpunkt ermittelt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Alterungszustandstrajektorie mithilfe mindestens eines Regressionsmodells, welches vorzugsweise abschnittsweise gefittet und ausgewertet wird, basierend auf den bereinigten Datenpunkten modelliert wird.
Insbesondere können die Trajektorienpunkte der Alterungszustandstrajektorie jeweils bestimmt werden, indem ein vorgegebener Zeitabschnitt für Alterungszeitpunkte gewählt wird, wobei eine Modellfunktion des Regressionsmodells an die bereinigten Datenpunkte innerhalb des Zeitabschnitts angefittet bzw. parametrisiert wird, wobei der Modellwert der Modellfunktion zu dem Alterungszeitpunkt des zu bestimmenden Trajektorienpunkts der Alterungszustandstrajektorie hinzugefügt wird.
Weiterhin kann den bereinigten Datenpunkten jeweils eine Genauigkeitsangabe zugeordnet werden, insbesondere indem das Verfahren zum Bestimmen des entsprechenden Alterungszustandswerts des Datenpunkts bewertet wird, z.B. unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen (Temperatursensitivität) sowie des Nutzungsprofils (wie Ladungshub), wobei eine dem Alterungszustand des zu bestimmenden Trajektorienpunkts zugeordnete Genauigkeitsangabe basierend auf den Genauigkeitsangaben jedes der innerhalb des Zeitabschnitts berücksichtigten bereinigten Datenpunkte mithilfe einer Unsicherheits-Quantifizierung insbesondere gemäß dem Gesetz der großen Zahlen, bestimmt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass bei einem Bestimmen des Alterungszustandswerts basierend auf der Restkapazität die Genauigkeitsangabe eine umso höhere Genauigkeit des ermittelten Alterungszustandswerts angibt je höher der ausgewertete Ladungshub der zugeführten oder abfließenden Ladungsmenge ist (und je näher die Umgebungsbedingungen an der technischen Definition des Alterungszustand liegen).
Insbesondere kann eine Prädiktion der durch das Alterungszustandsverlaufsmodell angegebenen Alterungszustandstrajektorie mithilfe eines Nearest Neighbor Algorithmus unter Ausnutzung von Ähnlichkeitsbedingungen durchgeführt werden. Alternativ sind auch lineare oder nicht-lineare Extrapolationen möglich.
Es kann vorgesehen sein, dass die Datenpunkte bereinigt werden, indem

- zu validen Datenpunkten innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts die in dem zuletzt ausgewerteten Auswertungszeitraum ermittelten neuen Datenpunkte mit Auswertungszeitpunkten innerhalb des entsprechenden Zeitabschnitts hinzugefügt werden,
- eine parametrisierbare Verlaufsfunktion an die validen und neuen Datenpunkte angefittet wird,
- eine Abweichung zwischen den validen und neuen Datenpunkten und der Verlaufsfunktion statisch quantifiziert wird, um eine Standardabweichung zu ermitteln,
- neue Datenpunkte der Menge von validen Datenpunkten hinzugefügt werden, wenn diese innerhalb eines durch die Standardabweichung definierten Konfidenzbereichs liegen, oder zumindest vorübergehend (bis zur nächsten Ausführung) verworfen werden, wenn diese außerhalb des durch die Standardabweichung angegebenen Bereichs liegen, wobei die aktualisierten validen Datenpunkte den bereinigten Datenpunkten entsprechen.

Weiterhin kann das Bestimmen des einen oder der mehreren Alterungszustandswerte der einen oder der mehreren der Vielzahl von Gerätebatterien mithilfe des Beobachter- oder Referenzmodells durch Auswerten des jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen innerhalb eines Auswertungszeitraums durch Coulomb-Counting zur Bestimmung eines auf der Restkapazität basierenden Alterungszustandswerts und/oder durch eine Messung einer Änderung des Innenwiderstands der Gerätebatterie zur Bestimmung eines auf einer Vergrößerung des Innenwiderstands basierenden Alterungszustandswerts durchgeführt werden.
Vorzugsweise kann die Temperatur-Abhängigkeit während des Bestimmens des auf der Restkapazität basierenden Alterungszustandswerts eliminiert werden, z.B. modellbasiert oder mithilfe einer über ein Kennfeld bestimmte Korrekturgröße, mit der der Alterungszustandswert beaufschlagt wird, vorzugsweise multiplikativ oder additiv
Weiterhin kann, wenn die Ermittlung des Alterungszustandswerts basierend auf der Restkapazität in der batteriebetriebenen Maschine ausgeführt wird, der Alterungszustandswert mithilfe eines Ladezustands bestimmt werden, der zumindest teilweise von einem Ladezustand abhängt, der mithilfe eines maschinenextern implementierten Ladezustandsmodells vorgegeben wird. Das maschinenextern implementierte Ladezustandsmodell ist dabei basierend auf Daten der Vielzahl von Gerätebatterien erstellt und angepasst. Der Alterungszustandswert basierend auf einer Messung bzw. Beobachtung der Restkapazität wird durch einen Quotienten eines Stromintegrals und einer Ladezustandsdifferenz während des Aufladens oder Entladens gebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung, insbesondere einer Zentraleinheit, die mit einer Vielzahl von batteriebetriebenen Maschinen in Kommunikationsverbindung steht, zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie basierend auf Alterungszustandswerten der Vielzahl von Gerätebatterien eines identischen Batterietyps in den batteriebetriebenen Maschinen, insbesondere in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, vorgesehen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:

- Empfangen von Zeitverläufen von Betriebsgrößen der Vielzahl von Gerätebatterien von batteriebetriebenen Maschinen in einer Zentraleinheit;
- Bestimmen eines oder mehrerer Alterungszustandswerte einer oder mehrerer der Vielzahl von Gerätebatterien durch Auswerten eines jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen innerhalb eines Auswertungszeitraums, insbesondere während eines Lade- und/oder Entladevorgang, wobei der eine oder die mehreren Alterungszustandswerte mit den entsprechenden Alterungszeitpunkten jeweils einen Datenpunkt für die betreffende Gerätebatterie angeben;
- Eliminieren von Datenpunkten aus den bestimmten Datenpunkten durch eine Ausreißereliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen, um eine Menge von bereinigten Datenpunkten zu erhalten;
- Ermitteln der Alterungszustandstrajektorie mit Genauigkeitsangabe für jeden Trajektorienpunkt abhängig von der Menge von bereinigten Datenpunkten.

Figurenliste
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bereitstellung von fahrer- und fahrzeugindividuellen Betriebsgrößen bezüglich des Betriebs einer Fahrzeugbatterie von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte an eine Zentraleinheit;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ermittlung einer Alterungszustandstrajektorie für eine Fahrzeugbatterie in einem Kraftfahrzeug unbekannten Batterietyps; und
3 eine Darstellung einer Alterungszustandstrajektorie für beispielhafte Datenpunkte mit einem Verlauf der Genauigkeitsangabe in Form eines Konfidenzintervalls, welches der Alterungstrajektorie zugeordnet ist.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Fahrzeugbatterien als Gerätebatterien in einem Kraftfahrzeug als batteriebetriebenes Gerät bzw. batteriebetriebene Maschine beschrieben. Dieses Beispiel steht stellvertretend für eine Vielzahl von stationären oder mobilen batteriebetriebenen Maschinen und Geräte mit netzunabhängiger Energieversorgung, wie beispielsweise Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge, Pedelecs usw.), Anlagen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte, IOT-Geräte, eine Gebäudeenergieversorgungen, Fluggeräte, insbesondere Drohnen, autonome Roboter und Geräte der Unterhaltungselektronik, insbesondere Mobiltelefone, und dergleichen, die über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. LAN, Internet) mit einer Zentraleinheit (Cloud) in Verbindung stehen.
1 zeigt ein System 1 zum Sammeln von Flottendaten in einer Zentraleinheit 2 zur Erstellung und zum Betrieb sowie zur Auswertung eines Alterungszustandsmodells, das als Referenz- oder Beobachtermodell ausgebildet ist. Das Referenz- oder Beobachtermodell dient zur Bestimmung eines Alterungszustandswerts der Fahrzeugbatterie in einem Kraftfahrzeug. Das Referenz- oder Beobachtermodell kann sowohl im Kraftfahrzeugen 4 bzw. nahe des technischen (IOT-) Geräts ausgeführt werden oder alternativ in der Zentraleinheit 2.
1 zeigt eine Fahrzeugflotte 3 mit mehreren Kraftfahrzeugen 4. In der Zentraleinheit 2 soll basierend auf den Flottendaten eine Alterungszustandstrajektorie für die Fahrzeugbatterien von Kraftfahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 bestimmt werden.
Eines der Kraftfahrzeuge 4 ist in 1 detaillierter dargestellt. Die Kraftfahrzeuge 4 weisen jeweils eine Fahrzeugbatterie 41 als Gerätebatterie, einen elektrischen Antriebsmotor 42 und eine Steuereinheit 43 auf. 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. Die Steuereinheit 43 ist mit einer Sensoreinheit 45 verbunden, die einen oder mehrere Sensoren aufweist, um Betriebsgrößen kontinuierlich zu erfassen.
Die Kraftfahrzeuge 4 senden an die Zentraleinheit 2 die Betriebsgrößen F, die zumindest Größen angeben, von denen der Alterungszustand der Fahrzeugbatterie abhängt oder über welche dieser bestimmt werden kann. Die Betriebsgrößen F können im Falle einer Fahrzeugbatterie 41 einen momentanen Batteriestrom, eine momentane Batteriespannung, eine momentane Batterietemperatur und einen momentanen Ladezustand (SOC: State of Charge) angeben, sowohl auch Pack-, Modul- und / oder Zellebene. Die Betriebsgrößen F werden je nach Signaltyp in einem schnellen Zeitraster von 0.1 Hz bis 100 Hz erfasst und können in unkomprimierter und/oder komprimierter Form regelmäßig an die Zentraleinheit 2 übertragen werden. Beispielsweise können die Zeitreihen im Abstand von 10 min bis mehreren Stunden blockweise an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
Die Zentraleinheit 2 weist eine Datenverarbeitungseinheit 21, in der das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, und eine Datenbank 22 zum Speichern von Alterungszuständen mit den jeweils zugehörigen Alterungszeitpunkten der Fahrzeugbatterien 41 einer Vielzahl von Fahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 auf.
Der Alterungszustand (SOH: State of Health) ist die Schlüsselgröße zur Angabe einer verbleibenden Batteriekapazität oder verbleibenden Batterieladung. Der Alterungszustand stellt ein Maß für die Alterung der Fahrzeugbatterie oder eines Batterie-Moduls oder einer Batterie-Zelle dar und kann als Restkapazität (SOH-C) oder als Anstieg des Innenwiderstands (SOH-R) angegeben werden. Die Alterungszustand bezogen auf die Restkapazität (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.
In der Zentraleinheit 2 soll eine Alterungszustandstrajektorie mithilfe eines Verfahrens ermittelt werden, das insbesondere ganz oder teilweise datenbasiert ist. Die Alterungszustandstrajektorie soll die Fahrzeugbatterie unbekannten Batterietyps charakterisieren, um für Alterungszeitpunkte der Fahrzeugbatterien jeweils einen Alterungszustand angeben oder prädizieren zu können. Alterungszustandswerte für die Fahrzeugbatterien unbekannten Batterietyps werden basierend auf den zeitlichen Verläufen der entsprechenden Betriebsgrößen durch Auswertung des Batterieverhaltens während eines Lade- und/ oder Entladevorgang ermittelt, wie zum Beispiel durch das an sich bekannte Coulomb-Counting-Verfahren. Unbekannt bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die elektrochemischen Eigenschaften und Parameter des Energiespeichers.
Der Alterungszustandswert wird dem Alterungszeitpunkt der betreffenden Fahrzeugbatterie 41 zugeordnet und so ein Datenpunkt für die Erstellung eines Alterungszustandsverlaufsmodells bestimmt.
In 2 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ermitteln einer Alterungszustandstrajektorie in der Zentraleinheit 2 dargestellt. Die Alterungszustandstrajektorie bestimmt einen fahrzeugindividuellen, realen (wahrscheinlichsten) Verlauf der Alterung von Fahrzeugbatterien desselben Batterietyps nebst zugehörigem Verlauf eines Konfidenzintervalls, um die Genauigkeit des Modellwerts der Alterungszustandstrajektorie zu bestimmen.
In Schritt S1 werden von den Fahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 Betriebsgrößen F, wie oben beschrieben, in regelmäßigen Zeitabständen an die Zentraleinheit 2 übermittelt. Somit stehen in der Zentraleinheit 2 Zeitverläufe der Betriebsgrößen F für eine Vielzahl von Fahrzeugbatterien 41 zur Auswertung zur Verfügung. Die Auswertungen erfolgen regelmäßig nach vorgegebenen Auswertungszeiträumen, so dass bereits ausgewertete Zeitverläufe der Betriebsgrößen F nicht wiederholt ausgewertet werden, sofern keine neuen Informationen in den relevanten Auswertungszeiträumen vorliegen. Ein üblicher Wert für den Auswertungszeitraum beträgt eine Woche.
In Schritt S2 werden für jede der Fahrzeugbatterien 41 die Zeitverläufe der Betriebsgrößen F im zurückliegenden Auswertungszeitraum gefiltert. Insbesondere können die Zeitverläufe der Betriebsgrößen F dahingehend überprüft werden, ob Messausreißer vorliegen. Zudem können die Zeitverläufe gefiltert werden, um Messausreißer zu eliminieren. Diese Datenaufbereitung der Betriebsgrößen dient dazu, kurzzeitige Messfehler, die z.B. aufgrund einer Störeinwirkung (EMV) auftreten, herauszufiltern, um die Qualität einer nachfolgenden Bestimmung des Alterungszustandwerts zu verbessern. Als Filterverfahren kommen Tiefpassfilter, Glättungsverfahren oder dergleichen und geeignete Ausreißer-Eliminierungsverfahren in Betracht.
Beispielsweise erfolgt eine Plausibilitätsüberprüfung regelbasiert auf Domänenwissen (z.B. bei positivem Strom, darf der SOC nicht sinken). Weiterhin kann ein Abgleich und eine Bewertung mit vorherigen, typischen Zustandsgrößen und Nutzmustern erfolgen, um eine Anomalie-Bewertung durchzuführen. Zudem kann mithilfe von Sigma-Clipping das Residuum bewertet bzw. korrigiert werden, falls ein Grenzwert überschritten wird, insbesondere nachdem eine TrendFunktion, z.B. über ein nichtlineares Funktional (bspw. über ein ARIMA-Modell) herausgerechnet wurde. Dies führt zu einer Glättung der Zeitverläufe de Betriebsgrößen, weil Ausreißer bereinigt werden. Auch kann anschließend ein PT1-Glied oder ein Butterworth-Filter zur signaltechnischen Glättung der Verläufe eingesetzt werden.
In Schritt S3 wird basierend auf den Zeitreihen eine Bestimmung des Alterungszustandswerts gemäß einem Referenz- oder Beobachtermodell durchgeführt. Dieses sieht vor, aus Beobachtung bzw. Messung der Betriebsgrößen den Alterungszustandswert bezogen auf die Restkapazität (SOH-C) oder als Änderung des Innenwiderstands bezogen auf den Referenzwert zu Lebensbeginn bzw. Inbetriebnahme (SOH-R) zu bestimmen.
Beispielsweise kann ein Alterungszustandswert basierend auf der Restkapazität (SOH-C) basierend auf einem Coulomb-Counting-Verfahren bestimmt werden. Dazu wird anhand der Zeitverläufe der Betriebsgrößen erkannt, dass ein Aufladevorgang durchgeführt wird. Der Aufladevorgang kann beispielsweise anhand eines Statussignals (Vehicle Status Signal) erkannt werden oder, wenn ausgehend von einem Zustand des vollständigen Entladens oder eines hinreichend niedrigen Ladezustands der Fahrzeugbatterie 41 (dies kann erkannt werden, wenn eine Entladeschlussspannung erreicht worden ist) eine Zufuhr eines konstanten Stroms erfolgt. Der Aufladevorgang kann somit anhand eines positiven Stromflusses in die Fahrzeugbatterie 41 festgestellt werden. Wenn der Aufladevorgang bis zu einem vollständigen Aufladen erfolgt ist, kann durch Integrieren des Stromflusses in die Fahrzeugbatterie die insgesamt der Fahrzeugbatterie zugeführte Ladungsmenge bestimmt werden. Diese maximale Ladungsmenge kann durch Vergleich mit einer Nominalladekapazität der Fahrzeugbatterie 41 einem Alterungszustandswert zugeordnet werden. Auch können Teilaufladungen mit bestimmter Ladungszufuhr und entsprechende Messungen der Zellenspannungen vor und nach dem teilweisen Aufladen ausgewertet werden, um den die Alterungszustandswert basierend auf der Restkapazität zu bestimmen.
Weiterhin kann das Coulomb-Counting auch bei Entladevorgängen durchgeführt werden, beispielsweise während eines Fahrzyklusses, indem eine abfließende Ladungsmenge bestimmt wird und die Zellenspannungen vor und nach dem teilweisen Aufladen ausgewertet werden. Wird auf diese Weise ein durch die Restkapazität bestimmter Alterungszustandswert SOH-C bestimmt, wird dieser ein Zeitstempel zugeordnet, der einem Alterungszeitpunkt der betreffenden Fahrzeugbatterie entspricht, um einen entsprechenden Datenpunkt zu bilden.
Alternativ kann ein Alterungszustandswert auch als innenwiderstandsbasierter Alterungszustands SOH-R bestimmt werden. Dabei wird zu Beginn des Ladevorgangs ein ΔU/ΔI als Quotient der Batteriespannungsänderung zur Batteriestromänderung bestimmt und diesem ein Alterungszustand SOH-R in an sich bekannter Weise zugeordnet. Der so ermittelte Alterungszustandswert kann dem Alterungszeitpunkt der betreffenden Fahrzeugbatterie 41 zugeordnet werden, um einen entsprechenden Datenpunkt zu bilden.
Sowohl die Alterungszustandswerte SOH-C basierend auf der Restkapazität als auch die Alterungszustandswerte SOH-R, die auf der Innenwiderstandsänderung basieren, können für alle Fahrzeugbatterien entsprechend gemeinsam oder separat als neue Datenpunkte für die Bestimmung der Alterungszustandstrajektorie verwendet werden. Weiterhin wird sowohl for SOHC als auch für SOHR jedem Alterungszustandswert eine Mess- bzw. Beobachtungskonfidenz unter Zuhilfenahme der Analyse des Nutzungsverhaltens, wie Ladungshub während der Messung, sowie Umgebungsbedingungen, wie Temperatur während der Messung, zugeordnet.
Vorzugsweise kann die Temperatur-Abhängigkeit während des Bestimmens des auf der Restkapazität basierenden Alterungszustandswerts eliminiert werden, z.B. mithilfe einer über ein Kennfeld bestimmte Korrekturgröße, mit der die Alterungszustandswerte beaufschlagt werden. D.h. es wird während des Ablaufs des Verfahrens des Coulomb-Countings eine repräsentative Batterietemperatur gemessen und dieser die Korrekturgröße zugeordnet. Der ermittelte Alterungszustandswert wird dann mit der Korrekturgröße beaufschlagt, beispielsweise multiplikativ oder additiv.
Weiterhin kann, wenn die Ermittlung der Alterungszustandswerte basierend auf der Restkapazität in der batteriebetriebenen Maschine ausgeführt wird, die Alterungszustandswerte mithilfe eines Ladezustands bestimmt werden, der zumindest teilweise von einem Ladezustand abhängt, der mithilfe eines maschinenextern implementierten Ladezustandsmodells vorgegeben wird. So kann der von einem Batteriesteuergerät ermittelte Ladezustand mit dem Ladezustand des maschinenextern implementierten Ladezustandsmodells plausibilisiert werden. Alternativ können beide Ladezuständen fusioniert werden, je nach Konfidenz des SOC-Modells. Das maschinenextern implementierten Ladezustandsmodells ist dabei basierend auf Daten der Vielzahl von Gerätebatterien erstellt und angepasst. Die Alterungszustandswerte basierend auf der Restkapazität wird durch einen Quotienten eines Stromintegrals und einer Ladezustandsdifferenz während des Aufladens oder Entladens gebildet.
In Schritt S4 können anhand einer Anomalieerkennung anomale Datenpunkte für die Alterungszustandswerte in dem zuletzt ausgewerteten Auswertungszeitraum eliminiert werden. Die Anomalieerkennung bewertet auf Basis von validen, d.h. in früheren Auswertungszeiträumen als normal klassifizierte Datenpunkte jeden neuen Datenpunkt, ob dieser normal oder anomal ist. Die neuen Datenpunkte entsprechen den im aktuellen oder zurückliegenden Auswertungszeitraum aus den Zeitverläufen der Betriebsgrößen ermittelten Datenpunkten. Die Anomalieerkennung ermöglicht so die Eliminierung von als anomal erkannten Alterungszustandswerten (Datenpunkten) aus der Menge von in dem zuletzt ausgewerteten Auswertungszeitraum bestimmten Datenpunkten. Alterungszustandswerte, die zu einem vorherigen Zeitpunkt der Algorithmus-Ausführung als Anomalie bewertet wurden, können zu einem neuen Zeitpunkt, wenn neue Informationen vorliegen, auch wieder als normal eingestuft werden (und umgekehrt).
In Schritt S5 werden Datenpunkte eliminiert, die sich aufgrund von System- und Domänen als nicht repräsentativ oder verfälscht herausstellen. Z.B. können Datenpunkte entfernt werden, die nach einer Zeitdauer seit dem letzten Balancing-Vorgang ermittelt worden sind, die über einer Schwellenzeitdauer liegt. Auch können Datenpunkte unberücksichtigt bleiben, wenn das Erfassen des Datenpunktes unter einer nicht repräsentativen Bedingung erfolgt ist, wie z.B. Umgebungsbedingungen. Beispielsweise muss ein Ladevorgang innerhalb eines definierten Temperaturfensters erfolgen. Dies erlaubt eine Selektion der relevanten Datenpunkte. Die optimalen Kriterien sowie deren Grenzwerte für die Bedingungen können durch große Mengen an Flottendaten herausgelernt werden.
Von den Verfahrensschritten S4 und S5 kann alternativ auch nur einer ausgeführt werden oder auch in umgekehrter Reihenfolge. Die nicht in den Schritten S4 und/oder S5 verworfenen Datenpunkte werden nachfolgend als bereinigte Datenpunkte bereitgestellt.
Zur Bestimmung der Alterungszustandstrajektorie wird in Schritt S6 jeweils ein Zeitabschnitt für die Auswahl der Alterungszeitpunkte (Datenpunkte) gewählt. Die Dauer des jeweiligen Zeitabschnitts basiert auf dem Alterungszustandsverlaufs. Beispielsweise kann über ein Gradienten-Monitoring der Zeitabschnitt gewählt werden, wobei der Zeitabschnitt abhängig von dem Gradienten gewählt wird, der sich aus einer Trajektorie des Alterungszustands innerhalb des betreffenden Zeitabschnitts ergibt. Z.B. ist dieser Zeitabschnitt kurz, wenn der Gradient hoch ist, um einer Filter-Trägheit entgegenzuwirken, und umgekehrt. Der Zeitabschnitt kann für herkömmliche Gerätebatterien basierend auf Domänenwissen und erwarteter Degradation gewählt werden, wie z.B. zwischen 1 Monat und 3 Monaten, vorzugsweise 2 Monaten.
Die Alterungszustandstrajektorie kann nun beginnend mit Schritt S7 mithilfe mindestens eines Regressionsmodells basierend auf ggfs. bereits vorhandenen Datenpunkten und den bereinigten neuen Datenpunkten modelliert werden. Das Regressionsmodell kann durch eine parametrisierbare lineare oder nichtlineare Modellfunktion vorgegeben sein. Diese Modellfunktion wird an alle ggfs. bereits vorhandenen Datenpunkten und bereinigten Datenpunkte der Alterungszustandstrajektorie innerhalb des ausgewählten Zeitabschnitts angefittet, indem die Parameter der Modellfunktion so angepasst werden, dass diese den Verlauf der Alterungszustandstrajektorie bzw. die darin enthaltenen Datenpunkte mit minimaler bzw. minimierter Abweichung abbildet.
In Schritt S8 wird eine Differenztrajektorie, in Form eines Residuums, zwischen den Modellwerten der Modellfunktion und der bereinigten Datenpunkte innerhalb des gewählten Zeitabschnitts bestimmt. Dies geschieht, indem das Residuum aus S7 nach dem Anfitten verwendet wird.
In Schritt S9 wird die Standardabweichung und der Erwartungswert der Differenztrajektorie berechnet. Dies wird vorzugsweise durchgeführt, indem die Abweichung jedes Datenpunkts von der Modellfunktion ermittelt wird und vorzugsweise eine Normalverteilung der Abweichungen angenommen wird. Alternativ können auch beliebige, insbesondere auch nicht-parametrische Wahrscheinlichkeitsverteilungen betrachtet werden. In S9 kann somit ein Konfidenzquantil, z.B. ein 90%-Quantil bestimmt werden.
In Schritt S10 werden alle neuen Datenpunkte verworfen, die sich außerhalb des durch die Schritt S9 bestimmten Standardabweichung definierten Konfidenzintervalls oder allgemein eines Konfidenzquantils befinden. Die verbleibenden neuen Datenpunkte werden den bereits vorhandenen Datenpunkten hinzugefügt und nachfolgend als bereinigte Datenpunkte bezeichnet. Datenpunkte, welcher zu einer vorherigen Algorithmus-Ausführung verworfen wurden, können in einem erneuten Durchlauf des Verfahrens zu einem späteren Zeitpunkt, wenn neue Datenpunkte, wie z.B. neues Alterungszustandswerte, vorliegen, zur Aktualisierung der Alterungszustandstrajektorie verwendet werden, wenn sie im erneuten Durchlauf innerhalb des definierten Konfidenzband liegen.
Anschließend wird in Schritt S11 als Trajektorienpunkt der jüngste Alterungszeitpunkt (d.h. das „ältere“ Ende der Modellfunktion) des Zeitabschnitts als der Modellwert der parametrisierten Modellfunktion bestimmt. Alternativ kann die Modellfunktion dazu erneut angefittet werden, wenn neue Datenpunkte in Schritt S10 verworfen worden sind.
Somit wird der Alterungszustand über das Regressionsmodell auf den aktuellen Alterungszustand des Trajektorienpunkts projiziert (ohne Filternachlauf). Durch Wahl verschiedener Zeitabschnitte, insbesondere zu regelmäßigen Alterungszeitpunkten seit Inbetriebnahme der Fahrzeugbatterien, ergibt sich eine geglättete Alterungszustandstrajektorie, die durch die wie oben beschrieben ermittelten Trajektorienpunkte bestimmt ist.
Einem hinzugefügten Trajektorienpunkt kann in Schritt S12 eine Genauigkeitsangabe zugeordnet werden. Dazu können die bereinigten Datenpunkte mit Genauigkeitsangaben versehen werden, die sich aus dem in S8 berechneten Residuum unter Berücksichtigung des Verfahrens zum Bestimmen des entsprechenden Alterungszustandswerts des Datenpunkts ergeben. Eine dem Alterungszustand des zu bestimmenden Trajektorienpunkts zugeordnete Genauigkeitsangabe wird dazu basierend auf den Genauigkeitsangaben jedes der innerhalb des Zeitabschnitts berücksichtigten bereinigten Datenpunkts mithilfe einer Unsicherheits-Quantifizierung insbesondere gemäß dem Gesetz der großen Zahlen, bestimmt. Beispielsweise kann bei einem Bestimmen des Alterungszustandswerts basierend auf der Restkapazität die Genauigkeitsangabe eine umso höhere Genauigkeit des ermittelten Alterungszustandswerts angeben je höher der ausgewertete Ladungshub der zugeführten oder abfließenden Ladungsmenge ist.
Die Genauigkeit σ_trajectory des Trajektorienpunkts kann dann gemäß dem Gesetz der großen Zahlen bestimmt werden durch $σ_{t r a j e c t o r y} = \frac{σ}{\sqrt{n}},$
wobei n der Anzahl der Datenpunkte eines Clusters und σ der gleichen Genauigkeit des Datenpunkts entsprechen. Hierzu ist die Annahme, dass sämtiche Datenpunkte die gleiche Konfidenz besitzen. Jedoch können auch Datenpunkte mit unterschiedlichen Konfidenzen über Gewichtungsverfahren berücksichtigt werden, wobei Datenpunkte mit höherer Unsicherheit schwächer und Datenpunkte mit geringerer Unsicherheit stärker gewichtet werden, um eine resultierende Unsicherheit in Form einer Standardabweichung zum aktuellen Zeitpunkt der Alterungszustandstrajektorie (d.h. das „ältere“ Ende der Modellfunktion) zu ermitteln.
In Schritt S13 wird überprüft, ob weitere Zeitabschnitte zur Ermittlung eines Trajektorienpunkts ausgewertet werden sollen. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S14 fortgesetzt.
Durch Wahl verschiedener Zeitabschnitte, insbesondere zu regelmäßigen Alterungszeitpunkten seit Inbetriebnahme der Fahrzeugbatterien, ergibt sich eine Alterungszustandstrajektorie, die durch die wie oben beschrieben ermittelten Trajektorienpunkte bestimmt ist.
In 3 ist ein beispielhafter zeitlicher Verlauf (in Tagen) einer geglätteten Alterungszustandstrajektorie aus den bereinigten Datenpunkten (als Kreuze dargestellt) der Alterungszustände SOHR [%] mit einem jeweiligen Konfidenzintervall (Strichpunktlinien) dargestellt.
Alternativ können die Datenpunkte auch zum Trainieren eines datenbasierten Regressionsmodells, wie z.B. eines Gaußprozessmodells verwendet werden, der die Alterungszustandstrajektorie als Erwartungswert und die Genauigkeit des Trajektorienpunkts als Modellungenauigkeit bereitstellt.
In Schritt S15 kann die Alterungszustandstrajektorie nun signalisiert werden und für nachgelagerte Funktionen verwendet werden, wie beispielsweise für eine Bestimmung der Restlebensdauer, eine Prädiktion des Alterungszustands und dergleichen. Die Genauigkeitsangabe kann genutzt werden, um ein proaktives Garantie- und TCO-Management des Batterie-Systems zu unterstützen. Da ein Fahrzeugwert in erheblichem Maße von dem Alterungszustand der Fahrzeugbatterie 41 abhängt, kann mithilfe der Genauigkeitsangabe eine verbesserte Restwertschätzung vorgenommen werden.
Weiterhin kann die Genauigkeitsangabe eingesetzt werden, um batterieübergreifende Aussagen zum Systemverhalten zu treffen. Z.B. als Maß für Serienstreuung einzelner Batterie-Zellen im Pack. Sehr geringe Konfidenzintervalle weisen unter Berücksichtigung der Balancing-Strategie z.B. darauf hin, dass die Zellen im Pack vergleichbar altern. Sich plötzlich vergrößernde Konfidenzintervalle können ein Hinweis auf die Betriebsstrategie im Fahrzeug (wie früheres Derating im BMS) bzw. auf Anomalien geben.
Die Datenpunkte können als Gesamtheit verwendet werden oder je nach Betriebskategorie der Fahrzeugbatterie klassifiziert berücksichtigt werden. So können je nach Belastungsgrad der Fahrzeugbatterie, z.B. gemessen als durchschnittlicher Ah-Durchsatz, den gefahrenen Kilometern oder dergleichen, die Datenpunkte separat zur Ermittlung der Alterungstrajektorie und der zugehörigen Genauigkeitsinformation verwendet werden.

Claims

Computer-implementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie basierend auf beobachteten oder bestimmten Alterungszustandswerten von einer Vielzahl von Gerätebatterien eines identischen Batterietyps in batteriebetriebenen Maschinen, insbesondere in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) von Zeitverläufen von Betriebsgrößen (F) der Vielzahl von Gerätebatterien (41) von batteriebetriebenen Maschinen (4) in einer Zentraleinheit (2); - Bestimmen (S3) eines oder mehrerer Alterungszustandswerte einer oder mehrerer der Vielzahl von Gerätebatterien (41) durch Auswerten eines jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen (F) innerhalb eines Auswertungszeitraums, insbesondere während eines Lade- und/oder Entladevorgang, wobei der eine oder die mehreren Alterungszustandswerte mit den entsprechenden Alterungszeitpunkten jeweils einen Datenpunkt für die betreffende Gerätebatterie (41) angeben; - Eliminieren (S4, S5, S6- S10) von Datenpunkten aus den bestimmten Datenpunkten durch eine Ausreißereliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen, um eine Menge von bereinigten Datenpunkten zu erhalten; - Ermitteln (S11) der Alterungszustandstrajektorie mit einer Genauigkeitsangabe für jeden Trajektorienpunkt abhängig von der Menge von bereinigten Datenpunkten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mithilfe der Alterungszustandstrajektorie ein Zeitpunkt prädiziert wird, zu dem ein bestimmter Alterungszustand erreicht wird, insbesondere eines Lebensendes der Gerätebatterie (41) oder einer Restlebensdauer der Gerätebatterie (41), basierend auf der Alterungszustandstrajektorie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Verfahren ganz oder teilweise in einer geräteexternen Zentraleinheit (2), die mit einer Vielzahl von batteriebetriebenen Maschinen (4) in Kommunikationsverbindung steht, ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zeitverläufe der Betriebsgrößen (F) gefiltert werden und/oder wobei Ausreißerwerte der Zeitverläufe der Betriebsgrößen mit Hilfe eines vorgegebenen Ausreißereliminierungsverfahrens eliminiert werden (S2), bevor aus diesen Datenpunkte mit Alterungszustandswerten für einen jeweiligen Alterungszeitpunkt ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Alterungszustandstrajektorie mithilfe mindestens eines Regressionsmodells basierend auf den bereinigten Datenpunkten modelliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Trajektorienpunkte der Alterungszustandstrajektorie jeweils bestimmt werden, indem ein vorgegebener Zeitabschnitt für Alterungszeitpunkte gewählt wird, wobei eine Modellfunktion des Regressionsmodells an die bereinigten Datenpunkte innerhalb des Zeitabschnitts angefittet bzw. parametrisiert wird, wobei der Modellwert der Modellfunktion zu dem Alterungszeitpunkt des zu bestimmenden Trajektorienpunkts der Alterungszustandstrajektorie hinzugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei zum Erstellen der Modellfunktion nur diejenigen Datenpunkte innerhalb des Zeitabschnitts verwendet werden, die die sich innerhalb eines durch eine Standardabweichung bestimmten Konfidenzintervalls um die Modellfunktion befinden, wobei die Standardabweichung sich aus den Residuen der Datenpunkte bezüglich der des Verlaufs der Modellfunktion ergibt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei den bereinigten Datenpunkten jeweils eine Genauigkeitsangabe zugeordnet wird, insbesondere indem das Verfahren zum Bestimmen des entsprechenden Alterungszustandswerts des Datenpunkts bewertet wird, wobei eine dem Alterungszustand des zu bestimmenden Trajektorienpunkts zugeordnete Genauigkeitsangabe basierend auf den Genauigkeitsangaben jedes der innerhalb des Zeitabschnitts berücksichtigten bereinigten Datenpunkte mithilfe einer Unsicherheits-Quantifizierung, insbesondere gemäß dem Gesetz der großen Zahlen, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei einem Bestimmen des Alterungszustands basierend auf der Restkapazität die Genauigkeitsangabe eine umso höhere Genauigkeit des ermittelten Alterungszustands angibt je höher der ausgewertete Ladungshub der zugeführten oder abfließenden Ladungsmenge ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Prädiktion der Alterungszustandstrajektorie mithilfe eines Nearest Neighbor Algorithmus oder mithilfe linearer Extrapolation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Datenpunkte weiterhin bereinigt werden, indem - zu validen Datenpunkten innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts die in dem zuletzt ausgewerteten Auswertungszeitraum ermittelten neuen Datenpunkte mit Auswertungszeitpunkten innerhalb des entsprechenden Zeitabschnitts hinzugefügt werden, - eine parametrisierbare Modellfunktion an die validen und neuen Datenpunkte angefittet wird, - eine Abweichung zwischen den validen und neuen Datenpunkten und der Modellfunktion statisch quantifiziert wird, um eine Standardabweichung zu ermitteln, - neue Datenpunkte der Menge von validen Datenpunkten hinzugefügt werden, wenn diese innerhalb eines durch die Standardabweichung angegebenen Bereichs liegen, oder verworfen werden, wenn diese außerhalb des durch die Standardabweichung angegebenen Bereichs liegen, wobei die aktualisierten validen Datenpunkte den bereinigten Datenpunkten entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Bestimmen des einen oder der mehreren Alterungszustandswerte der einen oder der mehreren der Vielzahl von Gerätebatterien durch Auswerten des jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen innerhalb eines Auswertungszeitraums durch Coulomb-Counting zur Bestimmung eines auf der Restkapazität basierenden Alterungszustandswerts und/oder durch eine Messung einer Änderung des Innenwiderstands der Gerätebatterie zur Bestimmung eines auf einer Innenwiderstandsänderung basierenden Alterungszustandswert durchgeführt wird.
Vorrichtung, insbesondere einer Zentraleinheit (2), die mit einer Vielzahl von batteriebetriebenen Maschinen (4) in Kommunikationsverbindung steht, zum Bestimmen einer Alterungszustandstrajektorie einer Gerätebatterie (41) basierend auf beobachteten oder bestimmten Alterungszustandswerten der Vielzahl von Gerätebatterien (41) eines identischen Batterietyps in den batteriebetriebenen Maschinen (4), insbesondere in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum: - Empfangen von Zeitverläufen von Betriebsgrößen der Vielzahl von Gerätebatterien (41) von batteriebetriebenen Maschinen (4) in einer Zentraleinheit (2); - Bestimmen eines oder mehrerer Alterungszustandswerte einer oder mehrerer der Vielzahl von Gerätebatterien (41) durch Auswerten eines jeweiligen Verlaufs der Betriebsgrößen (F) innerhalb eines Auswertungszeitraums, insbesondere während eines Lade- und/oder Entladevorgang, wobei der eine oder die mehreren Alterungszustandswerte mit den entsprechenden Alterungszeitpunkten jeweils einen Datenpunkt für die betreffende Gerätebatterie (41) angeben; - Eliminieren von Datenpunkten aus den bestimmten Datenpunkten durch eine Ausreißereliminierung und/oder aufgrund von System- und Domänenwissen, um eine Menge von bereinigten Datenpunkten zu erhalten; - Ermitteln der Alterungszustandstrajektorie mit einer Genauigkeitsangabe für jeden Trajektorienpunkt abhängig von der Menge von bereinigten Datenpunkten.
Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.