DE102021202904A1 - Method for monitoring an energy store in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei der Energiespeicher (10) zumindest einen Verbraucher vorzugsweise für eine sicherheitsrelevante Fahrfunktionen versorgt, wobei zumindest eine alterungsabhängige Größe (SOH(tpred)) des Energiespeichers (10) für einen zukünftigen Zeitpunkt (tpred) prädiziert wird, wobei zumindest in Abhängigkeit der pädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) bei einer bestimmten zugrundegelegten Belastung (42) des Energiespeichers (10) eine prädizierte Betriebsgröße (Upred) des Energiespeichers (10) prädiziert wird, wobei die prädizierte Betriebsgröße (Upred) des Energiespeichers (10) mit einem vorgebbaren Grenzwert, insbesondere eine Minimalanforderung wie das Erreichen einer Minimalspannung (UBattmin), verglichen wird, wobei die prädizierte alterungsabhängige Größe (SOH(tpred)) aus zumindest einer aktuellen und/oder einer vergangenen alterungsabhängigen Größe (SOH(t); SOH(t-1)) des Energiespeichers (10), insbesondere abgelei-tet aus einer Messung einer Messgröße (U, I, T) wie Spannung, Strom, Temperatur etc. des Energiespeichers (10), ermittelt wird.The invention relates to a method for monitoring an energy store in a motor vehicle, with the energy store (10) supplying at least one consumer, preferably for a safety-relevant driving function, with at least one age-dependent variable (SOH(tpred)) of the energy store (10) for a future point in time ( tpred) is predicted, a predicted operating variable (Upred) of the energy store (10) being predicted at least as a function of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) given a specific underlying load (42) of the energy store (10), the predicted operating variable (Upred) of the energy store (10) with a predeterminable limit value, in particular a minimum requirement such as reaching a minimum voltage (UBattmin), is compared, with the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) being based on at least one current and/or past age-dependent variable (SOH(t); SOH(t-1)) of energy p eichers (10), in particular derived from a measurement of a measured variable (U, I, T) such as voltage, current, temperature, etc. of the energy store (10) is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a method for monitoring an energy store in a motor vehicle according to the generic type of the independent claim.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 102018220494 A1 ist bereits ein Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem mindestens eine aktuelle Betriebsgröße des Energiespeichers bestimmt wird und diese mindestens eine Betriebsgröße an ein Prognosemodell weitergegeben wird und dieses Prognosemodell aus dem aktuellen Wert für die mindestens eine Betriebsgröße zukünftige Werte bestimmt, wobei der zukünftige Wert an einen Spannungsprädiktor gegeben wird, der eine zu erwartende Minimalspannung des Energiespeichers für eine ausgewählte Funktion berechnet. Eine Batteriezustandserkennungssoftware bestimmt bzw. misst die aktuelle Kapazität und den Innenwiderstand der Batterie. Diese werden an ein Prognosemodell weitergegeben. Das Prognosemodell berechnet unter Zuhilfenahme von repräsentativen Lastkollektiven und über ein Belastungs-Belastbarkeitsmodell die zukünftigen Werte der Kapazität und des Innenwiderstands, die der Berechnung der zu erwartenden Minimalspannung zu Grunde gelegt werden.From the DE 102018220494 A1 a method for monitoring an energy store in a vehicle electrical system of a motor vehicle is already known, in which at least one current operating variable of the energy store is determined and this at least one operating variable is passed on to a forecast model and this forecast model uses the current value for the at least one operating variable to determine future values , wherein the future value is given to a voltage predictor, which calculates an expected minimum voltage of the energy store for a selected function. Battery condition detection software determines or measures the current capacity and internal resistance of the battery. These are passed on to a forecast model. The prognosis model calculates the future values of the capacity and the internal resistance with the help of representative load collectives and a load-carrying capacity model, on which the calculation of the expected minimum voltage is based.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorhersage einer bestimmten Kenngröße des elektrischen Energiespeichers weiter zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.The object of the invention is to further simplify the prediction of a specific parameter of the electrical energy store. This object is solved by the features of the independent claim.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Dadurch, dass zur Ermittlung einer prädizierten Kenngröße des Energiespeichers lediglich auf zumindest eine prädizierte alterungsabhängige Größe des Energiespeichers zurückgegriffen wird, die nur auf zumindest einer aktuellen und/oder vergangenen alterungsabhängigen Größe basiert, insbesondere ohne Rückgriff auf ein aufwändiges Prognosemodell, das beispielsweise auf einem Belastungs-Belastbarkeitsmodell basiert, kann die Ermittlung der prädizierten Kenngröße vereinfacht werden. Damit kann der Rechenaufwand bzw. die benötigte Rechenleistung reduziert werden. Zudem erhöht sich die Genauigkeit und Robustheit der Vorhersage. Weiterhin kann die insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen relevante Ausfallrate des Energiespeichers über prädiktive Wartung bzw. prädiktives Gesundheitsmanagement weiter reduziert und dessen Verfügbarkeit erhöht werden.Due to the fact that only at least one predicted age-dependent variable of the energy store is used to determine a predicted parameter of the energy store, which is only based on at least one current and/or past age-dependent variable, in particular without resorting to a complex prognosis model that is based, for example, on a load Based on a resilience model, the determination of the predicted parameter can be simplified. The computing effort and the required computing power can thus be reduced. In addition, the accuracy and robustness of the prediction increases. Furthermore, the failure rate of the energy store, which is particularly relevant for safety-critical applications, can be further reduced and its availability increased by means of predictive maintenance or predictive health management.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Restlebensdauer des Energiespeichers zu dem Zeitpunkt erreicht wird, wenn die prädizierte Betriebsgröße den Grenzwert, insbesondere die Minimalanforderung erreicht. Damit lassen sich kritische Betriebssituationen frühzeitig erkennen und Gegenmaßnahmen wie prädiktive Wartung oder Ähnliches einleiten. Aufgrund der genaueren Prognose der Restlebensdauer können Wartungsintervalle präziser geplant bzw. mittels prädiktivem Energiemanagement verlängert und damit Wartungskosten reduziert werden, was insbesondere für Fahrzeugflottenbetreiber von Vorteil ist. Die Sicherheit des Fahrzeugs kann dadurch weiter erhöht werden.In an expedient development, it is provided that a remaining service life of the energy store is reached at the point in time when the predicted operating variable reaches the limit value, in particular the minimum requirement. This allows critical operating situations to be identified at an early stage and countermeasures such as predictive maintenance or the like to be initiated. Due to the more accurate forecast of the remaining service life, maintenance intervals can be planned more precisely or extended using predictive energy management, thus reducing maintenance costs, which is particularly advantageous for vehicle fleet operators. The safety of the vehicle can be increased further as a result.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass für die Ermittlung der prädizierten alterungsabhängigen Größe eine insbesondere exponentiell mit der zurückliegenden Zeit abnehmende Gewichtung zumindest der aktuellen und/oder zumindest der vergangenen alterungsabhängigen Größe vorgenommen wird. Gerade bei einer exponentiellen Gewichtung lässt sich der Speicherbedarf verringern, da für die Vorhersage nur der jeweils letzte Messwert gespeichert werden muss. Besonders bevorzugt wird für die Prädiktion der prädizierten alterungsabhängigen Größe die jeweils letzte alterungsabhängige Größe verwendet bzw. gespeichert.In an expedient development, it is provided that, in order to determine the predicted age-dependent variable, a weighting, which in particular decreases exponentially over the past time, is carried out on at least the current and/or at least the past age-dependent variable. The memory requirements can be reduced, especially with an exponential weighting, since only the last measured value has to be saved for the prediction. The last age-dependent variable in each case is particularly preferably used or stored for the prediction of the predicted age-dependent variable.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein Glättungsfaktor der prädizierten alterungsabhängigen Größe von einem Prädiktionsfehler der prädizierten Betriebsgröße und/oder der prädizierten alterungsabhängigen Größe abhängt. Gerade bei Anwendung eines funktionsbasierten Lebensendekriteriums ist eine weitere Verbesserung der Prognosegenauigkeit durch eine entsprechende Anpassung der Glättungsparameter in Abhängigkeit von einem Einschritt-Prädiktionsfehler möglich. Dadurch kann der Fehler zwischen extrapoliertem und quasi gemessenem Verlauf insbesondere der Betriebsgröße verringert und damit die Genauigkeit der Prognose der Restlebensdauer weiter erhöht werden.In an expedient development, it is provided that at least one smoothing factor of the predicted age-dependent variable depends on a prediction error of the predicted operating variable and/or the predicted age-dependent variable. Especially when using a function-based end-of-life criterion, a further improvement in the accuracy of the forecast is possible through a corresponding adjustment of the smoothing parameters as a function of a one-step prediction error. As a result, the error between the extrapolated and quasi-measured course, in particular of the operating variable, can be reduced and the accuracy of the forecast of the remaining service life can thus be further increased.

In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest ein Glättungsfaktor der prädizierten alterungsabhängigen Größe in Abhängigkeit von der Restlebensdauer angepasst wird, insbesondere indem mit zunehmender Restlebensdauer eine Glättung durch den Glättungsfaktor reduziert wird. Dadurch wird bei hoher geschätzter Restlebensdauer der globale bzw. langfristige Trend und bei Annäherung an das Lebensende der lokale bzw. kurzfristige Trend der Zeitverläufe der alterungsabhängigen Größen zur Vorhersage verwendet und somit die mittlere Genauigkeit der Prognose der Restlebensdauer über dem Prädiktionshorizont erhöht und deren Varianz verringert.A further expedient development provides that at least one smoothing factor of the predicted age-dependent variable is adapted as a function of the remaining service life, in particular by smoothing being reduced by the smoothing factor as the remaining service life increases. As a result, when the estimated remaining service life is high, the global or long-term trend and, when the end of life is approaching, the local or short-term trend of the time profiles of the aging-dependent variables is used for the prediction and thus the average accuracy of the prognosis of the Increased the remaining lifetime over the prediction horizon and reduced its variance.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die prädizierte Betriebsgröße des Energiespeichers unter Verwendung eines Modells des Energiespeichers und/oder unter Verwendung eines Lastprofils ermittelt wird. Damit lässt sich individuell für jede Funktion die Funktionsfähigkeit besonders präzise ermitteln.In an expedient development, it is provided that the predicted operating variable of the energy store is determined using a model of the energy store and/or using a load profile. This allows the functionality to be determined individually for each function with particular precision.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass für die Prädiktion der prädizierten alterungsabhängigen Größe zumindest ein Level und/oder ein Trend der prädizierten alterungsabhängigen Größe ermittelt wird. Besonders bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass der Level in Abhängigkeit von einer aktuellen und/oder vergangenen alterungsabhängigen Größe und/oder in Abhängigkeit von einem Glättungsfaktor und/oder von einem zurückliegenden Level und/oder in Abhängigkeit von einem zurückliegenden Trend ermittelt wird und/oder dass der Trend in Abhängigkeit von einem aktuellen und/oder zurückliegenden Level und/oder einem weiteren Glättungsfaktor und/oder einen zurückliegenden Trend ermittelt wird. Damit lässt sich in besonders einfacher Art und Weise eine robuste und genaue Prädiktion erreichen.In an expedient development, it is provided that at least one level and/or a trend of the predicted age-dependent variable is determined for the prediction of the predicted age-dependent variable. It is particularly preferably provided that the level is determined as a function of a current and/or past aging-dependent variable and/or as a function of a smoothing factor and/or of a previous level and/or as a function of a previous trend and/or that the trend is determined as a function of a current and/or previous level and/or a further smoothing factor and/or a previous trend. A robust and accurate prediction can thus be achieved in a particularly simple manner.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren über ein exponentielles Glättungsverfahren ermittelt wird. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit und Robustheit des Verfahrens. Es lässt sich eine sanfte Adaption der Glättungsfaktoren erreichen.In an expedient development, it is provided that at least one of the smoothing factors is determined using an exponential smoothing method. This increases the accuracy and robustness of the method. A gentle adaptation of the smoothing factors can be achieved.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren beeinflusst wird, indem eine solche alterungsabhängige Größe, die sich im aktuellen Arbeitspunkt des Energiespeichers stark auf die prädizierte Betriebsgröße auswirkt, zu einer stärkeren Anpassung herangezogen wird, insbesondere ausgedrückt durch einen Gradienten der prädizierten Betriebsgröße bezüglich der alterungsabhängigen Größe. Damit kann der Fehler zwischen prädiziertem und gemessenem Verlauf der Betriebsgrößen durch eine gezielte stärkere Anpassung des entsprechenden Verlaufs der Betriebsgrößen reduziert und damit die Prognose der Restlebensdauer genauer werden.In an expedient development, it is provided that at least one of the smoothing factors is influenced by such an aging-dependent variable, which has a strong effect on the predicted operating variable at the current operating point of the energy store, being used for greater adaptation, in particular expressed by a gradient of the predicted operating variable regarding the age-dependent size. In this way, the error between the predicted and measured course of the operating variables can be reduced by a targeted, stronger adjustment of the corresponding course of the operating variables, and the prognosis of the remaining service life can thus become more accurate.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren in Abhängigkeit von der Restlebensdauer des Energiespeichers beeinflusst wird, insbesondere durch eine exponentielle Abhängigkeit des Glättungsfaktors von einem Schätzwert der Restlebensdauer. Damit wird die Genauigkeit und Robustheit weiter erhöht.In an expedient development it is provided that at least one of the smoothing factors is influenced as a function of the remaining service life of the energy store, in particular by an exponential dependency of the smoothing factor on an estimated value of the remaining service life. This further increases the accuracy and robustness.

Besonders zweckmäßig erfolgt der Vergleich der prädizierten Betriebsgröße mit dem Grenzwert bei bestimmten weiteren Parametern wie vorgegebenem Ladezustand und/oder Temperatur. Dadurch werden bestimmte Mindestanforderungen zu definierten vergleichbaren Bedingungen erreicht.In a particularly expedient manner, the comparison of the predicted operating variable with the limit value is carried out for certain other parameters such as the specified state of charge and/or temperature. As a result, certain minimum requirements are met under defined, comparable conditions.

Besonders bevorzugt ist eine Vorrichtung eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zumindest Bestandteil eines Sensors, bevorzugt eines Batteriesensors, und/oder eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, insbesondere ein Fahrzeugcomputer, Gateway, Energiemanagement-Steuergerät und/oder eines Rechners eines Cloud-Systems. Je nach Anwendungsfall und zur Verfügung stehender Rechnerleistung kann das Verfahren in der geeigneten Vorrichtung implementiert werden.A device is particularly preferably set up to carry out the method, in particular at least part of a sensor, preferably a battery sensor, and/or a control unit of a vehicle, in particular a vehicle computer, gateway, energy management control unit and/or a computer of a cloud system. Depending on the application and the computing power available, the method can be implemented in the appropriate device.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Further expedient developments result from further dependent claims and from the description.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen

  • 1 eine Implementierung der Vorhersage einer Kenngröße des Energiespeichers in einem Sensor, insbesondere Batteriesensor,
  • 2 eine Implementierung der Vorhersage einer Kenngröße des Energiespeichers in einem Fahrzeugcomputer,
  • 3 eine Implementierung der Vorhersage einer Kenngröße des Energiespeichers in einer Cloud,
  • 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 5 einen zeitabhängigen SOH-Verlauf für eine geglättete Kurve im Vergleich zur Messung sowie
  • 6 einen zeitabhängigen SOF-Verlauf, berechnet aus dem geglätteten SOH-Verlauf im Vergleich zur Messung.
Show it
  • 1 an implementation of the prediction of a parameter of the energy store in a sensor, in particular a battery sensor,
  • 2 an implementation of the prediction of a parameter of the energy storage in a vehicle computer,
  • 3 an implementation of the prediction of a parameter of the energy storage in a cloud,
  • 4 a flowchart of the method according to the invention,
  • 5 a time-dependent SOH course for a smoothed curve compared to the measurement as well as
  • 6 a time-dependent SOF curve, calculated from the smoothed SOH curve compared to the measurement.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using embodiments and is described in detail below with reference to the drawings.

Beispielhaft ist in dem Ausführungsbeispiel als möglicher Energiespeicher eine Batterie bzw. Akkumulator beschrieben. Alternativ können jedoch andere für diese Aufgabenstellung geeignete Energiespeicher beispielsweise auf induktiver oder kapazitiver Basis, Brennstoffzellen, Kondensatoren oder Ähnliches gleichermaßen Verwendung finden.A battery or accumulator is described as an example of a possible energy store in the exemplary embodiment. Alternatively, however, other energy storage devices suitable for this task can be based, for example, on inductive or kapa zitive base, fuel cells, capacitors or the like are equally used.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist ein Energiespeicher 10 mit einem Sensor 12 verbunden. Der Sensor 12 erfasst bestimmte Messgrößen des Energiespeichers 10 wie Strom I, Spannung U, Temperatur T. In dem Sensor 12 ist zudem eine Zustandserkennung 13 realisiert. Über die Zustandserkennung 13 kann unter Rückgriff auf die erfassten Messwerte I, U, T zumindest eine Zustandsgröße des Energiespeichers 10 ermittelt werden. Beispielsweise wird die aktuelle alterungsabhängige Größe des Energiespeichers 10 als SOH(t) (State of Health bzw. Gesundheitszustand) und/oder ein Ladezustand SOC (State of Charge) und/oder ein Funktionszustand SOF (State of Function) und/oder eine Restlebensdauer RUL (Ramaining Useful Life) zur Verfügung gestellt. Als alterungsabhängige Größen SOH des Energiespeichers 10 können beispielsweise der Innenwiderstand Ri, die Kapazität C0, Durchtrittspolarisation oder Ähnliches verwendet werden. Die alterungsabhängigen Größen SOH zeichnen sich dadurch aus, dass diese sich abhängig von dem Alter des Energiespeichers 10 verändern. Die alterungsabhängigen Größen SOH können bevorzugt über die Messgrößen U I T durch den Sensor 12 erfasst und über die Zustandserkennung 13 berechnet werden. Vorzugsweise arbeitet die Zustandserkennung 13 kontinuierlich. Die von dem Sensor 12 zur Verfügung gestellte Restlebensdauer RUL wird dann unter Umständen zusammen mit anderen Prognose-oder Diagnosegrößen über eine Kommunikationsschnittstelle (ein Bussystem wie beispielsweise LIN, CAN) an übergeordnete nicht dargestellte Systeme zur Weiterverarbeitung übermittelt, beispielsweise zum Zweck einer prädiktiven Wartung und/oder eines prädiktiven bzw. vorbeugenden Gesundheitsmanagements des Energiespeichers 10.In the embodiment according to 1 an energy store 10 is connected to a sensor 12 . The sensor 12 detects certain measured variables of the energy store 10 such as current I, voltage U, temperature T. In addition, a state detection 13 is implemented in the sensor 12 . At least one state variable of the energy store 10 can be determined via the state detection 13 with recourse to the recorded measured values I, U, T. For example, the current age-dependent variable of the energy store 10 as SOH(t) (State of Health) and/or a state of charge SOC (State of Charge) and/or a functional state SOF (State of Function) and/or a remaining service life RUL (Ramaining Useful Life). For example, the internal resistance Ri, the capacitance C0, transmission polarization or the like can be used as age-dependent variables SOH of the energy store 10 . The age-dependent variables SOH are characterized in that they change depending on the age of the energy store 10 . The aging-dependent variables SOH can preferably be detected by the sensor 12 via the measured variables UIT and can be calculated via the status detector 13 . The state recognition 13 preferably works continuously. The remaining service life RUL made available by the sensor 12 is then possibly transmitted together with other prognosis or diagnostic variables via a communication interface (a bus system such as LIN, CAN) to higher-level systems (not shown) for further processing, for example for the purpose of predictive maintenance and/or or a predictive or preventive health management of the energy store 10.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von demjenigen nach 1 nun darin, dass der Sensor 12 bzw. die Zustandserkennung 13 lediglich bestimmte Kenngrößen wie SOC, SOF, SOH generiert, nicht jedoch die Restlebensdauer RUL. Die Restlebensdauer RUL wird außerhalb des Sensors 12 beispielsweise in anderen (Fahrzeug)komponenten 24 mit ausreichenden Rechenressourcen wie beispielsweise ein Fahrzeugcomputer, ein Gateway, ein Steuergerät oder eine sonstige Recheneinheit, ermittelt. Hierzu wird der weiteren Komponente 24 die in dem Sensor 12 ermittelten Kenngrößen des Energiespeichers 10 wie SOC, SOF, SOH übermittelt. Die Übermittlung erfolgt beispielsweise über entsprechende Kommunikationssysteme, beispielsweise eine LIN- Schnittstelle.The embodiment according to 2 differs from the one after 1 now in that the sensor 12 or the status detection 13 only generates certain parameters such as SOC, SOF, SOH, but not the remaining service life RUL. The remaining service life RUL is determined outside of sensor 12, for example in other (vehicle) components 24 with sufficient computing resources, such as a vehicle computer, a gateway, a control unit or another computing unit. For this purpose, the characteristic values of the energy store 10 such as SOC, SOF, SOH determined in the sensor 12 are transmitted to the further component 24 . The transmission takes place, for example, via appropriate communication systems, for example a LIN interface.

In 3 ist eine Implementierung des Verfahrens auch außerhalb des Fahrzeugs in einem cloudbasierten System möglich, wenn bestimmte Kenngrößen wie beispielsweise die SOH-Daten des Energiespeichers 10 kontinuierlich vom Fahrzeug 31, 32, 33 an eine Cloud 26 über eine vorzugsweise drahtlose Datenverbindung 28 gesendet werden. Der entsprechende Algorithmus zur Ermittlung der Restlebensdauer RUL ist in dem Cloud System 26 hinterlegt. Dort können für unterschiedliche Fahrzeuge 31, 32, 33 unterschiedliche Restlebensdauern RUL1, RUL2, RUL3 der jeweiligen Energiespeicher 10.1, 10.2, 10.3 ermittelt werden. Diese Lösung ist insbesondere für Flottenbetreiber beispielsweise für die Fernwartung interessant. Zudem kann bei dieser Anordnung die Vorhersagegüte mithilfe der von anderen Flottenfahrzeugen an die Cloud 26 übermittelten Informationen wie beispielsweise Fahrzeugnutzung oder Klimabedingungen weiter erhöht werden. Weiterhin sind zukünftige Anpassungen des Verfahrens zur Ermittlung der Restlebensdauer inklusive eines Lebensende-Kriteriums (EOL, End of Life) sehr leicht zu implementieren.In 3 the method can also be implemented outside of the vehicle in a cloud-based system if specific parameters such as the SOH data of the energy store 10 are continuously sent from the vehicle 31, 32, 33 to a cloud 26 via a preferably wireless data connection 28. The corresponding algorithm for determining the remaining service life RUL is stored in the cloud system 26 . There, for different vehicles 31, 32, 33, different remaining lifetimes RUL1, RUL2, RUL3 of the respective energy stores 10.1, 10.2, 10.3 can be determined. This solution is particularly interesting for fleet operators, for example for remote maintenance. In addition, with this arrangement, the prediction quality can be further increased with the aid of the information transmitted from other fleet vehicles to the cloud 26, such as vehicle use or climatic conditions. Furthermore, future adjustments to the method for determining the remaining service life, including an end-of-life criterion (EOL, End of Life), can be implemented very easily.

In 4 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens zur Prognose der Restlebensdauer RUL des Energiespeichers 10 näher gezeigt.In 4 a flow chart of the method for forecasting the remaining service life RUL of the energy store 10 is shown in more detail.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren nutzt zur Prädiktion der zu erwartenden Restlebensdauer RUL ein bestimmtes Extrapolationsverfahren zur linearen Extrapolation von Größe bzw. Level L und Trend T der gemessenen Zeitverläufe der alterungsabhängigen Größen SOH des Energiespeichers 10 wie beispielsweise Kapazität Co und/oder Innenwiderstand Ri bis zum Erreichen eines vorgebbaren bzw. vorgegebenen Lebensende-Kriteriums (EOL), um die Restlebensdauer RUL zu bestimmen. Dieses Lebensende-Kriterium kann beispielsweise über einen Grenzwert UBattmin abgebildet werden, wenn beispielsweise bestimmte Betriebsgrößen U bzw. prädizierte Betriebsgrößen Upred des Energiespeichers 10 gewisse Mindestwerte nicht mehr erreichen. Besonders bevorzugt nutzt das Verfahren das sogenannte „Double Exponential Smoothing“ oder auch als „Holt's Linear Trend Method“ bekannte Verfahren zur linearen Extrapolation der gemessenen Zeitverläufe. Hierbei werden die Glättungsfaktoren a, β in Abhängigkeit der Restlebensdauer RUL bzw. eines Schätzwerts der Restlebensdauer RUL kontinuierlich angepasst. Die Anpassung erfolgt in der Art, dass bei hoher geschätzter Restlebensdauer RUL zur Vorhersage stark geglättete Zeitverläufe der alterungsabhängigen Größen SOH verwendet werden. Die Glättung wird mit Annäherung an das Lebensende EOL kontinuierlich reduziert. Dadurch wird bei hoher geschätzter Restlebensdauer RUL der globale bzw. langfristige Trend T und/oder bei Annäherung der geschätzten Restlebensdauer RUL an das Lebensende EOL der lokale bzw. kurzfristige Trend T der Zeitverläufe der alterungsabhängigen Größen SOH zur Vorhersage der prädizierten alterungsabhängige Größe SOHpred verwendet. Damit erhöht sich die mittlere Genauigkeit der Prognose der Restlebensdauer RUL über dem Prädiktionshorizont, während deren Varianz verringert wird.To predict the expected remaining service life RUL, the method described below uses a specific extrapolation method for the linear extrapolation of size or level L and trend T of the measured time curves of the age-dependent sizes SOH of the energy store 10, such as capacitance Co and/or internal resistance Ri, until a predeterminable or predetermined end-of-life criterion (EOL) in order to determine the remaining service life RUL. This end-of-life criterion can be mapped, for example, via a limit value UBattmin if, for example, certain operating variables U or predicted operating variables Upred of the energy store 10 no longer reach certain minimum values. The method particularly preferably uses what is known as “Double Exponential Smoothing” or also known as “Holt's Linear Trend Method” for the linear extrapolation of the measured time curves. In this case, the smoothing factors a, β are continuously adjusted as a function of the remaining service life RUL or an estimated value of the remaining service life RUL. The adjustment is made in such a way that with a high estimated remaining service life RUL, strongly smoothed time curves of the age-dependent variables SOH are used for the prediction. The smoothing is continuously reduced as the end of life EOL is approached. As a result, when the estimated remaining service life RUL is high, the global or long-term trend T and/or when the estimated remaining service life RUL approaches the end of life EOL, the local or short-term trend T of the time profiles of the aging-dependent variables SOH for predicting the predicted age tion-dependent variable SOHpred is used. This increases the average accuracy of the prediction of the remaining lifetime RUL over the prediction horizon, while the variance is reduced.

Bei Anwendung eines Lebensende-Kriteriums EOL, welches auf dem Funktionszustand SOF des Energiespeichers 10 basiert, kann eine weitere Verbesserung der Prognosegenauigkeit durch eine Anpassung der Glättungsfaktoren a, β in Abhängigkeit von einem sogenannten Einschritt-Prädiktionsfehler insbesondere der SOF-Prädiktion erreicht werden. Dadurch kann der Fehler zwischen extrapoliertem und quasi gemessenem SOF-Verlauf verringert und damit die Genauigkeit der Prognose der Restlebensdauer RUL weiter erhöht werden.When using an end-of-life criterion EOL, which is based on the functional state SOF of the energy store 10, a further improvement in the prediction accuracy can be achieved by adapting the smoothing factors a, β depending on a so-called one-step prediction error, in particular the SOF prediction. As a result, the error between the extrapolated and quasi-measured SOF curve can be reduced and the accuracy of the forecast of the remaining service life RUL can thus be further increased.

Die Eingangsgrößen des Verfahrens sind gemessene bzw. geschätzte Zeitverläufe, die den Energiespeicher 10 beschreiben, wie beispielsweise aktueller State of Health (=SOH(t)) bzw. alterungsabhängige Größe bzw. diese beschreibende Größen wie Kapazität C0, Innenwiderstand Ri, Polarisationen, etc. des betrachteten Energiespeichers 10, die z. B. von der Zustandserkennung 13 des Sensors 12, insbesondere Batteriesensors, kontinuierlich ermittelt werden.The input variables of the method are measured or estimated time curves that describe the energy store 10, such as the current state of health (=SOH(t)) or age-dependent variable or variables that describe it, such as capacitance C0, internal resistance Ri, polarizations, etc. of the considered energy store 10, the z. B. from the state detection 13 of the sensor 12, in particular battery sensor, are continuously determined.

Mithilfe der Zeitreihenvorhersage werden auf Basis vergangener und aktueller Eingangsgrößen SOH(t-1), SOH(t) altersabhängige Größen für einen zukünftigen Zeitpunkt tpred = t + RUL berechnet (SOH(tpred)), Block 40.Using the time series prediction, age-dependent variables for a future point in time tpred=t+RUL are calculated on the basis of past and current input variables SOH(t-1), SOH(t) (SOH(tpred)), block 40.

Anschließend wird mittels eines Prädiktors 44, insbesondere eines SOF-Prädiktors, auf Basis eines mathematischen Modells 49 des Energiespeichers 10 die prädizierte Betriebsgröße Upred des Energiespeichers 10 wie beispielsweise der zu erwartende Spannungseinbruch bzgl. eines vorgegebenen anwendungsspezifischen Lastprofils wie beispielsweise ein Stromlastprofil ILoad(t) (Block 42) berechnet und damit geprüft, ob bei dem prädizierten Alterungszustand bzw. prädizierte alterungsabhängige Größe SOH(tpred) und vorgegebenem Ladezustand SOC0 und Temperatur TBatt0 ein für die Anwendung geforderter Grenzwert wie beispielsweise eine Mindestspannung UBattmin unterschritten wird. Hierbei kann beispielsweise auf ein Ersatzschaltbild bzw. Modell 49 des Energiespeichers 10 zurückgegriffen werden unter Verwendung bestimmter Betriebsgrößen wie Strom I, Spannung U, Temperatur T sowie Zustandsgrößen wie beispielsweise die Ruhespannung, die Konzentrationspolarisation, die Durchtrittspolarisation der verschiedenen Elektroden etc. sowie entsprechende Parameter (beispielsweise Innenwiderstand Ri, Ersatzkapazität C0, Widerstand und Kapazität der Säurediffusion bzw. Widerstand und Kapazität der Doppelschicht der Elektroden etc..Then, by means of a predictor 44, in particular a SOF predictor, based on a mathematical model 49 of the energy store 10, the predicted operating variable Upred of the energy store 10, such as the voltage drop to be expected with regard to a predefined application-specific load profile, such as a current load profile ILoad(t) ( Block 42) is calculated and thus checked whether the predicted aging state or predicted aging-dependent variable SOH(tpred) and specified state of charge SOC0 and temperature TBatt0 fall below a limit value required for the application, such as a minimum voltage UBattmin. Here, for example, an equivalent circuit diagram or model 49 of the energy store 10 can be used using certain operating variables such as current I, voltage U, temperature T and state variables such as the open-circuit voltage, the concentration polarization, the passage polarization of the various electrodes etc. as well as corresponding parameters (e.g Internal resistance Ri, equivalent capacity C0, resistance and capacity of the acid diffusion or resistance and capacity of the double layer of the electrodes, etc.

Mittels einer Nullstellensuchmethode wie z.B. Newton- oder Sekantenverfahren wird dann iterativ die Lösung tpred der nichtlinearen Gleichung Upred ( ILoad ,  SOH ( tpred ) ,  SOC 0,  TBatt 0 ) UBatt , min = 0 = > tpred = > RUL = tpred t

Figure DE102021202904A1_0001
und damit die Restlebensdauer RUL bestimmt, Block 48.The solution tpred of the non-linear equation is then iteratively determined using a zero-point search method such as Newton's or secant's method updated ( ILoad , SOH ( tpred ) , SOC 0, Tbatt 0 ) UBatt , at least = 0 = > tpred = > RUL = tpred t
Figure DE102021202904A1_0001
and thus the remaining service life RUL is determined, block 48.

Die Zeitreihenvorhersage gemäß Block 40 erfolgt wie nachfolgend beschrieben. Zur Vorhersage einer prädizierten alterungsabhängigen Größe SOH(tpred) auf Basis aktueller und vergangener alterungsabhängiger Größen SOH(t-1), SOH(t) wird ein spezielles Glättungsverfahren, insbesondere das sogenannte Double Exponential Smoothing Verfahren, verwendet, das Level L und Trend T der gemessenen SOH(t) Verläufe mittels nachfolgender Gleichungen bestimmt und damit zukünftige prädizierte alterungsabhängige Größen SOH(tpred) linear extrapoliert:The time series prediction according to block 40 is carried out as described below. A special smoothing method, in particular the so-called double exponential smoothing method, is used to predict a predicted age-dependent variable SOH(tpred) on the basis of current and past age-dependent variables SOH(t-1), SOH(t), the level L and trend T of the measured SOH(t) curves are determined using the following equations and thus future predicted age-dependent variables SOH(tpred) are linearly extrapolated:

Level (L) Update (des SOH-Werts bzw. der alterungsabhängigen Größe): L t = α  Y t + ( 1 α ) [ L t 1 + T t 1 ]

Figure DE102021202904A1_0002
Trend (T) Update (des SOH-Werts): T t = β [ L t L t 1 ] + ( 1 β ) T t 1
Figure DE102021202904A1_0003

  • Yt: SOH Messwert zum Zeitpunkt t
  • t : SOH Vorhersagewert zum Zeitpunkt t
  • α : Glättungsfaktor für den Level L
  • β : Glättungsfaktor für den Trend T 1-Schritt Vorhersagewert:
Y ^ t = L t 1 + T t 1
Figure DE102021202904A1_0004
m-Schritt Vorhersagewert: Y ^ t + m = L t + mT t
Figure DE102021202904A1_0005
Level (L) update (of the SOH value or the age-dependent variable): L t = a Y t + ( 1 a ) [ L t 1 + T t 1 ]
Figure DE102021202904A1_0002
Trend (T) update (of the SOH value): T t = β [ L t L t 1 ] + ( 1 β ) T t 1
Figure DE102021202904A1_0003
  • Y t : SOH measured value at time t
  • Ŷ t : SOH predicted value at time t
  • α : smoothing factor for level L
  • β : smoothing factor for the trend T 1-step predicted value:
Y ^ t = L t 1 + T t 1
Figure DE102021202904A1_0004
m-step predicted value: Y ^ t + m = L t + mT t
Figure DE102021202904A1_0005

Nachfolgend wird die Berechnung der Glättungsfaktoren α und β in Block 40 beschrieben. Entscheidend für die Genauigkeit und Robustheit des Verfahrens ist die geeignete Wahl der Glättungsfaktoren α und β. Hier wurde beispielhaft der Ansatz des Smooth Transition Exponential Smoothing (STES) nach James W. Taylor gewählt, da dieser stabilere Vorhersagen erlaubt. STES ermöglicht eine sanfte Adaption der Glättungsfaktoren α, β in Abhängigkeit einer Transitionsvariablen Vt, die i.d.R. als Funktion des Einschritt-Prädiktionsfehlers vorgegeben wird.The calculation of the smoothing factors α and β in block 40 is described below. The appropriate choice of the smoothing factors α and β is decisive for the accuracy and robustness of the method. Here, the Smooth Transition Exponential Smoothing (STES) approach according to James W. Taylor was chosen as an example, as it allows more stable predictions. STES enables smooth adaptation of the smoothing factors α, β depending on a transition variable Vt, which is usually specified as a function of the one-step prediction error.

Berechnung der Glättungsfaktoren gemäß STES: α t = 1 1 + exp ( a 1 + a 2 V t )

Figure DE102021202904A1_0006
β t = 1 1 + exp ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0007
V t = e t 2
Figure DE102021202904A1_0008

Vt: Transitionsvariable e t = Y ^ t Y t
Figure DE102021202904A1_0009

et: Einschrittvorhersagefehler a 1 ,   a 2 ,   b 1 ,   b 2
Figure DE102021202904A1_0010

Empirische Konstanten mit a2,b2 < 0Calculation of the smoothing factors according to STES: a t = 1 1 + ex ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0006
β t = 1 1 + ex ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0007
V t = e t 2
Figure DE102021202904A1_0008

V t : transition variable e t = Y ^ t Y t
Figure DE102021202904A1_0009

e t : one-step prediction error a 1 , a 2 , b 1 , b 2
Figure DE102021202904A1_0010

Empirical constants with a 2 ,b 2 < 0

Verbesserte RUL-Prognosegenauigkeit bei SOF EOL-KriteriumImproved RUL forecast accuracy on SOF EOL criterion

Bei Anwendung eines SOF EOL-Kriteriums (funktionsspezifische Belastung lload(t)) wird der Ermittlung die prädiktiven Betriebsgröße Upred zu Grunde gelegt und mit einem Grenzwert, beispielsweise Mindestspannung Ubattmin, verglichen wie in Block 44, 46 beispielhaft beschrieben) kann die Prognosegenauigkeit durch nachfolgende Erweiterung der Transitionsvariablen um einen zusätzlichen additiven Term erhöht werden: V t = e t 2 + fak dSOF dSOH ( t ) e t 2

Figure DE102021202904A1_0011
When using a SOF EOL criterion (function-specific load lload(t)), the determination is based on the predictive operating variable Upred and compared with a limit value, for example minimum voltage Ubattmin, as described in block 44, 46 as an example), the forecast accuracy can be increased by subsequent expansion of the transition variables are increased by an additional additive term: V t = e t 2 + fac dSOF dSOH ( t ) e t 2
Figure DE102021202904A1_0011

Der zusätzliche Term bewirkt, dass alterungsabhängige Größen SOH, die sich im aktuellen Arbeitspunkt der Batterie bzw. des Energiespeichers 10 stark auf den prädizierten SOF-Wert bzw. die prädizierte Betriebsgröße Upred auswirken, ausgedrückt durch den SOF-Gradient bzgl. SOH, zu einer stärkeren Anpassung der Glättungsfaktoren a, β beitragen und damit der Fehler zwischen prädiziertem und „gemessenem“ SOF-Verlauf bzw. Betriebsgröße U durch gezielte stärkere Anpassung des entsprechenden Verlaufs der alterungsabhängigen Größe SOH reduziert und damit die RUL-Prognose genauer wird (vgl. 5). In 5 ist der geglättete Verlauf 54 der alterungsabhängigen Größe SOH im Vergleich zu dem gemessenem Verlauf 52 der alterungsabhängigen Größe SOH aufgetragen.The additional term causes aging-dependent variables SOH, which have a strong effect on the predicted SOF value or the predicted operating variable Upred at the current operating point of the battery or the energy store 10, expressed by the SOF gradient with respect to SOH, to a greater extent Adaptation of the smoothing factors a, β and thus the error between the predicted and "measured" SOF curve or operating variable U is reduced through targeted stronger adaptation of the corresponding curve of the aging-dependent variable SOH and the RUL forecast becomes more accurate (cf. 5 ). In 5 the smoothed curve 54 of the age-dependent variable SOH is plotted in comparison to the measured curve 52 of the age-dependent variable SOH.

Eine Verbesserte RUL-Prognosegenauigkeit durch Restlebensdauer-abhängige Anpassung der Glättungsfaktoren α, β wird wie nachfolgend beschrieben erreicht. Bei großer angenommener Restlebensdauer RUL ist eine Prognose der Restlebensdauer RUL auf Basis lokaler Trends T der alterungsabhängigen GrößeSOH bzw. lokaler SOH Trends, d.h. schwach bzw. ungeglätteter Verläufe der alterungsabhängigen Größe SOH(t) nicht sinnvoll, da dies zu großer Varianz der durch lineare Extrapolation ermittelten Werte der Restlebensdauer RUL führt. Andererseits ist der lokale Trend L der alterungsabhängigen Größe bzw. der lokale SOH Trend T nahe Lebensende EOL entscheidend für eine genaue Bestimmung der Restlebensdauer RUL. Eine Restlebensdauer-abhängige Glättung der gemessenen SOH(t) Verläufe führt daher zu einer Verbesserung von Genauigkeit und Robustheit der Prognose der Restlebensdauer RUL über dem Prädiktionshorizont wie in 6 gezeigt. So bezeichnet Kurve 58 den Verlauf der Betriebsgröße U bzw. SOF berechnet aus einem geglätteten Verlauf der alterungsabhängigen Größe SOH im Vergleich zur Messung, Kurve 56. Eingezeichnet ist ebenfalls der prädizierte EOL-Zeitpunkt tpred. Nahe des Lebensendes SOL bzw. tpred erfolgt wie beschrieben eine geringere Glättung.An improved RUL prognosis accuracy by adapting the smoothing factors α, β depending on the remaining service life is achieved as described below. If the remaining service life RUL is assumed to be large, a forecast of the remaining service life RUL on the basis of local trends T of the age-dependent variable SOH or local SOH trends, i.e. weak or unsmoothed curves of the age-dependent variable SOH(t), does not make sense, as this would result in too great a variance in the linear extrapolation determined values of the remaining service life RUL. On the other hand, the local trend L of the age-dependent quantity or the local SOH trend T near the end of life EOL is decisive for an exact determination of the remaining service life RUL. A remaining service life-dependent smoothing of the measured SOH(t) curves therefore leads to an improvement in the accuracy and robustness of the forecast of the remaining service life RUL over the prediction horizon as in 6 shown. Curve 58 designates the progression of the operating variable U or SOF calculated from a smoothed progression of the age-dependent variable SOH in comparison to the measurement, curve 56. The predicted EOL point in time tpred is also plotted. As described, there is less smoothing near the end of life SOL or tpred.

Nachfolgend werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Vorhersage der Restlebensdauer RUL elektrischer Energiespeicher 10 beschrieben. Die Anpassung der Glättungsfaktoren α, β erfolgt abhängig vom RUL Schätzwert RULest : α t = max ( 1, c 1  exp ( c 2   R U L e s t ) ) 1 1 + exp ( a 1 + a 2 V t )

Figure DE102021202904A1_0012
β t = max ( 1, d 1  exp ( d 2   R U L e s t ) ) 1 1 + exp ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0013
mit c1, d1 > 1, c2, d2 < 0, RULest = (UBatt,pred(t) - UBatt,min)/(UBatt,pred(t) - UBatt,pred(t=0))*tA method and an arrangement for predicting the remaining service life RUL of electrical energy stores 10 are described below. The adjustment of the smoothing factors α, β depends on the RUL estimated value RUL est : a t = Max ( 1, c 1 ex ( c 2 R u L e s t ) ) 1 1 + ex ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0012
β t = Max ( 1, i.e 1 ex ( i.e 2 R u L e s t ) ) 1 1 + ex ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0013
with c 1 , d 1 > 1, c 2 , d 2 < 0, RUL est = (U Batt,pred (t) - U Batt,min )/(U Batt,pred (t) - U Batt,pred (t =0))*t

Der RUL Schätzwert RULest wird aus den bei zwei verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 mithilfe des SOF-Prädiktors 44 berechneten prädizierten Spannungen Upred(SOH(t1)), Upred(SOH(t2)) linear extrapoliert.
Voraussetzung ist, dass gilt: Upred(t2) - Upred(t1) << 0 für t2 > t1 . Hier wurde t1=0 und t2=t gewählt.
The RUL estimated value RUL est is linearly extrapolated from the predicted voltages U pred (SOH(t 1 )), U pred (SOH(t 2 )) calculated at two different times t 1 , t 2 using the SOF predictor 44 .
The prerequisite is that: U pred (t 2 ) - U pred (t 1 ) << 0 for t 2 > t 1 . Here t 1 =0 and t 2 =t was chosen.

Durch die Festlegung einer exponentiellen Abhängigkeit der Glättungsfaktoren a, β vom Schätzwert der Restlebensdauer RULest wird der Einfluss der Restlebensdauer RUL auf die Glättungsfaktoren α, β auf einen Bereich nahe EOL begrenzt. Die Parameter der Funktionen für die Glättungsfaktoren α, β können z.B. durch Optimierungsverfahren mit dem Ziel minimaler Varianz des RUL-Prognosefehlers aus bis EOL gemessenen SOH(t)-Verläufen bestimmt werden.By defining an exponential dependence of the smoothing factors a, β on the estimated value of the remaining service life RULest, the influence of the remaining service life RUL on the smoothing factors α, β is limited to a range close to EOL. The parameters of the functions for the smoothing factors α, β can be determined, for example, by optimization methods with the aim of minimal variance of the RUL forecast error from SOH(t) curves measured up to EOL.

Ergibt Abfrage 46, dass die Restlebensdauer RUL erreicht wurde, so können in Block 50 Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. So können entsprechende Warnhinweise an den Fahrer, Fahrzeugbetreiber, Werkstätte oder Ähnliches generiert werden. Eine prädiktive Wartung könnte eingeleitet werden. Auch können bestimmte sicherheitsrelevanten Funktionen gesperrt bzw. nicht mehr zugelassen werden. Ebenfalls wäre das Einleiten entsprechender Gegenmaßnahmen wie beispielsweise das Anfahren des nächsten Parkplatzes, ein Halt am Seitenstreifen etc. bei besonders gravierenden Fehlern möglich.If query 46 reveals that the remaining service life RUL has been reached, countermeasures can be initiated in block 50 . Corresponding warnings can be generated for the driver, vehicle operator, workshop or the like. Predictive maintenance could be initiated. Certain security-relevant functions can also be blocked or no longer permitted. It would also be possible to initiate appropriate countermeasures such as driving to the next parking lot, stopping at the hard shoulder, etc. in the event of particularly serious errors.

Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Überwachung von Energiespeichern 10 für sicherheitsrelevante Anwendungen wie beispielsweise für die Versorgung sicherheitsrelevanter Verbraucher in einem Kraftfahrzeug insbesondere beim autonomen Fahren. Die Verwendung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt.The method described is particularly suitable for monitoring energy storage devices 10 for safety-relevant applications such as, for example, for supplying safety-relevant consumers in a motor vehicle, in particular in the case of autonomous driving. However, the use is not limited to this.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018220494 A1 [0002]DE 102018220494 A1 [0002]

Claims (15)

Verfahren zum Überwachen eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei der Energiespeicher (10) zumindest einen Verbraucher vorzugsweise für eine sicherheitsrelevante Fahrfunktionen versorgt, wobei zumindest eine alterungsabhängige Größe (SOH(tpred)) des Energiespeichers (10) für einen zukünftigen Zeitpunkt (tpred) prädiziert wird, wobei zumindest in Abhängigkeit der pädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) bei einer bestimmten zugrundegelegten Belastung (42) des Energiespeichers (10) eine prädizierte Betriebsgröße (Upred) des Energiespeichers (10) prädiziert wird, wobei die prädizierte Betriebsgröße (Upred) des Energiespeichers (10) mit einem vorgebbaren Grenzwert, insbesondere eine Minimalanforderung wie das Erreichen einer Minimalspannung (UBattmin), verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die prädizierte alterungsabhängige Größe (SOH(tpred)) aus zumindest einer aktuellen und/oder einer vergangenen alterungsabhängigen Größe (SOH(t); SOH(t-1)) des Energiespeichers (10), insbesondere abgelei-tet aus einer Messung einer Messgröße (U, I, T) wie Spannung, Strom, Temperatur etc. des Energiespeichers (10), ermittelt wird.Method for monitoring an energy store in a motor vehicle, the energy store (10) supplying at least one consumer, preferably for a safety-related driving function, with at least one age-dependent variable (SOH(tpred)) of the energy store (10) being predicted for a future point in time (tpred). , a predicted operating variable (Upred) of the energy store (10) being predicted at least as a function of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) given a specific underlying load (42) of the energy store (10), the predicted operating variable (Upred) of the Energy store (10) is compared with a predeterminable limit value, in particular a minimum requirement such as reaching a minimum voltage (UBattmin), characterized in that the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) is derived from at least one current and/or past age-dependent variable ( SOH(t); SOH(t-1)) of energy storage hers (10), in particular derived from a measurement of a measured variable (U, I, T) such as voltage, current, temperature, etc. of the energy store (10). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Restlebensdauer (RUL) des Energiespeichers (10) zu dem Zeitpunkt erreicht wird, wenn die prädizierte Betriebsgröße (Upred) den Grenzwert, insbesondere die Minimalanforderung (UBattmin), erreicht.procedure after claim 1 , characterized in that a remaining service life (RUL) of the energy store (10) is reached at the point in time when the predicted operating variable (Upred) reaches the limit value, in particular the minimum requirement (UBattmin). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH (tpred)) eine insbesondere exponentiell mit der zurückliegenden Zeit abnehmende Gewichtung zumindest der aktuellen und/oder zumindest der vergangenen alterungsabhängigen Größe (SOH(t), SOH(t-1)) vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the predicted age-dependent variable (SOH (tpred)), a weighting, which in particular decreases exponentially over the past time, is used at least for the current and/or at least the past age-dependent variable (SOH(t), SOH(t-1)) is made. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glättungsfaktor (α, β) der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH (tpred)) von einem Prädiktionsfehler der prädizierten Betriebsgröße (Upred) und/oder der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH (tpred)) abhängt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one smoothing factor (α, β) of the predicted age-dependent variable (SOH (tpred)) depends on a prediction error of the predicted operating variable (Upred) and/or the predicted age-dependent variable (SOH (tpred) ) depends. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Glättungsfaktor (α, β) der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) in Abhängigkeit von der Restlebensdauer (RUL) angepasst wird, insbesondere indem mit zunehmender Restlebensdauer eine Glättung durch den Glättungsfaktor (α, β) reduziert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one smoothing factor (α, β) of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) is adapted as a function of the remaining service life (RUL), in particular by smoothing by the smoothing factor as the remaining service life increases (α, β) is reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Prädiktion der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) die jeweils letzte alterungsabhängige Größe (SOH(t-1)) verwendet bzw. gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the last age-dependent variable (SOH(t-1)) in each case is used or stored for the prediction of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die prädizierte Betriebsgröße (Upred) des Energiespeichers (10) unter Verwendung eines Modells (49) des Energiespeichers (10) und/oder unter Verwendung eines Lastprofils (42) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predicted operating variable (Upred) of the energy store (10) is determined using a model (49) of the energy store (10) and/or using a load profile (42). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Prädiktion der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) zumindest ein Level (L) und/oder ein Trend (T) der prädizierten alterungsabhängigen Größe (SOH(tpred)) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the prediction of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) at least one level (L) and/or a trend (T) of the predicted age-dependent variable (SOH(tpred)) is determined . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Level (Lt) in Abhängigkeit von einer aktuellen und/oder vergangenen alterungsabhängigen Größe (SOH(t), SOH(t-1)) und/oder in Abhängigkeit von einem Glättungsfaktor (a) und/oder von einem zurückliegenden Level (Lt-1) und/oder in Abhängigkeit von einem zurückliegenden Trend (Tt-1) ermittelt wird, insbesondere nach folgender Formel: Lt = α Yt + (1 - α) [Lt -1 + Tt -1], mit Lt Level, α Glättungsfaktor, Yt alterungsabhängige Größe, Lt -1 zurückliegender Level, Tt-1 zurückliegender Trend.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the level (Lt) as a function of a current and/or past age-dependent variable (SOH(t), SOH(t-1)) and/or as a function of a smoothing factor (a ) and/or from a past level (Lt-1) and/or as a function of a past trend (Tt-1), in particular according to the following formula: Lt = α Yt + (1 - α) [Lt -1 + Tt -1], with Lt level, α smoothing factor, Yt age-dependent variable, Lt -1 past level, Tt-1 past trend. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trend (Tt) in Abhängigkeit von einem aktuellen und/oder zurückliegenden Level (Lt, Lt -1) und/oder einem weiteren Glättungsfaktor (β) und/oder einen zurückliegenden Trend (Tt -1) ermittelt wird, insbesondere nach folgender Formel: Tt = β [ Lt Lt 1 ] + ( 1 β ) Tt 1,
Figure DE102021202904A1_0014
mit Tt der aktuelle Trend, β der weitere Glättungsfaktor, Lt der aktuelle Level, Lt -1 der zurückliegende Level, Tt -1 der zurückliegende Trend.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the trend (Tt) as a function of a current and/or previous level (Lt, Lt -1) and/or a further smoothing factor (β) and/or a previous trend (Tt -1) is determined, in particular according to the following formula: tt = β [ Lt Lt 1 ] + ( 1 β ) tt 1,
Figure DE102021202904A1_0014
with Tt the current trend, β the additional smoothing factor, Lt the current level, Lt -1 the previous level, Tt -1 the previous trend.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren (α, β) über ein exponentielles Glättungsverfahren ermittelt wird, insbesondere unter Verwendung einer der nachfolgenden Formen: α t = 1 1 + exp ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0015
und/oder β t = 1 1 + exp ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0016
Wobei at der Glättungsfaktor zum Zeitpunkt t, βt der weitere Glättungsfaktor zum Zeitpunkt t, wobei vt eine Transitionsvariable bzw. einem Quadrat eines Einschrittvorhersagefehlers (et) bzw. der Formel V t = e t 2
Figure DE102021202904A1_0017
mit e t = Y ^ t Y t
Figure DE102021202904A1_0018
entspricht, wobei Yt die prädizierte alterungsabhängige Größe (SOH(tpred) sowie Yt die zugehörige tatsächliche alterungsabhängige Größe (SOH(t)) darstellen und wobei a1, a2, b1, b2 empirische Konstanten darstellen.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the smoothing factors (α, β) is determined using an exponential smoothing method, in particular using one of the following forms: a t = 1 1 + ex ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0015
and or β t = 1 1 + ex ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0016
Where at is the smoothing factor at time t, βt is the further smoothing factor at time t, where vt is a transition variable or a square of a one-step prediction error (et) or the formula V t = e t 2
Figure DE102021202904A1_0017
With e t = Y ^ t Y t
Figure DE102021202904A1_0018
corresponds to where Yt represents the predicted age-dependent variable (SOH(tpred) and Yt represents the associated actual age-dependent variable (SOH(t)) and wherein a1, a2, b1, b2 represent empirical constants.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren (α, β) beeinflusst wird, indem eine solche alterungsabhängige Größe (SOH), die sich im aktuellen Arbeitspunkt des Energiespeichers (10) stark auf die prädizierte Betriebsgröße (Upred) auswirkt, zu einer stärkeren Anpassung herangezogen wird, insbesondere ausgedrückt durch einen Gradienten der prädizierten Betriebsgröße (Upred) bezüglich der alterungsabhängigen Größe (SOH), insbesondere ausgedrückt durch nachfolgende Formel: V t = e t 2 + fak dSOF dSOH ( t ) e t 2
Figure DE102021202904A1_0019
wobei vt eine Transitionsvariable sowie et einen Einschrittvorhersagefehler darstellt.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the smoothing factors (α, β) is influenced by such an aging-dependent variable (SOH) which has a strong impact on the predicted operating variable (Upred) at the current operating point of the energy store (10). affects, is used for a stronger adjustment, expressed in particular by a gradient of the predicted operating variable (Upred) with respect to the aging-dependent variable (SOH), expressed in particular by the following formula: V t = e t 2 + fac dSOF dSOH ( t ) e t 2
Figure DE102021202904A1_0019
where vt is a transition variable and et is a one-step prediction error.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Glättungsfaktoren (α, β) in Abhängigkeit von der Restlebensdauer (RUL) des Energiespeichers (10) beeinflusst wird, insbesondere durch eine exponentiell Abhängigkeit des Glättungsfaktors (α, β) von einem Schätzwert der Restlebensdauer (RUL), insbesondere in Abhängigkeit zumindest einer der nachfolgender Formeln α t = max ( 1, c 1  exp ( c 2   R U L e s t ) ) 1 1 + exp ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0020
β t = max ( 1, d 1  exp ( d 2   R U L e s t ) ) 1 1 + exp ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0021
mit Parameter c1, d1 > 1, Parameter c2, d2 < 0, prädizierte Restlebensdauer RULest = (UBatt,pred(t) - UBatt,min)/(UBatt,pred(t) - UBatt,pred(t=0))*t.
Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the smoothing factors (α, β) is influenced as a function of the remaining service life (RUL) of the energy store (10), in particular by an exponential dependence of the smoothing factor (α, β) on a Estimated value of the remaining service life (RUL), in particular as a function of at least one of the following formulas a t = Max ( 1, c 1 ex ( c 2 R u L e s t ) ) 1 1 + ex ( a 1 + a 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0020
β t = Max ( 1, i.e 1 ex ( i.e 2 R u L e s t ) ) 1 1 + ex ( b 1 + b 2 V t )
Figure DE102021202904A1_0021
with parameter c1, d1 > 1, parameter c2, d2 < 0, predicted remaining service life RULest = (UBatt,pred(t) - UBatt,min)/(UBatt,pred(t) - UBatt,pred(t=0)))* t.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der prädizierten Betriebsgröße (Upred) mit dem Grenzwert bei bestimmten weiteren Parametern wie vorgegebener Ladezustand (SOC0) und/oder Temperatur (TBatt0) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comparison of the predicted operating variable (Upred) with the limit value is carried out with certain further parameters such as the specified state of charge (SOC0) and/or temperature (TBatt0). Vorrichtung, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung insbesondere zumindest Bestandteil eines Sensors (12), bevorzugt eines Batteriesensors, und/oder eines Steuergeräts eines Fahrzeugs, insbesondere ein Fahrzeugcomputer (24), Gateway, Energiemanagement-Steuergerät und/oder eines Rechners eines Cloud-Systems (26) ist.Device set up to carry out the method according to one of the preceding claims, the device in particular being at least part of a sensor (12), preferably a battery sensor, and/or a control unit of a vehicle, in particular a vehicle computer (24), gateway, energy management control unit and /or a computer of a cloud system (26).
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