DE102022123466A1

DE102022123466A1 - Method for determining a capacity of an HV battery with a hysteretic characteristic of the open cell voltage

Info

Publication number: DE102022123466A1
Application number: DE102022123466.5A
Authority: DE
Inventors: Moritz Eitler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2022-09-14
Publication date: 2024-03-14

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer Traktionsbatterie, deren OCV-Kennlinie (22, 23) eine Hysterese aufweist, mit den folgenden Schritten: Herbeiführen und/oder Abwarten einer ersten Phase, während welcher ein Batteriestromfluss ausschließlich in eine erste Richtung erfolgt bzw. detektiert wird (S1); Abwarten einer ersten Relaxationszeit, während der kein Batteriestrom fließt (S2); Bestimmen einer ersten Leerlaufspannung (OCV1) der Batterie nach Ablauf der ersten Relaxationszeit (S3); Herbeiführen und/oder Abwarten einer zweiten Phase, während welcher der Batteriestromfluss ausschließlich in eine zweite Richtung erfolgt bzw. detektiert wird (S4); Abwarten einer zweiten Relaxationszeit, während der kein Batteriestrom fließt (S5); Bestimmen einer zweiten Leerlaufspannung (OCV2) der Batterie nach Ablauf der zweiten Relaxationszeit (S6); Bestimmen der Kapazität der Batterie auf Basis des ersten Leerlaufspannung (OCV1) und der zweiten Leerlaufspannung (OCV2)(S7).

In various embodiments, a method for determining a capacity of a traction battery whose OCV characteristic curve (22, 23) has a hysteresis comprises the following steps: bringing about and/or waiting for a first phase during which a battery current flow occurs exclusively in a first direction or is detected (S1); Waiting for a first relaxation time during which no battery current flows (S2); Determining a first open-circuit voltage (OCV1) of the battery after the first relaxation time (S3); bringing about and/or waiting for a second phase during which the battery current flow occurs or is detected exclusively in a second direction (S4); Waiting for a second relaxation time during which no battery current flows (S5); Determining a second open-circuit voltage (OCV2) of the battery after the second relaxation time (S6); Determine the capacity of the battery based on the first open circuit voltage (OCV1) and the second open circuit voltage (OCV2)(S7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer HV-Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines teil- oder vollelektrisch angetriebenen Fahrzeugs, deren Kennlinie der offenen Zellspannung einer Hysterese behaftet ist.The present invention relates to a method for determining a capacity of an HV battery, for example a traction battery of a partially or fully electrically powered vehicle, whose open cell voltage characteristic curve is subject to hysteresis.

Um den genauen Ladezustand (SoC, state of charge) einer HV-Batterie zu bestimmen, wird üblicherweise ein sogenannter OCV-Abgleich (OCV: open circuit voltage - offene Klemmspannung bzw. Leerlaufspannung) vollzogen. Dazu wird nach einer gewissen lastfreien Ruhephase Leerlaufspannung an den Einzelzellen der HV-Batterie gemessen. Einer gemessenen Leerlaufspannung ist ein bestimmter SOC-Wert zugeordnet, wobei der Zusammenhang zwischen Leerlaufspannung und SOC durch die sogenannte OCV-Kennlinie bestimmt ist.In order to determine the exact state of charge (SoC) of an HV battery, a so-called OCV adjustment (OCV: open circuit voltage) is usually carried out. To do this, after a certain no-load rest period, the idle voltage is measured on the individual cells of the HV battery. A measured no-load voltage is assigned a specific SOC value, with the relationship between no-load voltage and SOC being determined by the so-called OCV characteristic.

Zur Bestimmung der Batteriekapazität wird ein OCV-Abgleich vor und nach einem hinsichtlich der Batteriekapazität größeren SOC-Hub vollzogen, während für die Dauer des erfolgenden SOC-Hubs, also während eines Lade- oder Entladevorgangs der HV-Batterie, das dazugehörige Stromintegral ermittelt wird. Aus dem ermittelten Stromintegral und den genau bestimmten Leerlaufspannungen kann die aktuelle Batteriekapazität berechnet werden. Eine Aktualisierung des Wertes der Batteriekapazität, welche über die Lebensdauer der HV-Batterie abnimmt, ist von großer Bedeutung, da dieser beispielsweise bei einem Elektrofahrzeug einen für dessen Reichweite maßgeblichen Parameter darstellt.To determine the battery capacity, an OCV adjustment is carried out before and after a SOC hub that is larger in terms of battery capacity, while the associated current integral is determined for the duration of the SOC hub that occurs, i.e. during a charging or discharging process of the HV battery. The current battery capacity can be calculated from the determined current integral and the precisely determined no-load voltages. An update of the value of the battery capacity, which decreases over the lifespan of the HV battery, is of great importance because, for example, in an electric vehicle, this represents a parameter that determines its range.

Bei der soeben skizzierten und aus dem Stand der Technik bekannten Methode zur Bestimmung einer Batteriekapazität besteht das Problem, dass OCV-Kennlinien gewisser Zellchemien eine Hysterese aufweisen. Das bedeutet, dass sich abhängig von der Historie einer vorher stattgefundenen Batteriebelastung durch Lade- und Entladevorgänge eine andere Leerlaufspannung einstellt. Beispielsweise ist bekannt, dass nach einer Ladebelastung liegt die Leerlaufspannung höher ist als nach einer Entladebelastung.The problem with the method for determining battery capacity that has just been outlined and is known from the prior art is that OCV characteristics of certain cell chemistries exhibit hysteresis. This means that a different no-load voltage is established depending on the history of previous battery loading through charging and discharging processes. For example, it is known that the open-circuit voltage is higher after a charging load than after a discharging load.

Eine Fahrt mit einem Elektrofahrzeug ist für gewöhnlich durch abwechselnde und unterschiedlich intensive Ladebelastungen (Rekuperationsphasen) und Entladebelastungen (Beschleunigungen, Konstantfahrt) charakterisiert. Die nominell vom Hersteller angegebene Lade-OCV-Kennlinie (einen reinen Ladevorgang charakterisierende OCV-Kennlinie) gilt erst nach einer gewissen Zeit (z.B. einige Minuten), während der eine gewisse Ladelast (z.B. einige Ampere Ladestrom) anliegt. Analog dazu gilt die Entlade-OCV-Kennlinie (einen reinen Entladevorgang charakterisierende OCV-Kennlinie) gilt erst nach einer gewissen Zeit (z.B. einige Minuten), während der eine gewisse Entladelast (z.B. einige Ampere Entladestrom) anliegt. Wird beim Fahren, wie üblich, zwischen Laden und Entladen gewechselt und es folgt keine Ruhephase, führt die Verwendung einer der beiden OCV-Kennlinien bei einen OCV-Abgleich aufgrund einer Hysterese der OCV-Kennlinie zu verfälschten Leerlaufspannungswerten. Die auf Basis dieser Werte ermittelten SOC-Werte sind dann ebenfalls ungenau, im Extremfall im zweistelligen Prozentbereich, wodurch letztendlich auch die Kapazitätsbestimmung ein ungenaues Ergebnis liefert (einige %-Punkte). Bei den heutzutage in Elektrofahrzeugen eingesetzten Traktionsbatterien kann das eine Verfälschung der Reichweitenangabe im zweistelligen Kilometerbereich bedeuten, was für einen Fahrer eines dadurch möglicherweise kurz vor der Haustür liegengebliebenen Elektrofahrzeugs sehr ärgerlich sein kann.A journey with an electric vehicle is usually characterized by alternating and varying intensity charging loads (recuperation phases) and discharging loads (accelerations, constant travel). The nominal charging OCV characteristic specified by the manufacturer (OCV characteristic that characterizes a pure charging process) only applies after a certain time (e.g. a few minutes) during which a certain charging load (e.g. a few amperes of charging current) is applied. Similarly, the discharge OCV characteristic (OCV characteristic that characterizes a pure discharging process) only applies after a certain time (e.g. a few minutes) during which a certain discharge load (e.g. a few amperes of discharge current) is applied. If, as usual, you switch between charging and discharging while driving and there is no rest phase, the use of one of the two OCV characteristics during an OCV adjustment leads to incorrect no-load voltage values due to hysteresis in the OCV characteristic. The SOC values determined on the basis of these values are then also inaccurate, in extreme cases in the double-digit percentage range, which ultimately means that the capacity determination also delivers an inaccurate result (a few percentage points). With the traction batteries used in electric vehicles today, this can mean a falsification of the range information in the double-digit kilometer range, which can be very annoying for the driver of an electric vehicle that may have broken down on the doorstep.

Zur Lösung dieser Problematik schlägt Druckschrift DE 10 2016 119 121 A1 beispielsweise vor, ein Laden einer Traktionsbatterie nur dann vorzunehmen, wenn diese relaxiert ist, was mittels eines gespeicherten Batterieprofils oder Ablaufen einer dazu gehörenden Relaxationszeit bestimmt werden kann. Falls die Traktionsbatterie als relaxiert befunden wird, kann das Laden sofort beginnen. Falls die Batterie nicht relaxiert ist, wird das Laden der Batterie für die Relaxationsperiode aufgeschoben. Die Batteriekapazität wird schließlich basierend auf dem Ladezustand zu Beginn des Ladens, dem Ladestrom und dem Ladezustand an dem Ende des Ladens bestimmt.To solve this problem, publication is suggested DE 10 2016 119 121 A1 For example, a traction battery should only be charged when it is relaxed, which can be determined by means of a stored battery profile or the expiration of an associated relaxation time. If the traction battery is found to be relaxed, charging can begin immediately. If the battery is not relaxed, charging the battery is postponed for the relaxation period. The battery capacity is finally determined based on the state of charge at the start of charging, the charging current and the state of charge at the end of charging.

Ferner ist aus DE 10 2020 127 773 A1 ein Verfahren zum Ermitteln einer Kapazität einer Batteriezellenanordnung eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem während eines Betriebs der Batteriezellenanordnung durch eine Prozessorschaltung mittels Stromstärkedaten einer Messschaltung detektiert wird, dass ein von Null verschiedener Batteriestrom der Batteriezellenanordnung ein Konstantstrom ist. Zusätzlich oder alternativ dazu wird ein solcher Konstantstrom gezielt eingestellt, indem durch die Prozessorschaltung mittels eines Steuersignals an eine Steuerschaltung der Konstantstrom als der Batteriestrom eingestellt wird. Es wird also ein Konstantstrom abgewartet oder gezielt eingestellt. Ferner wird bei detektiertem und/oder eingestelltem Konstantstrom eine vorbestimmte Wartedauer abgewartet, bis die durch den Stofftransport innerhalb der Zelle bedingten Konzentrationsgradienten und die dadurch resultierenden Überspannungen näherungsweise konstant sind. Nach Abwarten der Wartedauer ergibt sich also eine näherungsweise konstante Überspannung. Dann wird (bei fließendem Konstantstrom) anhand von Spannungswertdaten der Messschaltung ein Wert des zeitlichen Gradienten der Batteriespannung ermittelt, welcher mittels einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift einem Kapazitätswert zugeordnet wird.Further is over DE 10 2020 127 773 A1 a method for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle is known, in which, during operation of the battery cell arrangement, it is detected by a processor circuit using current data from a measuring circuit that a non-zero battery current of the battery cell arrangement is a constant current. Additionally or alternatively, such a constant current is set specifically by the processor circuit using a control signal to a control circuit to set the constant current as the battery current. A constant current is therefore waited for or set specifically. Furthermore, when the constant current is detected and/or set, a predetermined waiting period is waited until the concentration gradients caused by the mass transport within the cell and the resulting overvoltages are approximately constant. After waiting for the waiting period, an approximately constant overvoltage results. Then (with constant current flowing) a value of the time gradient is obtained based on voltage value data from the measuring circuit The battery voltage is determined, which is assigned to a capacity value using a predetermined assignment rule.

Druckschrift US 2006/0244458 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen einer Batteriekapazität, bei dem zur Ermittlung der SOC-Werte ein erster OCV-Wert gemessen, dann ein Test mit dynamischen Spannungsmustern (z.B. eine Entladung während der Fahrt) durchgeführt und dann eine Relaxationszeit abgewartet wird, bevor ein zweiter OCV-Wert gemessen wird. Die mittels Entlade-Kapazitätsmessung ermittelten OCV-Werte werden auf Basis einer zuvor experimentell ermittelten Tabelle in entsprechende SOC-Werte umgewandelt, um daraus schlussendlich die aktuelle Batteriekapazität zu bestimmen.Printed publication US 2006/0244458 A1 discloses a method for determining a battery capacity, in which a first OCV value is measured to determine the SOC values, a test is then carried out with dynamic voltage patterns (e.g. a discharge while driving) and then a relaxation time is waited before a second OCV value is determined. Value is measured. The OCV values determined by means of discharge capacity measurement are converted into corresponding SOC values based on a previously experimentally determined table in order to ultimately determine the current battery capacity.

Im Lichte des Vorgenannten kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, ein Verfahren für ein möglichst genaues Bestimmen einer Kapazität einer HV-Batterie bereitzustellen, deren offene Zellspannung eine Hysterese aufweist.In light of the above, the object of the present invention can be seen as providing a method for determining as precisely as possible a capacity of an HV battery whose open cell voltage has a hysteresis.

Diese Aufgabe wird mittels der Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.This task is solved by means of the subject matter of the independent patent claims. Further preferred embodiments can be found in the dependent patent claims.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch eine gezielte Vorbereitung der Batterie ein genauer OCV-Abgleich auf Basis der nominellen Entlade-OCV-Kennlinie oder der Lade-OCV-Kennlinie trotz vorliegender Hysterese der Batterie vorgenommen werden kann, wodurch ein dazugehöriger SOC präzise bestimmt werden kann. Die Vorbereitung der Batterie im Vorfeld einer OCV-Messung umfasst eine erste Stufe, in der gezielt entweder ein Ladestrom in die Batterie oder ein Entladestrom aus der Batterie herausfließt, sowie eine nachfolgende zweite Stufe, in der die Batteriezellen der HV-Batterie relaxieren können.The invention is based on the knowledge that through targeted preparation of the battery, an exact OCV adjustment can be carried out based on the nominal discharge OCV characteristic or the charging OCV characteristic despite the presence of hysteresis in the battery, whereby an associated SOC can be precisely determined can be. The preparation of the battery in advance of an OCV measurement includes a first stage in which either a charging current flows into the battery or a discharging current flows out of the battery, as well as a subsequent second stage in which the battery cells of the HV battery can relax.

Im normalen Fahrbetrieb eines Elektrofahrzeugs wird die darin angeordnete Traktionsbatterie wechselnd entladen, um den Antriebsstrang mit Leistung zu versorgen, und durch Rekuperationsbremsen geladen. Diese beiden Vorgänge wechseln sich in unregelmäßigen Abständen kontinuierlich ab, so dass hier keine Phase im Sinne der Erfindung vorliegt, während der ein Batteriestromfluss nur in eine Richtung für eine ausreichend lange Zeit erfolgt. Diese sich im normalen Fahrbetreib eines Elektrofahrzeugs abwechselnden Lade- und Endladeströme bedingen Gradienten innerhalb der Batteriechemie der Batteriezellen, die Messungen der Leerlaufspannung verfälschen. Dadurch kann die Kapazität der Batterie auf Basis von zwei ermittelten SOC-Werten und dem zwischen diesen Werten ermittelten Stromintegral im laufenden Betrieb des Elektrofahrzeugs nicht präzise bestimmt werden.During normal driving of an electric vehicle, the traction battery located in it is alternately discharged in order to supply the drive train with power and charged by recuperation brakes. These two processes alternate continuously at irregular intervals, so that there is no phase in the sense of the invention during which a battery current flows only in one direction for a sufficiently long time. These alternating charging and discharging currents during normal driving of an electric vehicle cause gradients within the battery chemistry of the battery cells, which distort measurements of the idle voltage. As a result, the capacity of the battery cannot be precisely determined on the basis of two determined SOC values and the current integral determined between these values during ongoing operation of the electric vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, verfolgt eine zweistufige Vorbereitung der Batterie für die OCV-Messung, um einen möglichst genauen Messwert zu erhalten. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die OCV-Kennlinie der Batterie eine Hysterese aufweist, also die Entlade-OCV-Kennlinie einen anderen Verlauf aufweist als die Lade-OCV-Kennlinie.The method according to the invention for determining a capacity of a battery, in particular a traction battery of an electric vehicle, follows a two-stage preparation of the battery for the OCV measurement in order to obtain the most accurate measurement possible. It is assumed here that the OCV characteristic of the battery has a hysteresis, i.e. the discharging OCV characteristic has a different course than the charging OCV characteristic.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine erste Phase gezielt herbeigeführt oder abgewartet, während welcher ein Batteriestromfluss ausschließlich in eine erste Richtung erfolgt bzw. detektiert wird. Die erste Phase kann eine vorgegebene Zeitdauer aufweisen, welche beispielsweise von Faktoren wie dem Alter, der Temperatur, der bisherigen Betriebsdauer oder dem aktuellen Ladestand (SOC) der Batterie abhängen kann. Ebenfalls können die Intensität und/oder Richtungsverteilung der Batterieströme (z.B. im Hinblick auf deren Homogenität) innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters vor dem Betrachtungszeitpunkt oder Umweltfaktoren diese Zeitdauer beeinflussen. Während der ersten Phase wird die Batterie in einen Zustand versetzt, indem die chemischen Prozesse entweder durch einen Lade- oder einen Entladevorgang geprägt sind. According to the method according to the invention, a first phase is first specifically brought about or waited for, during which a battery current flow occurs or is detected exclusively in a first direction. The first phase can have a predetermined period of time, which can depend, for example, on factors such as the age, the temperature, the previous operating time or the current state of charge (SOC) of the battery. The intensity and/or directional distribution of the battery currents (e.g. with regard to their homogeneity) within a predetermined time window before the time of observation or environmental factors can also influence this period of time. During the first phase, the battery is put into a state in which the chemical processes are characterized by either charging or discharging.

Dadurch wird die OCV-Kennlinie der Batterie in Richtung der reinen Lade- bzw. Entlade-OCV-Kennlinie verschoben oder im Optimalfall auf diese eingestellt. Anders ausgedrückt wird dadurch der Zustand der Batterie aus einer unbekannten Lage innerhalb eines Kennfeldes, welches durch die Entlade-OCV-Kennlinie und die Lade-OCV-Kennlinie begrenzt ist, zu einer Lage am Rand des Kennfeldes hin verschoben.This shifts the OCV characteristic of the battery in the direction of the pure charging or discharging OCV characteristic or, in the optimal case, adjusts it to this. In other words, the state of the battery is shifted from an unknown position within a map, which is limited by the discharging OCV characteristic and the charging OCV characteristic, to a position at the edge of the map.

In einer nachfolgenden zweiten Stufe der Vorbereitung weist das erfindungsgemäße Verfahren Abwarten einer ersten Relaxationszeit auf, während der kein Batteriestrom fließt. Während dieser Ruhezeit relaxiert die Batterie in einen Zustand, in dem die Zellchemie weitestgehend einen Gleichgewichtszustand erreicht. Ein OCV-Abgleich an einer relaxierten Batterie liefert üblicherweise eine präzisere Leerlaufspannung. Die Relaxationszeit kann einem vordefinierten Wert entsprechen, welcher grundsätzlich von den gleichen Faktoren abhängen kann wie die erste Phase, also von Betriebs- bzw. Zustandsparametern der Batterie und/oder Umgebungsbedingungen.In a subsequent second stage of preparation, the method according to the invention involves waiting for a first relaxation time during which no battery current flows. During this rest period, the battery relaxes into a state in which the cell chemistry largely reaches a state of equilibrium. An OCV adjustment on a relaxed battery usually provides a more precise open circuit voltage. The relaxation time can correspond to a predefined value, which can fundamentally depend on the same factors as the first phase, i.e. on operating or condition parameters of the battery and/or environmental conditions.

Nach Ablauf der Relaxationszeit wird eine erste Leerlaufspannung gemessen bzw. ein erster OCV-Abgleich vorgenommen. Dem erhaltenen Messwert kann ein SOC-Wert präzise zugeordnet werden, da bekannt ist, ob der zum OCV-Wert dazugehörige SOC-Wert gemäß der Lade-OCV-Kennlinie oder der Entlade-OCV-Kennlinie bestimmt werden soll. Diese beiden Kennlinien können vor Einsatz der Batteriezellen in der Traktionsbatterie vermessen werden, falls sie nicht ohnehin vom Hersteller der in der Traktionsbatterie verwendeten Batteriezellen mitgeliefert werden.After the relaxation time has elapsed, a first open-circuit voltage or a first one is measured OCV adjustment carried out. An SOC value can be precisely assigned to the measured value obtained, since it is known whether the SOC value associated with the OCV value should be determined according to the charging OCV characteristic or the discharging OCV characteristic. These two characteristics can be measured before using the battery cells in the traction battery if they are not already supplied by the manufacturer of the battery cells used in the traction battery.

Nach dem Bestimmen der ersten Leelaufspannung wird der zweistufige Vorbereitungsvorgang der Batterie im Wesentlichen wiederholt. Das heißt, es wird im Anschluss an den ersten OCV-Abgleich eine zweite Phase gezielt herbeigeführt oder abgewartet, während welcher der Batteriestromfluss ausschließlich in eine zweite Richtung erfolgt oder detektiert wird. Daraufhin wird eine zweite Relaxationszeit abgewartet, während der kein Batteriestrom fließt. Die zweite Relaxationszeit kann der ersten Relaxationszeit entsprechen oder von dieser unterschiedlich sein. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dann Bestimmen einer zweiten Leerlaufspannung der Batterie nach Ablauf der zweiten Relaxationszeit auf, welche wiederum mit einem zweiten SOC-Wert korreliert ist. Auch hier erfolgt die Bestimmung des dazugehörigen zweiten SOC-Wertes in Abhängigkeit von der zweiten Stromflussrichtung entweder gemäß der Entlade-SOC-Kennlinie oder gemäß der Lade-SOC-Kennlinie.After determining the first open voltage, the two-step battery preparation process is essentially repeated. This means that following the first OCV adjustment, a second phase is specifically brought about or waited for, during which the battery current flow occurs or is detected exclusively in a second direction. A second relaxation time is then waited for, during which no battery current flows. The second relaxation time may correspond to or be different from the first relaxation time. The method according to the invention then includes determining a second open-circuit voltage of the battery after the second relaxation time has elapsed, which in turn is correlated with a second SOC value. Here too, the associated second SOC value is determined depending on the second current flow direction either according to the discharging SOC characteristic curve or according to the charging SOC characteristic curve.

Nachdem die beiden SOC-Werte bestimmt worden sind und der dazwischen erfolgende Stromfluss gemessen und aufintegriert worden ist (Stromintegral), kann auf dieser Basis die aktuelle Kapazität der Batterie präzise bestimmt werden, ohne dass der Wert durch die Hysterese der Batterie verfälscht wird.After the two SOC values have been determined and the current flow between them has been measured and integrated (current integral), the current capacity of the battery can be determined precisely on this basis without the value being falsified by the battery's hysteresis.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erste Richtung der zweiten Richtung entgegengesetzt sein. So kann es sich in der ersten Phase um einen Stromfluss von der Batterie weg (Entladestrom) und in der zweiten Phase um einen Stromfluss zur Batterie hin (Ladestrom) handeln. Die erste Phase kann während des normalen Betriebs des Elektrofahrzeugs erfolgen, während der das Elektrofahrzeug mit seinen Komponenten als Verbraucher wirkt. Falls das Elektrofahrzeug nicht bewegt wird, können während der ersten Phase gezielt Komponenten des Fahrzeugs (z.B. Klimaanlage, Musikanlage, Kühlsystem der Traktionsbatterie) betrieben werden, welche aus Sicht der Batterie als Lasten wirken und einen Entladestrom bewirken.According to further embodiments of the method according to the invention, the first direction can be opposite to the second direction. The first phase can be a current flow away from the battery (discharging current) and the second phase can be a current flow towards the battery (charging current). The first phase can occur during normal operation of the electric vehicle, during which the electric vehicle and its components act as a consumer. If the electric vehicle is not moving, components of the vehicle (e.g. air conditioning, music system, traction battery cooling system) can be operated during the first phase, which act as loads from the battery's perspective and cause a discharge current.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die erste Phase Deaktivieren der Rekuperationsfunktion aufweisen. Dadurch kann die erste Phase während einer Fahrt des Elektrofahrzeugs herbeigeführt werden, in der kein Ladestrom zur Batterie fließt, sondern die Batterie stets einen Ladestrom bereitstellt. Hierbei ist unschädlich, wenn während der ersten Phase für kurze Zeitdauern (z.B. einige bis einige Zehn Sekunden) gar kein oder vernachlässigbarer Entladestrom von der abließt (beispielsweise Kurzstopp während der Fahrt an einem Bahnübergang). Durch Deaktivierung der Rekuperationsfunktion des Elektrofahrzeugs kann der Zustand der Batterie während der Fahrt gezielt auf die Entlade-OCV-Kennlinie eingestellt werden.According to further embodiments of the method according to the invention, the first phase can include deactivation of the recuperation function. This allows the first phase to be brought about while the electric vehicle is traveling, in which no charging current flows to the battery, but rather the battery always provides a charging current. It is harmless if during the first phase there is no or negligible discharge current for short periods of time (e.g. a few to a few tens of seconds) (e.g. a short stop while driving at a railway crossing). By deactivating the recuperation function of the electric vehicle, the condition of the battery can be specifically adjusted to the discharge OCV characteristic while driving.

In weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann während der ersten Phase die Leistungsabgabe der Batterie beschränkt werden. Dadurch kann die Leistungsabgabe und damit den Entladestrom homogenisiert werden, insbesondere hohe Leistungsspitzen vermieden werden, welche die Zellchemie besonders beanspruchen. Durch eine beschränkte Leistungsabgabe (z.B. 50% der maximalen Leistung) kann die Zellchemie näher am Gleichgewichtszustand gehalten werden, wodurch die nachfolgende erste Relaxationszeit kürzer ausfallen kann.In further embodiments of the method according to the invention, the power output of the battery can be limited during the first phase. This allows the power output and thus the discharge current to be homogenized, in particular to avoid high power peaks, which place particular strain on the cell chemistry. By limiting power output (e.g. 50% of maximum power), the cell chemistry can be kept closer to the equilibrium state, which means that the subsequent first relaxation time can be shorter.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Verfahren während der ersten Phase ein Nachlaufen mindestens eines Verbrauchers bzw. einer entsprechenden Last des die Traktionsbatterie beherbergenden Elektrofahrzeugs bei dessen Stillstand aufweisen. Durch ein gezielt herbeigeführtes Nachlaufen einer Last im Elektrofahrzeug kann die Entlade-OCV-Kennlinie eingestellt werden in Vorbereitung einer genauen Kapazitätsbestimmung. Das Nachlaufen kann im Vorfeld eines geplanten Ladevorgangs (über Ladestecker oder induktiv) der Traktionsbatterie stattfinden, wodurch der Beginn des Ladevorgangs aufgeschoben wird. Hierfür kann im Vorfeld die Zustimmung des Fahrers über eine Kundeninteraktion eingeholt werden.According to further embodiments, the method according to the invention can have at least one consumer or a corresponding load of the electric vehicle housing the traction battery running when it is at a standstill during the first phase. By deliberately causing a load to run in the electric vehicle, the discharge OCV characteristic can be adjusted in preparation for an exact capacity determination. The tracking can take place in advance of a planned charging process (via charging plug or inductively) of the traction battery, which means that the start of the charging process is postponed. For this purpose, the driver's consent can be obtained in advance via a customer interaction.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die zweite Phase einem an dem die Traktionsbatterie beherbergenden Elektrofahrzeug stattfindendem Ladevorgang entsprechen (oder einen Teil davon aufweisen). Anders ausgedrückt kann eine erste Phase gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt mit einer zweiten Phase gekoppelt werden, welche während eines Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs stattfindet. In einem solchen Szenario fließt der Stromfluss während der ersten Phase von der Batterie ab und hat damit eine umgekehrte Richtung zu dem Stromfluss während der zweiten Phase, in der die Batterie geladen wird.According to further embodiments of the method according to the invention, the second phase can correspond to (or have a part of) a charging process taking place on the electric vehicle housing the traction battery. In other words, a first phase according to the previously described embodiments of the method according to the invention can preferably be coupled to a second phase, which takes place during a charging process of the electric vehicle. In such a scenario, the current flow flows away from the battery during the first phase and thus has a reverse direction to the current flow during the second phase in which the battery is being charged.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die die erste Richtung der zweiten Richtung entsprechen. Eine beispielhafte Ausführungsform kann so ausgestaltet sein, dass sowohl die erste Phase als auch die zweite Phase zeitlichen Abschnitten desselben Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs entsprechen und das Verfahren Unterbrechen des Ladevorgangs für die Dauer der ersten Relaxationszeit aufweist. Die Zustimmung zur Unterbrechung des Ladevorgangs als gezielte Maßnahme zum Einleiten der ersten Relaxationszeit kann in Abhängigkeit von einer Benutzerfreigabe erfolgen, welche vom Fahrer mittels einer Kundeninteraktion im Vorfeld des Ladevorgangs abgefragt werden kann.According to further embodiments of the method according to the invention, the first direction can correspond to the second direction. An exemplary embodiment can be designed such that both the first phase and the second phase correspond to time periods of the same charging process of the electric vehicle and the method includes interrupting the charging process for the duration of the first relaxation time. Consent to interrupt the charging process as a targeted measure to initiate the first relaxation time can be given depending on a user release, which can be requested by the driver through a customer interaction in advance of the charging process.

Erfindungsgemäß wird ferner eine Steuervorrichtung für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs bereitgestellt, die eingerichtet ist die Batteriekapazität gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren zu bestimmen.According to the invention, a control device for a traction battery of a vehicle is further provided, which is set up to determine the battery capacity according to the method described above.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

1 zeigt ein Diagramm, in dem eine beispielhafte OCV-Kennlinie veranschaulicht ist.
2 zeigt ein Diagramm, in dem eine beispielhafte OCV-Kennlinie mit einem Hystereseverhalten veranschaulicht ist.
3 zeigt ein Diagramm, in dem das erfindungsgemäße Verfahren anhand der darin gezeigten OCV-Kennlinie mit einem Hystereseverhalten veranschaulicht ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.

1 shows a diagram in which an exemplary OCV characteristic is illustrated.
2 shows a diagram in which an exemplary OCV characteristic with hysteresis behavior is illustrated.
3 shows a diagram in which the method according to the invention is illustrated using the OCV characteristic curve shown therein with a hysteresis behavior.
4 shows a flowchart which illustrates the sequence of the method according to the invention.

In dem in 1 gezeigten Diagramm ist eine beispielhafte OCV-Kennlinie 12 einer HV-Batterie veranschaulicht, wobei auf der x-Achse 10 der SOC-Grad und auf der y-Achse 11 die Leerlaufspannung bzw. offene Klemmspannung aufgetragen sind. Die OCV-Kennlinie 12 entspricht einer idealisierten Kennlinie, deren Wertepaare an einer relaxierten Batterie ermittelt worden sind, also einer Batterie, die nach Beanspruchung eine vorgegebene Zeit geruht hat, so dass darin Stoffgradienten abgebaut worden sind und die Zellchemie in einem Gleichgewichtszustand vorliegt.In the in 1 The diagram shown shows an exemplary OCV characteristic curve 12 of an HV battery, with the SOC degree being plotted on the x-axis 10 and the open-circuit voltage or open clamping voltage being plotted on the y-axis 11. The OCV characteristic curve 12 corresponds to an idealized characteristic curve whose value pairs were determined on a relaxed battery, i.e. a battery that has rested for a predetermined time after stress, so that material gradients have been broken down and the cell chemistry is in a state of equilibrium.

Der große gestrichelte Rahmen markiert im gezeigten Beispiel den technisch bedingten SOC-Bereich 13, welcher üblicherweise vom Batteriehersteller spezifiziert wird und in dem die SOC-OCV-Wertepaare bekannt sind bzw. vom Batteriehersteller gemessen worden sind. Hersteller von Elektrofahrzeugen schränken jedoch üblicherweise den SOC-Arbeitsbereich der Traktionsbatterie auf einen Kunden-SOC-Bereich 14 ein, um einen Betrieb der Batterie in Randbereichen des technisch bedingten SOC-Bereiches 13 zu vermeiden. Dadurch kann die Lebensdauer der Batterie verlängert werden, sprich ihre Kapazität über die eine möglichst lange Betriebszeit erhalten werden.In the example shown, the large dashed frame marks the technically required SOC range 13, which is usually specified by the battery manufacturer and in which the SOC-OCV value pairs are known or have been measured by the battery manufacturer. However, manufacturers of electric vehicles usually limit the SOC working range of the traction battery to a customer SOC range 14 in order to avoid operating the battery in the edge areas of the technically required SOC range 13. This allows the service life of the battery to be extended, i.e. its capacity can be maintained for the longest possible operating time.

Zur Bestimmung der Batteriekapazität (z.B. in Ah) wird ein erster OCV-Abgleich (Wert OCV₁) vor und ein zweiter OCV-Abgleich (Wert OCV₂) nach einem größeren SOC-Hub vollzogen und das dazugehörige Stromintegral innerhalb des SOC-Hubes gemessen. Sei im gegebenen Beispiel OCV₁=4 V, woraus sich ein SOC₁ von 90% ergäbe, und OCV₂=3.2 V, woraus sich ein SOC₂ von 20% ergäbe, wobei beide SOC-Werte im Kunden-SOC-Bereich 14 gelten sollen. Ferner soll während des SOC-Hubes von 90%-20%=70% das gemessene Stromintegral 50 Ah betragen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, kann aus diesen Werten über den Dreisatz die Kapazität der Batterie bestimmt werden zu 50 Ah*(70%/100%)=71,43 Ah.To determine the battery capacity (e.g. in Ah), a first OCV adjustment (value OCV ₁ ) is carried out before and a second OCV adjustment (value OCV ₂ ) after a larger SOC hub and the associated current integral is measured within the SOC hub. In the example given, let OCV ₁ =4 V, which would result in a SOC ₁ of 90%, and OCV ₂ =3.2 V, which would result in a SOC ₂ of 20%, where both SOC values apply in the customer SOC range 14 should. Furthermore, the measured current integral should be 50 Ah during the SOC stroke of 90%-20%=70%. As is known from the prior art, the capacity of the battery can be determined from these values using the rule of three to 50 Ah*(70%/100%)=71.43 Ah.

Wie zu Beginn erläutert, kann die Kapazität so in Theorie präzise bestimmt werden. Die Berechnung liefert jedoch stark verfälschte Werte, wenn die OCV-Kennlinie 12 ein Hystereseverhalten zeigt. Die Problematik der Hysterese ist in 2 erläutert. In dem darin gezeigten Diagramm (gleiche Achsen wie in 1) ist ein OCV-Kennfeld 21 gezeigt, welches von einer Entlade-OCV-Kennlinie 22 und einer Lade-OCV-Kennlinie 23 begrenzt ist. Wird im Betrieb der Batterie ein OCV-Abgleich vollzogen, so können, je nach Wahl der OCV-Kennlinie, dem gemessenen Wert OCVmess zwei SOC-Werte SOCmin und SOC_max zugeordnet werden. Im Betrieb des Elektrofahrzeugs gibt jedoch weder die Entlade-OCV-Kennlinie 22 noch die Lade-OCV-Kennlinie 23 den realen Zustand der Batterie wieder. Im üblichen Betrieb des Elektrofahrzeugs mit sich kontinuierlich abwechselnden Lade- und Entladephasen unterschiedlicher Länge ist die genaue Lage des Betriebspunkts der Batterie innerhalb des Kennfeldes 21 nicht bekannt, so dass der wahre SOC-Wert irgendwo zwischen den beiden Extremwerten SOCmin und SOCmax liegen wird. Im ungünstigsten Fall kann der Fehler die gesamte Fehlerbreite ΔSOC betragen und durchaus im hohen einprozentigen Bereich liegen. Die entsprechende Reichenweitenberechnung ist dann ebenfalls fehlerhaft, wobei der Fehler im zweistelligen Kilometerbereich liegen kann.As explained at the beginning, the capacity can be precisely determined in theory. However, the calculation delivers highly distorted values if the OCV characteristic curve 12 shows hysteresis behavior. The problem of hysteresis is in 2 explained. In the diagram shown therein (same axes as in 1 ) an OCV map 21 is shown, which is delimited by a discharge OCV characteristic 22 and a charging OCV characteristic 23. If an OCV adjustment is carried out while the battery is in operation, two SOC values SOCmin and SOC _max can be assigned to the measured value OCVmeas, depending on the choice of OCV characteristic. However, during operation of the electric vehicle, neither the discharging OCV characteristic curve 22 nor the charging OCV characteristic curve 23 reflects the real state of the battery. During normal operation of the electric vehicle with continuously alternating charging and discharging phases of different lengths, the exact location of the operating point of the battery within the map 21 is not known, so that the true SOC value will lie somewhere between the two extreme values SOCmin and SOCmax. In the worst case, the error can be the entire error range ΔSOC and can be in the high one percent range. The corresponding range calculation is then also incorrect, although the error can be in the double-digit kilometer range.

In 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der darin gezeigten OCV-Kennlinie 22, 23 mit einem Hystereseverhalten veranschaulicht. Die konkreten Einzelschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auf Basis des in 4 gezeigten Flussdiagramm erläutert.In 3 the method according to the invention is illustrated using the OCV characteristic curve 22, 23 shown therein with a hysteresis behavior. The specific individual steps of an exemplary embodiment of the method according to the invention are based on the in 4 flowchart shown.

Das Verfahren beginnt, wie aus 4 ersichtlich, mit einem ersten Schritt S1, welcher Herbeiführen und/oder Abwarten einer ersten Phase aufweist, während welcher ein Batteriestromfluss ausschließlich in eine erste Richtung erfolgt bzw. detektiert wird. Das gezielte Herbeiführen der ersten Phase kann, wie zuvor Beschrieben, beispielsweise das Deaktivieren von Rekuperationsbremsen und/oder ein gezieltes Nachlaufen einer Last beim stillstehenden Elektrofahrzeug aufweisen. Ein Abwarten der ersten Phase beinhaltet den Fall, dass die Traktionsbatterie des Fahrzeugs durch seinen speziellen Betrieb bedingt, beispielsweise eine längere Bergpassauffahrt, nur einen Entladestrom bereitgestellt hat. In einem solchen Fall beinhaltet das Abwarten der ersten Phase ein Detektieren eines Zustands, in dem der Batteriestrom für eine vorbestimmte Zeitdauer nur in eine Richtung geflossen sind (in diesem Fall von er Batterie in das Fahrzeugsystem) und ein Qualifizieren dieser Phase als erste Phase.The procedure begins as follows 4 can be seen, with a first step S1, which comprises bringing about and / or waiting for a first phase, during which a battery current flow occurs or is detected exclusively in a first direction. As described above, the targeted induction of the first phase can include, for example, the deactivation of recuperation brakes and/or a targeted tracking of a load when the electric vehicle is stationary. Waiting for the first phase includes the case where the vehicle's traction battery has only provided a discharge current due to its special operation, for example a long climb up a mountain pass. In such a case, waiting for the first phase includes detecting a condition in which the battery current has flowed in only one direction (in this case from the battery to the vehicle system) for a predetermined period of time and qualifying this phase as the first phase.

In dem in 3 gezeigten Diagramm führt ein solcher rein entladender Betrieb der Batterie, dass diese aus einem unbekannten Zustand A innerhalb des OCV-Kennfeldes 21 in einen bekannten Entladezustand B auf der Entlade-OCV-Kennlinie 22 gebracht wird.In the in 3 In the diagram shown, such a purely discharging operation of the battery results in it being brought from an unknown state A within the OCV map 21 into a known discharge state B on the discharge OCV characteristic curve 22.

Nach der ersten Phase erfolgt in einem nächsten Schritt S2 ein Abwarten einer ersten Relaxationszeit, während der kein Batteriestrom fließt. In dem in 3 gezeigten Diagramm verweilt damit die Traktionsbatterie im Zustand B und relaxiert. Dieser Zustand kann, je nach Betriebsparametern der Batterie und Umgebungsparametern zwischen mehreren Sekunden und einigen bis mehreren Minuten dauern.After the first phase, the next step S2 involves waiting for a first relaxation time during which no battery current flows. In the in 3 In the diagram shown, the traction battery remains in state B and relaxes. This state can last between several seconds and a few to several minutes, depending on the operating parameters of the battery and environmental parameters.

In einem darauffolgenden Schritt S3 wird nach Ablauf der ersten Relaxationszeit eine erste OCV-Messung M1 im Betriebspunkt B vorgenommen. Der so erhaltene Messwert OCV₁ wird gemäß der Entlade-OCV-Kennlinie 22 in einen präzisen SOC-Wert SOC₁ umgerechnet.In a subsequent step S3, a first OCV measurement M1 is carried out at operating point B after the first relaxation time has elapsed. The measured value OCV ₁ obtained in this way is converted into a precise SOC value SOC ₁ according to the discharge OCV characteristic curve 22.

Nachdem der erste OCV-Abgleich abgeschlossen worden ist, werden im Grunde genommen die ersten drei Schritte wiederholt. Folglich weist das Verfahren in einem vierten Schritt S4 Herbeiführen und/oder Abwarten einer zweiten Phase auf, während welcher der Batteriestromfluss ausschließlich in eine zweite Richtung erfolgt bzw. detektiert wird. Wie bereits beschreiben, kann die zweite Richtung der ersten Richtung entsprechen dieser entgegengesetzt sein. In dem in 3 veranschaulichten Szenario wird die Batterie geladen, so dass der Arbeitspunkt der Batterie vom Zustand B durch das OCV-Kennfeld 21 hindurch auf die Lade-OCV-Kennlinie 23 wandert und sich bei Ablauf der zweiten Phase im Arbeitspunkt C befindet. In einem nächsten Schritt S5 weist das Verfahren Abwarten einer zweiten Relaxationszeit im Arbeitspunkt auf, während der kein Batteriestrom fließt, so dass die Batteriezellen relaxieren können. Nach Ablauf der zweiten Relaxationszeit erfolgt in einem sechsten Schritt S6 ein zweiter OCV-Abgleich M2, um die zweite Leerlaufspannung OCV₂ zu bestimmen, zu der schließlich ein prästier SOC-Wert SOC₂ ermittelt wird.After the first OCV adjustment has been completed, the first three steps are essentially repeated. Consequently, in a fourth step S4, the method includes bringing about and/or waiting for a second phase, during which the battery current flow occurs or is detected exclusively in a second direction. As already described, the second direction can be opposite to the first direction. In the in 3 In the scenario illustrated, the battery is charged so that the operating point of the battery moves from state B through the OCV map 21 to the charging OCV characteristic 23 and is in the operating point C when the second phase ends. In a next step S5, the method includes waiting for a second relaxation time at the operating point, during which no battery current flows, so that the battery cells can relax. After the second relaxation time has elapsed, a second OCV adjustment M2 is carried out in a sixth step S6 in order to determine the second open-circuit voltage OCV ₂ , at which a predetermined SOC value SOC ₂ is finally determined.

In einem finalen Schritt S7 kann auf Basis der Leerlaufspannungen OCV₁ und OCV₂, aus welchen sich die entsprechenden SOC-Werte SOC1 und SOC2 ergeben und daraus der SOC-Hub, und des währenddessen gemessenen Stromintegrals die Kapazität der Batterie präzise bestimmt werden.In a final step S7, the capacity of the battery can be precisely determined on the basis of the open-circuit voltages OCV ₁ and OCV ₂ , from which the corresponding SOC values SOC1 and SOC2 result and from this the SOC hub, and the current integral measured during this time.

Nachfolgend werden ergänzend drei konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur genaueren Kapazitätsbestimmung der Batterie angeben mit einer unterschiedlichen Realisierung der ersten Phase und der zweiten Phase. In allen Beispielen erfolgt die finale Berechnung der Kapazität wie zuvor erläutert, also durch Ermitteln des SOC-Hubs und durch Aufintegrieren des während dieser Zeit von oder zur Batterie geflossenen Stroms.In the following, three concrete exemplary embodiments of the method according to the invention for more precise capacity determination of the battery are given with a different implementation of the first phase and the second phase. In all examples, the final calculation of the capacity is carried out as explained above, i.e. by determining the SOC hub and integrating the current that flowed to or from the battery during this time.

Beispiel 1: Einstellen der Lade bzw. Entlade-OCV-Kennlinie der Batterie durch Deaktivierung der Rekuperationsfunktionalität.Example 1: Setting the charging or discharging OCV characteristic of the battery by deactivating the recuperation functionality.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise eingeleitet werden, wenn vom Elektrofahrzeug erkannt wird, dass der Fahrer z.B. die eigene Adresse mit relativ geringem SOC erreichen wird, was beispielsweise auf Basis der vom Fahrer eingestellten Navigationsroute erfolgen kann. Im letzten Abschnitt der Fahrt, beispielsweise die letzten 5 Minuten der Fahrt, wird die Rekuperation ausgesetzt. Das Fahrzeug führt dann Bremsmanöver mit konventionellen Bremsen aus, so dass kein Ladestrom in die Batterie fließt, sondern aus dieser nur ein Entladestrom entnommen wird. Diese Phase entspricht der ersten Phase, in der die Entlade-OCV-Kennlinie eingestellt wird. Erkennt das Fahrzeug einen Ladevorgang (durch Stecken des Ladekabels oder Initialisierung von induktivem Laden), so wird der Ladevorgang zunächst verzögert, um die erste Relaxationszeit abzuwarten, die beispielsweise im zweistelligen Minutenbereich liegen kann, um einen möglichst genauen OCV-Abgleich durchführen zu können. Nach erfolgter Messung der Leerlaufspannung startet der Ladevorgang und die Traktionsbatterie wird auf einen hohen SOC geladen. Diese Phase entspricht der zweiten Phase, in der die Lade-OCV-Kennlinie eingestellt wird. Nach Beendigung des Ladevorgangs und nach Abwarten der zweiten Relaxationszeit (kann ebenfalls im zweistelligen Minutenbereich liegen), wird ein erneuter OCV-Abgleich vollzogen, um den erreichten SOC-Wert zu bestimmen.The method according to the invention can be initiated, for example, when it is recognized by the electric vehicle that the driver will reach his own address with a relatively low SOC, for example, which can be done, for example, on the basis of the navigation route set by the driver. In the last section of the journey, for example the last 5 minutes of the journey, recuperation is suspended. The vehicle then carries out braking maneuvers with conventional brakes, so that no charging current flows into the battery, but only a discharging current is drawn from it. This phase corresponds to the first phase in which the discharge OCV characteristic is set. If the vehicle detects a charging process (by plugging in the charging cable or initializing inductive charging), the charging process is initially delayed in order to wait for the first relaxation time, which can be in the double-digit minute range, for example, in order to be able to carry out the OCV adjustment as accurately as possible. After measuring the idle chip The charging process starts and the traction battery is charged to a high SOC. This phase corresponds to the second phase in which the charging OCV characteristic is set. After the charging process has ended and after waiting for the second relaxation time (which can also be in the double-digit minute range), a new OCV adjustment is carried out to determine the SOC value achieved.

Beispiel 2: Einstellen der Entlade-OCV-Kennlinie durch spezifischen Nachlauf und Kundeninteraktion.Example 2: Setting the discharge OCV characteristic through specific overrun and customer interaction.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingeleitet werden, wenn das Elektrofahrzeug bevorzugt mit einem sehr geringem SOC, beispielsweise 20%, 10% oder weniger, an eine Ladesäule angesteckt wird. (z.B. AC-Laden). In diesem Fall kann der der Kunde abgefragt werden, z.B. über eine mit dem Fahrzeug gekoppelte App, über das Kombi-Instrument des Fahrzeugs oder über ein Kommunikationsmodul am IC-CPD (In-Cable Control Box), ob er eine genaue Kapazitätsbestimmung zur Verbesserung der Reichweitenbestimmung akzeptieren möchte. Das Verfahren wird freigegeben, wenn der Kunde zustimmt und damit die Ladezeitenverlängerung in Kauf nimmt.The method according to the invention can be initiated when the electric vehicle is plugged into a charging station, preferably with a very low SOC, for example 20%, 10% or less. (e.g. AC charging). In this case, the customer can be asked, e.g. via an app linked to the vehicle, via the vehicle's instrument cluster or via a communication module on the IC-CPD (In-Cable Control Box), whether he would like an exact capacity determination to improve the would like to accept range determination. The process will be released if the customer agrees and accepts the extension of the loading time.

Hierbei sei erwähnenswert, dass das Verfahren bevorzugt (aber selbstverständlich nicht ausschließlich) an einer relativ langsamen Ladesäule (z.B. AC-Laden) initiiert werden kann, da in diesem Fall eine zusätzliche Wartezeit dem Kunden kaum auffallen bzw. kaum die insgesamte Ladezeit verlängert.It is worth mentioning here that the process can preferably (but of course not exclusively) be initiated at a relatively slow charging station (e.g. AC charging), since in this case an additional waiting time is hardly noticeable to the customer or hardly extends the overall charging time.

Akzeptiert der Kunde die Ladezeitverlängerung, wird nach dem Stecken die erste Phase eingeleitet, indem eine spezielle Last einen Entladestrom an der Batterie hervorruft, um den Batteriezustand gezielt zur Entlade-OCV-Kennlinie zu führen. Die Last (z.B. Nachkühlen der HV-Batterie) kann beispielsweise so gewählt werden, dass einige Ampere Entladestrom für eine vorgegebene Zeitdauer fließen.If the customer accepts the charging time extension, the first phase is initiated after plugging in, in which a special load causes a discharge current on the battery in order to bring the battery state specifically to the discharge OCV characteristic. The load (e.g. after-cooling of the HV battery) can, for example, be selected so that a few amperes of discharge current flow for a predetermined period of time.

Nach dieser gezielten Entladebelastung der Batterie wird die erste Relaxationszeit abgewartet und im Anschluss daran wird ein OCV-Abgleich vorgenommen, aus welchem der SOC genau bestimmt werden kann. Hiernach startet, wie bei Beispiel 1, der Ladevorgang und die Traktionsbatterie wird bevorzugt auf einen hohen SOC geladen, wodurch die an der Batterie die Lade-OCV-Kennlinie eingestellt wird. Nach Beendigung des Ladevorgangs und nach Abwarten der zweiten Relaxationszeit wird ein erneuter OCV-Abgleich durchgeführt.After this targeted discharge load on the battery, the first relaxation time is waited and then an OCV adjustment is carried out, from which the SOC can be precisely determined. After this, as in example 1, the charging process starts and the traction battery is preferably charged to a high SOC, whereby the charging OCV characteristic of the battery is set. After the charging process has ended and after waiting for the second relaxation time, a new OCV adjustment is carried out.

Beispiel 3: Gezieltes Einstellen der Lade-OCV-Kennlinie durch Unterbrechen eines stattfindenden Ladevorgangs.Example 3: Targeted adjustment of the charging OCV characteristic by interrupting an ongoing charging process.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie im Falle von Beispiel 2 eingeleitet werden, wenn das Elektrofahrzeug bevorzugt mit einem sehr geringen SOC an eine Ladesäule angesteckt wird oder entsprechend induktiv geladen werden soll. Wird eine solcher Zustand vom Fahrzeug erkannt, wird der Kunde abgefragt (App, Kombi-Instrument, IC-CPD), ob er eine genaue Kapazitätsbestimmung zur Verbesserung der Reichweitenbestimmung akzeptieren möchte (Ladezeitenverlängerung muss dann in Kauf genommen werden).The method according to the invention can be initiated as in the case of Example 2 if the electric vehicle is preferably plugged into a charging station with a very low SOC or is to be charged inductively accordingly. If such a condition is detected by the vehicle, the customer is asked (app, instrument cluster, IC-CPD) whether he would like to accept a precise capacity determination to improve the range determination (extended charging times must then be accepted).

Akzeptiert der Kunde dieses Angebot, so startet der Ladevorgang für eine Dauer, welche der ersten Phase entspricht, wodurch die an der Batterie die Lade-OCV-Kennlinie eingestellt wird. Nach der ersten Phase (beispielsweise zweistellige Minutenzahl), erfolgt eine Unterbrechung des Ladevorgangs. Nach diesem Teilladevorgang erfolgt für die Dauer der ersten Relaxationszeit kein Ladestromfluss. Nach Abwarten der ersten Relaxationszeit wird der erste OCV-Abgleich vorgenommen und damit zugleich eine präzise Bestimmung des dazugehörigen SOC. Daraufhin wird der Ladevorgang fortgeführt und HV-Batterie wird bevorzugt auf einen hohen SOC geladen, wodurch erneut die Lade-OCV-Kennlinie eingestellt wird. Nach Beendigung des Ladevorgangs und nach Abwarten der zweiten Relaxationszeit wird dann ein erneuter OCV-Abgleich durchgeführt, um den SOC zu bestimmen.If the customer accepts this offer, the charging process starts for a duration that corresponds to the first phase, whereby the charging OCV characteristic of the battery is set. After the first phase (e.g. two-digit number of minutes), the charging process is interrupted. After this partial charging process, there is no charging current flow for the duration of the first relaxation time. After waiting for the first relaxation time, the first OCV adjustment is carried out and at the same time a precise determination of the associated SOC is carried out. The charging process then continues and the HV battery is preferably charged to a high SOC, whereby the charging OCV characteristic is set again. After the charging process has ended and after waiting for the second relaxation time, another OCV adjustment is carried out to determine the SOC.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102016119121 A1 [0006]
DE 102020127773 A1 [0007]
US 2006/0244458 A1 [0008]

Claims

Method for determining a capacity of a traction battery whose OCV characteristic (22, 23) has a hysteresis, with the following steps: bringing about and / or waiting for a first phase, during which a battery current flow occurs or is detected exclusively in a first direction ( S1); Waiting for a first relaxation time during which no battery current flows (S2); Determining a first open-circuit voltage (OCV ₁ ) of the battery after the first relaxation time (S3); bringing about and/or waiting for a second phase during which the battery current flow occurs or is detected exclusively in a second direction (S4); Waiting for a second relaxation time during which no battery current flows (S5); Determining a second open-circuit voltage (OCV ₂ ) of the battery after the second relaxation time (S6); Determine the capacity of the battery based on the first open circuit voltage (OCV ₁ ) and the second open circuit voltage (OCV ₂ )(S7).

Procedure according to Claim 1 , where the first direction is opposite to the second direction.

Procedure according to Claim 2 , wherein the method includes deactivating the recuperation function during the first phase.

Procedure according to Claim 2 or 3 , whereby the power output of the battery is limited during the first phase.

Procedure according to one of the Claims 2 until 4 , wherein the method during the first phase has a consumer of the electric vehicle housing the traction battery running when it is at a standstill.

Procedure according to one of the Claims 2 until 5 , wherein the second phase corresponds to a charging process taking place on the electric vehicle housing the traction battery.

Procedure according to Claim 1 , where the first direction corresponds to the second direction.

Procedure according to Claim 7 , wherein both the first phase and the second phase correspond to time periods of the same charging process of the electric vehicle and the method comprises interrupting the charging process for the duration of the first relaxation time.

Control device for a traction battery of a vehicle, which is set up to determine the battery capacity according to the method according to one of the preceding claims.