DE10208651A1 - Determining state-of-charge of traction battery for hybrid vehicle, by determining difference between measured and calculated cell temperatures - Google Patents
Determining state-of-charge of traction battery for hybrid vehicle, by determining difference between measured and calculated cell temperaturesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie mit wenigstens einer Zelle, insbesondere einer Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug. The invention relates to a method for determining the State of charge of a battery having at least one cell, in particular a traction battery for a Hybrid vehicle.
Aus der deutschen Patentschrift DE 43 37 020 C1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Traktionsbatterie eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem über eine Bilanzierung der der Traktionsbatterie zugeführten und entnommenen Ladungsmengen der Ladezustand der Traktionsbatterie ermittelt wird. Dabei wird eine Fehlergröße für die ermittelte Ladungsmenge berechnet, welche aus einem Zeitintegral über den Stromdurchsatz der Batterie hervorgeht und ein Streuintervall für die Abweichung des angezeigten Ladezustands vom tatsächlichen Ladezustand darstellt. Überschreitet diese Fehlergröße einen Schwellwert, so führt dies zum Aktivieren einer Anzeigeeinheit, die dem Fahrer des Hybridfahrzeugs die Notwendigkeit eines Neustarts in der Ladungsbilanzierung mittels Durchführen eines Tiefentladungsvorgangs oder eines Vollladungsvorgangs anzeigt. Letzteres geschieht herkömmlicherweise durch Anschluss der Traktionsbatterie an ein öffentliches Stromnetz. Da bei sehr dynamischen Lastprofilen, wie sie bei Hybridfahrzeugen auftreten, ein Vollladezustand so gut wie nie erreicht wird, ist infolgedessen der regelmäßige Anschluss der Traktionsbatterie an das öffentliche Stromnetz erforderlich. Dies ist regelmäßig nicht möglich. From the German patent DE 43 37 020 C1 is a Method for monitoring the traction battery of a Hybrid vehicle known in which over an accounting of the the traction battery supplied and removed Charge quantities determines the state of charge of the traction battery becomes. This is an error size for the determined Charge amount calculated from a time integral over the current flow rate of the battery is apparent and a Scattering interval for the deviation of the displayed charge state from represents the actual state of charge. Exceeds these Error size a threshold, this leads to activation a display unit to the driver of the hybrid vehicle the need for a restart in the Charge accounting by performing a deep discharge process or of a full charge operation. The latter happens conventionally by connecting the traction battery a public power grid. As with very dynamic Load profiles, as they occur in hybrid vehicles, a Full charge is almost never achieved is as a result the regular connection of the traction battery to the public power grid required. This is not regularly possible.
Eine zuverlässige Ladezustandsüberwachung ist insbesondere dann wichtig, wenn eine elektrohydraulische Bremse als sicherheitsrelevantes System in einem Fahrzeug zum Einsatz kommt. A reliable state of charge monitoring is in particular then important if an electrohydraulic brake as safety-relevant system in a vehicle is used comes.
Mit der Erfindung soll auch während des Fahrbetriebs eine verbesserte Ladezustandsbestimmung insbesondere unabhängig von der Betriebsstrategie des Fahrzeuges ermöglicht werden. With the invention should also during driving a improved state of charge determination, in particular independently be enabled by the operating strategy of the vehicle.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zur Ermittlung des
Ladezustands einer Batterie mit wenigstens einer Zelle,
insbesondere einer Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug
vorgesehen, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:
Aufladen der Zelle bis in den Bereich einsetzender Gasung,
Berechnen der Zellentemperatur wenigstens aus gemessenen
Spannungs- und Stromwerten, Messen der Zellentemperatur,
Berechnen der Differenz zwischen gemessener und berechneter
Temperatur und Bestimmen des Ladezustands mittels eines
Zusammenhangs zwischen berechneter Temperaturdifferenz und
Ladezustand.
According to the invention, a method is provided for determining the state of charge of a battery having at least one cell, in particular a traction battery for a hybrid vehicle, in which the following steps are carried out:
Charging the cell up to the area of gassing, calculating the cell temperature at least from measured voltage and current values, measuring the cell temperature, calculating the difference between measured and calculated temperature and determining the state of charge by means of a relationship between calculated temperature difference and state of charge.
Nahe dem Vollladezustand entwickelt eine Zelle durch Nebenreaktionen eine erhöhte Erwärmung. Diese entsteht dadurch, dass sich ein zunehmend höherer Anteil des Gesamtstroms in Wärme umwandelt. Indem die Temperatur der Zelle einerseits wenigstens aus den gemessenen Spannungs- und Stromwerten berechnet und andererseits unmittelbar an der Zelle gemessen wird, kann anhand der Temperaturdifferenz auf den Ladezustand der Zelle rückgeschlossen werden. Mittels eines Vergleichs der bestimmten Temperaturdifferenz mit einem analytisch oder durch Messreihen bestimmten Schwellwert - von beispielsweise 3 K - wird beim Erreichen des Schwellwertes ein Ladezustand nahe des Vollladezustandes - beispielsweise SOC = 97% - erkannt. Near the full charge state, a cell goes through Side reactions increased heating. This arises as a result, that an increasingly higher proportion of the total flow in Heat converts. By the temperature of the cell on the one hand at least from the measured voltage and current values calculated and on the other hand directly to the cell can be measured by the temperature difference on the State of charge of the cell are inferred. By means of a Comparison of the determined temperature difference with a analytic or threshold determined by series of measurements - for example 3 K - will be reached when reaching the Threshold a state of charge near full charge - for example, SOC = 97% - recognized.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die berechneten Temperaturwerte vor der Weiterverarbeitung mittels eines Tiefpasses gefiltert werden. Beispielsweise kann ein Software-Tiefpass verwendet werden, um Totzeit und Zeitkonstante der Erwärmung der Zelle zu berücksichtigen. In development of the invention it is provided that the calculated temperature values before further processing be filtered by means of a low-pass filter. For example, can a software low pass can be used to dead time and Time constant of the heating of the cell to be considered.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Batterietemperatur eine Batteriekühlleistung berücksichtigt wird. Gerade bei dynamischen Lastprofilen, wie sie bei Hybridfahrzeugen auftreten, ist eine Batteriekühlung vorteilhaft, die im Sinne einer möglichst exakten Ladezustandsbestimmung berücksichtigt werden kann. In development of the invention it is provided that in the Calculation of the battery temperature a battery cooling performance is taken into account. Especially with dynamic load profiles, as they occur in hybrid vehicles is one Battery cooling advantageous in the sense of the most accurate Charge state determination can be considered.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird in Fortführung der Erfindung durch folgendes zusätzliches Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie mit wenigstens einer Zelle gelöst, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: The problem underlying the invention is described in Continuation of the invention by the following additional Method for determining the state of charge of a battery solved with at least one cell, in the following Steps to be performed:
Erfassen von wenigstens zwei Messwertepaaren für Spannung
und Strom,
Korrigieren der erfassten Messwertepaare für Spannung und
Strom unter Berücksichtigung einer Batterieersatzschaltung
auf Werte, die sich im thermisch eingeschwungenen Zustand
ergeben, mittels eines vorbestimmten ersten Zusammenhangs,
Interpolieren der erfassten Messwerte,
Bestimmen eines Ruhespannungswerts beim Stromwert 0 und
Bestimmen des Ladezustands mittels eines zweiten
Zusammenhangs zwischen ermittelter Ruhespannung und
Ladezustand.
Detecting at least two measured value pairs for voltage and current,
Correcting the measured voltage and current value pairs taking into account a battery replacement circuit to values which result in the thermally steady state by means of a predetermined first relationship, interpolating the acquired measured values,
Determining a rest voltage value at the current value 0 and determining the state of charge by means of a second relationship between the determined rest voltage and state of charge.
Dabei wird die gemessene Spannung auf einen Wert korrigiert, der sich im Konstantstromfall nach ausreichender Wartezeit einstellen würde. Dazu wird vorteilhafterweise ein einfaches Batteriemodell iterativ nachgeführt. Bei sehr starker Dynamik kann mittels dieses Verfahrens eine exaktere Ladezustandsbestimmung erfolgen, beispielsweise dann, wenn aufgrund hochdynamischer Fahrprofile ein Aufladen der Batterie bis in den Bereich einsetzender Gasung nicht möglich ist. Die Ruhespannung einer Zelle ist von ihrem Ladezustand abhängig. Durch Interpolation, beispielsweise lineare Interpolation, kann auch im Fahrbetrieb ein fiktiver Ruhespannungswert beim Stromwert 0 bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Ruhespannung und damit der Ladezustand SOC ermittelt werden, ohne den Stromkreis des Antriebsmotors tatsächlich öffnen und in den Ruhezustand versetzen zu müssen. The measured voltage becomes a value Corrected, which in Constantstromfall after sufficient Waiting time would set. This is advantageously a simple battery model iteratively tracked. At very strong dynamics can by means of this method a more exact state of charge determination take place, For example, if due to highly dynamic driving profiles Charging the battery up to the area starting Gassing is not possible. The resting voltage of a cell is depending on their state of charge. Through interpolation, For example, linear interpolation, can also while driving a fictitious rest voltage value at the current value 0 is determined become. In this way, the rest voltage and thus the State of charge SOC can be determined without the circuit of the Actuator actually open and in hibernation to have to offset.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen der wenigstens zwei Messwertepaare die Zelle bis in den Bereich des Vollladezustands aufgeladen wird. Ein solches Vorgehen ist besonders bei NiMH-Batterien oder auch NiCd-Batterien vorteilhaft, die im üblichen Betriebsbereich nur eine geringe Abhängigkeit der Ruhespannung vom Ladezustand aufweisen. Indem der Ladezustand bewusst aus seinem normalen Arbeitspunkt heraus in Richtung Vollladung oder Tiefentladung verschoben wird, ist mittels der Ruhespannung eine genauere Bestimmung des Ladezustands möglich. Diese dann vergleichsweise genaue Ladezustandsbestimmung kann dann beispielsweise als Kalibrierung für konventionelle Verfahren zur Ladezustandsbestimmung verwendet werden. In development of the invention it is provided that before Detecting the at least two measured value pairs the cell up is charged in the area of full state of charge. On such procedure is especially with NiMH batteries or too NiCd batteries advantageous in the usual operating range only a small dependence of the rest voltage of Charge state. By the state of charge deliberately its normal working point out towards full charge or deep discharge is moved by means of Resting voltage a more accurate determination of the state of charge possible. This then comparatively accurate Charge state determination can then, for example, as Calibration for conventional methods for Charge state determination can be used.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bestimmte Ruhespannungswert auf einen Ruhespannungswert bei einer vorbestimmten Batterietemperatur korrigiert wird. In development of the invention it is provided that the certain rest voltage value to a rest voltage value at a predetermined battery temperature is corrected.
Indem der ermittelte Ruhespannungswert mit einem Ruhespannungswert bei beispielsweise 20°C korrigiert wird, kann die Temperaturabhängigkeit der Ruhespannung berücksichtigt werden. By the determined rest voltage value with a Restraint voltage value is corrected at, for example, 20 ° C, the Temperature dependence of the rest voltage taken into account become.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite vorbestimmte Zusammenhang selbstlernend veränderbar sind. In development of the invention it is provided that the first and / or the second predetermined relationship self-learning are changeable.
Auf diese Weise können Alterungsvorgänge in den Zellen der Batterie über die Lebensdauer der Batterie berücksichtigt werden. In this way, aging processes in the cells of the Battery taken into account over the life of the battery become.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen und den Ansprüchen. In den Zeichnungen zeigen Other features and advantages of the invention will become apparent from the description in conjunction with the drawings and the claims. In the drawings show
Fig. 1 einen beispielhaften Verlauf des Ladezustands zusammen mit den Kurven für die berechnete und die gemessene Zellentemperatur, Fig. 1 shows an exemplary course of the state of charge along with the curves for the calculated and the measured cell temperature,
Fig. 2 die Abhängigkeit der Ruhespannung vom Ladezustand für eine Blei-Batterie sowie eine NiMH-Batterie, Fig. 2 shows the dependence of the open-circuit voltage of the charging state for a lead battery and a NiMH battery,
Fig. 3 einen Verlauf des Ladezustands einer Batterie zusammen mit dem gemäß der Erfindung ermittelten Verlauf der Ruhespannung und der an der Batterie anliegenden Spannung, Fig. 3 is a profile of the charge state of a battery together with the determined according to the invention during the rest voltage and the voltage present at the battery voltage,
Fig. 4 gemessene sowie korrigierte Spannungs-/Stromwertepaare sowie eine Interpolationsgerade, Fig. 4 measured and corrected voltage / current value pairs and an interpolation line,
Fig. 5 ein einfaches Batteriemodell, das zur Korrektur der erfassten Spannungs-/Stromwertepaare bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird und 5 shows a simple battery model used to correct the detected voltage / current value pairs in a preferred embodiment of the invention, and FIG
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Batterie- Management-Systems zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 6 is a schematic representation of a battery management system for carrying out the method according to the invention.
In der Darstellung der Fig. 1 ist ein beispielhafter Verlauf des ermittelten Ladezustands einer Batterie durch die gepunktete Kurve 10 dargestellt. Durch die Steuerung eines Batterie-Management-Systems wird der Ladezustand der Batterie von etwa 75% auf 95% erhöht. Die Kurve 12 zeigt den Verlauf der an einer Zelle der Batterie gemessenen Temperatur. Demgegenüber stellt die Kurve 14 den Verlauf der berechneten Temperatur dar. Ab etwa 80% Ladezustand (SOC) ist zu erkennen, dass die gemessene Temperatur 12 deutlich stärker ansteigt als die berechnete Temperatur 14. Dieser Temperaturanstieg der gemessenen Temperatur 12 ist durch das Einsetzen der Gasung in der Zelle der Batterie verursacht, wodurch sich ein höher Anteil des Gesamtstroms in Wärme umwandelt. Wird die Zelle weiter aufgeladen, steigt die gemessene Temperatur 12 weiter an, wohingegen die berechnete Temperatur 14 aufgrund der angenommenen Abschaltung der Stromzufuhr auf einem im wesentlichen konstanten Niveau bleibt. Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, kann aus der Größe der Temperaturdifferenz ΔT zwischen der gemessenen Temperatur 12 und der berechneten Temperatur 14 auf den ermittelten Ladezustand der Batterie entsprechend dem Verlauf 10 geschlossen werden. In the illustration of FIG. 1, an exemplary course of the determined state of charge of a battery is represented by the dotted curve 10 . Controlling a battery management system increases the state of charge of the battery from about 75% to 95%. The curve 12 shows the course of the temperature measured at a cell of the battery. In contrast, the curve 14 represents the course of the calculated temperature. From about 80% state of charge (SOC), it can be seen that the measured temperature 12 increases significantly more than the calculated temperature 14 . This temperature rise of the measured temperature 12 is caused by the onset of gassing in the cell of the battery, which converts a higher proportion of the total current into heat. As the cell continues to charge, the sensed temperature 12 continues to rise, whereas the calculated temperature 14 remains at a substantially constant level due to the assumed cut-off of the power supply. As can be seen from FIG. 1, it is possible to infer the magnitude of the temperature difference ΔT between the measured temperature 12 and the calculated temperature 14 to the determined state of charge of the battery in accordance with the curve 10 .
Ist die Temperaturdifferenz ΔT größer als ein vorbestimmter Grenzwert, so wird ein Ladezustandszähler im Steuergerät eines Batterie-Management-System auf den vorbestimmten Ladezustandswert gesetzt. Dies ist durch den sprunghaften Anstieg des ermittelten Landezustandes SOC von etwa 95% auf etwa 97% dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Neufestsetzung des ermittelten Ladezustands auf den bspw. anhand von Meßreihen vorbestimmten Wert dann, wenn die Temperaturdifferenz ΔT größer als 3K ist. If the temperature difference ΔT is greater than a predetermined one Limit value, then becomes a state of charge counter in the control unit a battery management system to the predetermined Charge state value set. This is by leaps and bounds Increase in the determined landing state SOC of about 95% about 97%. In the preferred embodiment The invention is a redetermination of the determined Charge state on the example. Based on series of measurements predetermined value when the temperature difference .DELTA.T is bigger than 3K.
Die zu erfassende Erwärmung im Überladebereich oberhalb etwa 80% Ladezustand (SOC) erfordert die zuverlässige Erkennung eines Temperaturanstiegs um 1,5 K mit einer Genauigkeit von mindestens 0,5 K. Wichtig ist dabei, dass ein guter Wärmeübergang zwischen Temperaturfühler und Zelle vorliegt und ein Kühlmedium der Batterie den Temperaturfühler nicht direkt beeinflusst. The heat to be detected in the transfer area above About 80% state of charge (SOC) requires the reliable Detection of a temperature rise by 1.5 K with a Accuracy of at least 0.5 K. It is important that a good Heat transfer between temperature sensor and cell is present and a cooling medium of the battery is not the temperature sensor directly influenced.
Anhand von Messungen wurde eine Totzeit für den Temperaturanstieg von ca. 10 Sekunden ermittelt. Anschließend stellt sich der erwartete Temperaturwert nach einer Zeitkonstanten von etwa T = 20 Sekunden ein. Diese Werte können beispielsweise experimentell ermittelt werden. Um diesen Umständen Rechnung zu tragen, wird die berechnete Temperatur über einen Software-Tiefpaß gefiltert, ehe sie mit der gemessenen Temperatur verglichen wird. Based on measurements, a dead time for the Temperature rise of about 10 seconds determined. Subsequently, poses the expected temperature value follows a time constant of about T = 20 seconds. These values can be determined experimentally, for example. To these circumstances To take into account, the calculated temperature is over filtered a software low-pass before using the measured temperature is compared.
Für den Temperaturanstieg einer Batterie bei Belastung mit
dem Strom I gilt folgende Formel:
dT = dQ/C = 1/C.(R.I2+(Ut-U0).I-Pkühl)dt
mit T = Batterietemperatur,
Q = Wärmemenge,
C = Wärmekapazität,
R = Innenwiderstand,
U0 = Ruhespannung,
Ut = thermoneutrales Potential und
Pkühl = Kühlleistung.
For the temperature rise of a battery under load with the current I, the following formula applies:
dT = dQ / C = 1 / C (RI 2 + (U t -U 0 ) .IP cool ) dt
with T = battery temperature,
Q = amount of heat,
C = heat capacity,
R = internal resistance,
U 0 = quiescent voltage,
U t = thermoneutral potential and
P cool = cooling capacity.
Mit
R = abs ((U0-U)/I)
erhält man eine Funktion für den Temperaturanstieg in
Abhängigkeit von den aktuell gemessenen Werten für Strom I
und Spannung U. U0 und UT sind näherungsweise konstant,
wobei zur Berücksichtigung beispielsweise von
Alterungsvorgängen ein bezüglich U0 und UT selbstlernender Algorithmus
verwendet werden kann.
With
R = abs ((U 0 -U) / I)
One obtains a function for the temperature increase as a function of the currently measured values for current I and voltage U. U 0 and U T are approximately constant, wherein, for example, for aging processes, a self-learning algorithm can be used with respect to U 0 and U T.
Im Bereich unterhalb eines Ladezustands ohne Gasbildung
bspw. unterhalb von 60% wird die Erwärmung der Batterie mit
der Annahme U0 = UT beschrieben durch
dT = 1/C.(abs (U0-U).I-Pkühl)dt.
In the area below a state of charge without gas formation, for example. Below 60%, the heating of the battery with the assumption U 0 = U T is described by
dT = 1 / C (abs (U 0 -U) .IP cool ) dt.
Steigt der Ladezustand in einen Bereich mit Gasbildung
aufgrund einer Überladereaktion an, so wird die Erwärmung
deutlich höher:
dT = 1/C.((U-U0).I1+U.I2-Pkühl)dt,
wobei I = I1+I2,
I1 = Ladestrom und
I2 = Überladestrom.
If the state of charge rises to a region with gas formation due to an overcharging reaction, the heating becomes significantly higher:
dT = 1 / C. ((UU 0 ) .I 1 + UI 2 -P cool ) dt,
where I = I 1 + I 2 ,
I 1 = charging current and
I 2 = overcharge current.
Der Überladestrom I2 ist eine Funktion des Ladezustands. The overcharge current I 2 is a function of the state of charge.
Eine deutliche Überlade- oder Gasungsreaktion ist nur im Bereich des Vollladezustands der Batterie zu beobachten. Dieser Vollladezustand wird im Hybridbetrieb normalerweise nicht erreicht. Daher hebt ein Steuergerät des Batterie- Management-Systems den Ladezustand der Batterie von Zeit zu Zeit auf 100% an. Durch eine solche sogenannte Ladezustands-Exkursion kann der Ladezustand genau bestimmt werden. Der auf diese Weise ermittelte Wert für den Ladezustand kann als Kalibrierwert für konventionelle Verfahren zur Ladezustandsbestimmung verwendet werden. A significant overcharging or gassing reaction is only in the Observe range of full charge of the battery. This full charge condition normally becomes in hybrid operation not reached. Therefore, a control unit of the battery Management system, the state of charge of the battery from time to time Time to 100%. By such a so-called Charge state excursion, the state of charge can be determined exactly become. The value determined in this way for the Charge state can be used as calibration value for conventional methods be used for state of charge determination.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei sehr dynamischen Lastprofilen ergänzend ein Verfahren zur Ladezustandsbestimmung angewendet, bei dem die Abhängigkeit der Ruhespannung der Zelle vom Ladezustand dazu benutzt wird, den Ladezustand zu bestimmen. In the preferred embodiment of the invention is at very dynamic load profiles complementing a process for Charge state determination applied, in which the dependence the rest voltage of the cell used by the state of charge will determine the state of charge.
Ein solcher Zusammenhang zwischen Ruhespannung OCV und Ladezustand SOC ist in der Fig. 2 dargestellt. Die Kurve 16repräsentiert den Verlauf der Ruhespannung über dem Ladezustand für eine herkömmliche Bleibatterie. Such a relationship between open circuit voltage OCV and state of charge SOC is shown in FIG . The curve 16 represents the course of the rest voltage over the state of charge for a conventional lead-acid battery.
Die Abhängigkeit der Ruhespannung OCV vom Ladezustand SOC einer NiMH-Zelle gilt beim Aufladen der Zelle die gepunktet dargestellte Kurve 18, beim Entladen gilt die gestrichelt dargestellte Kurve 20. Es ist deutlich zu erkennen, dass im Bereich von etwa 30% bis 70% SOC die Abhängigkeit der Ruhespannung OCV vom Ladezustand SOC nur gering ist. Bei NiMH- Zellen bietet sich daher zur Bestimmung des Ladezustands mittels der Ruhespannung eine Ladezustandsexkursion in Richtung Vollladezustand oder Entladezustand an, d. h. über etwa 70% SOC hinaus oder unter etwa 30% SOC. The dependence of the rest voltage OCV on the state of charge SOC of a NiMH cell applies when charging the cell, the dashed curve 18 shown , when unloading applies the dashed curve shown 20 . It can be clearly seen that in the range from about 30% to 70% SOC, the dependence of the rest voltage OCV on the state of charge SOC is only slight. In the case of NiMH cells, therefore, a state of charge excursion in the direction of full charge state or discharge state is suitable for determining the state of charge by means of the rest voltage, ie beyond about 70% SOC or below about 30% SOC.
Fig. 3 zeigt die Verifizierung der Korrelation zwischen der ermittelten Ruhespannung und dem Ladezustand der Batterie bei einem beispielhaften Lastprofil. FIG. 3 shows the verification of the correlation between the determined open circuit voltage and the state of charge of the battery in an exemplary load profile.
Das Lastprofil ist anhand des Verlaufs der durchgezogen dargestellten Kurve 22 der Batteriespannung dargestellt. Rasche Anstiege und starke Abfälle der Batteriespannung 22 verdeutlichen ein hochdynamisches Lastprofil. Der Ladezustand (SOC) der Batterie ist durch die gestrichelt dargestellte Kurve 24 dargestellt. Ausgehend von etwa 80% steigt der Ladezustand (SOC) im dargestellten Verlauf relativ gleichförmig bis auf etwa 92% an. Der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Verlauf der Ruhespannung OCV ist durch die durchgezogene Linie 26 dargestellt, die mit Dreiecken markiert ist. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, folgt der Verlauf der ermittelten Ruhespannung OCV im wesentlichen dem Verlauf 24 des Ladezustands SOC. Mittels der Ermittlung der Ruhespannung ist somit eine auch bei hochdynamischen Lastprofilen verlässliche Ladezustandsermittelung möglich. The load profile is shown by the curve of the battery voltage curve 22 shown in solid lines. Rapid rises and heavy drops in the battery voltage 22 illustrate a highly dynamic load profile. The state of charge (SOC) of the battery is represented by the dashed curve 24 . Starting from about 80%, the state of charge (SOC) in the illustrated curve increases relatively uniformly to about 92%. The course of the rest voltage OCV determined by means of the method according to the invention is represented by the solid line 26 , which is marked with triangles. As can be seen from FIG. 3, the course of the determined rest voltage OCV essentially follows the profile 24 of the state of charge SOC. By means of the determination of the quiescent voltage, a charge state determination which is reliable even with highly dynamic load profiles is thus possible.
Fig. 4 verdeutlicht die Ermittlung der Ruhespannung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Während des Fahrbetriebs werden Wertepaare für Strom und Spannung ermittelt, die in Fig. 4 durch rautenförmige Markierungen 28 dargestellt sind. Die erfassten Wertepaare 28 werden dann auf einen Wert korrigiert, der sich im Konstantstromfall nach ausreichender Wartezeit einstellen würde. Diese korrigierten Werte sind in der Fig. 4 durch quadratische Symbole 30 angedeutet. Zur Korrektur der Werte 28 auf die Werte 30 wird ein einfaches Batteriemodell, das in der Fig. 5 dargestellt ist, iterativ nachgeführt. Fig. 4 illustrates the determination of the quiescent voltage according to the inventive method. During driving, pairs of values for current and voltage are determined, which are shown in FIG. 4 by diamond-shaped markings 28 . The detected value pairs 28 are then corrected to a value that would be set in the constant current case after a sufficient waiting time. These corrected values are indicated in FIG. 4 by square symbols 30 . To correct the values 28 for the values 30 , a simple battery model, which is shown in FIG. 5, iteratively tracks.
Auf diese Weise können Effekte von Relaxationsströmen eliminiert werden. In this way effects of relaxation currents can occur be eliminated.
Die ermittelten korrigierten Wertepaare 30 werden nach Überstreichen eines bestimmten, nicht zu großen SOC-Bereichs weiterverarbeitet, sofern die Stromvarianz dieser Daten ausreichend groß ist. Hierzu werden die Wertepaare 30 linear interpoliert, wodurch man eine Interpolationsgerade 32 durch die Wertepaare 30 erhält. Aus dem Wert der Interpolationsgeraden 32 bei null Ampere erhält man einen Wert für die momentane Batterieruhespannung. Aus der Steigung der Geraden kann der Batteriewiderstand bestimmt werden. Da die Ruhespannung temperaturabhängig ist, wird der ermittelte Ruhespannungswert auf einen Ruhespannungswert bei 20°C korrigiert. The ascertained corrected value pairs 30 are processed further after sweeping over a specific, not too large SOC range, provided that the current variance of this data is sufficiently large. For this purpose, the value pairs 30 are linearly interpolated, whereby an interpolation straight line 32 is obtained by the value pairs 30 . From the value of the interpolation line 32 at zero amperes, one obtains a value for the instantaneous battery return voltage. The battery resistance can be determined from the slope of the straight line. Since the rest voltage is temperature-dependent, the determined rest voltage value is corrected to a rest voltage value at 20 ° C.
Dieser zur Temperaturkorrektur verwendete Ruhespannungswert kann aus Messungen abgeleitet werden. This bias voltage value used for temperature correction can be derived from measurements.
Die beiden beschriebenen Verfahren zur Ladezustandsbestimmung ergänzen sich und werden beide zur Ermittlung des Ladezustands eingesetzt. Die Bestimmung des Ladezustands anhand erhöhter Erwärmung der Zellen nahe dem Vollladezustand wird dann eingesetzt, wenn hinsichtlich des Lastprofils mäßige Dynamik vorliegt und somit der Fahrzustand eine möglichst zügige Ladung der Batterie ermöglicht. Bei hochdynamischen Fahrprofilen wird der Ladezustand mittels der Ermittlung der Ruhespannung bestimmt. Auf diese Weise können die Schwachstellen beider Verfahren gegenseitig ausgeglichen werden. The two methods described for State of charge complement each other and are both used to determine the Charge state used. The determination of the state of charge by increased heating of the cells near full charge is used when considering the load profile moderate dynamics and thus the driving condition a as fast as possible charge of the battery allows. at highly dynamic driving profiles, the state of charge by means of Determination of the quiescent voltage determined. In this way the weak points of both methods can be mutually exclusive be compensated.
Ein in der Fig. 6 dargestelltes Batterie-Management-System eines Hybridfahrzeugs weist ein Steuergerät 34 und einen Temperaturfühler 36 auf. Der Temperaturfühler liegt an einer oder mehreren Zellen einer Traktionsbatterie 38 an und erfasst deren Temperatur. Das Steuergerät 34 erfasst und steuert auch die an der Batterie 38 anliegende Spannung und den zugeführten bzw. entnommenen Strom. Mittels des Steuergeräts 34 kann beispielsweise der ermittelte Ladezustand der Batterie 38 angehoben werden. Über das Steuergerät 34 ist die Batterie 38 auch mit den übrigen elektrischen Komponenten des Hybridfahrzeugs, beispielsweise dem Antriebsmotor, verbunden. A battery management system of a hybrid vehicle shown in FIG. 6 has a control unit 34 and a temperature sensor 36 . The temperature sensor is applied to one or more cells of a traction battery 38 and detects their temperature. The control unit 34 also detects and controls the voltage applied to the battery 38 and the supplied or withdrawn current. By means of the control unit 34 , for example, the determined state of charge of the battery 38 can be raised. About the controller 34 , the battery 38 is also connected to the other electrical components of the hybrid vehicle, such as the drive motor.
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