DE10208651B4

DE10208651B4 - Method for charging state determination of a battery, in particular for a hybrid vehicle

Info

Publication number: DE10208651B4
Application number: DE10208651A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Phys. Bulling; Markus Dipl.-Ing. Walter
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208651A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie mit wenigstens einer Zelle, insbesondere einer Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug, mit folgenden Schritten:
– 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 ersten vorbestimmten Zusammenhangs zwischen berechneter Temperaturdifferenz und Ladezustand.Method for determining the state of charge of a battery having at least one cell, in particular a traction battery for a hybrid vehicle, comprising the following steps:
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,
Calculate the difference between measured and calculated temperature and
- Determining the state of charge by means of a first predetermined relationship between the calculated temperature difference and state of charge.

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 a method for monitoring the traction battery of a hybrid vehicle is known, in which the charge state of the traction battery is determined by means of an accounting of the charge quantities supplied to and taken from the traction battery. In this case, an error variable for the determined amount of charge is calculated, which emerges from a time integral on the current flow rate of the battery and represents a scattering interval for the deviation of the displayed state of charge from the actual state of charge. If this error quantity exceeds a threshold value, this leads to the activation of a display unit, which indicates to the driver of the hybrid vehicle the necessity of a restart in the charge balance by performing a deep discharge process or a full charge process. The latter is conventionally done by connecting the traction battery to a public power grid. As a result of very dynamic load profiles, such as those found in hybrid vehicles, which almost never lead to a fully charged state, regular connection of the traction battery to the public power grid is required. This is usually not possible.

Den weiteren allgemeinen Stand der Technik zeigt die WO 89/01169 mittels einer Einrichtung zur Anzeige des Ladezustands einer Batterie. Aus periodisch gemessenen Spannungs-, Strom- und Temperaturwerten sowie einer zeitlichen Integration des aus der Batterie entnommenen Stroms wird die in einer Batterie verbleibende Restladung ermittelt. Diese wird außerdem durch einen Gasungsstrom korrigiert, welcher vor der Integration des Batteriestroms zu diesem hinzu addiert wird.The further general state of Technique shows WO 89/01169 by means of display the state of charge of a battery. From periodically measured voltage, Current and temperature values as well as a temporal integration of the removed from the battery current is the remaining in a battery Residual charge determined. This is also due to a gassing current which corrects before integrating the battery current to this is added.

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 particularly important if an electrohydraulic brake is used as a safety-relevant system in a vehicle.

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 an improved state of charge determination, in particular independent of the operating strategy of the vehicle are made possible.

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 for this purpose is a method for Determining the state of charge of a battery with at least one Cell, in particular a traction battery provided for a hybrid vehicle, to do the following: Charge the cell into the area of onset 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 3K – wird beim Erreichen des Schwellwertes ein Ladezustand nahe des Vollladezustandes – beispielsweise SOC = 97% – erkannt.Developed near the full charge state a cell due to side reactions increased heating. This arises as a result, that is an increasingly higher Share of total electricity converted into heat. 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 immediately Measured at the cell can be determined by the temperature difference conclusions about the state of charge of the cell become. By means of a comparison of the determined temperature difference with an analytic or measurement series threshold - for example 3K - will when reaching the threshold, a state of charge near full charge - for example SOC = 97% - detected.

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 provided that the calculated temperature values before further processing be filtered by means of a low-pass filter. For example, a Software low-pass can be used to dead time and time constant the warming to consider the cell.

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 provided that when calculating the battery temperature a Battery cooling capacity considered becomes. Especially with dynamic load profiles, as in hybrid vehicles occur is a battery cooling advantageous in terms of the most accurate state of charge considered can be.

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:
Erfassen von 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.The problem underlying the invention is solved in continuation of the invention by the following additional method for determining the state of charge of a battery having at least one cell, in which the following steps are carried out:
Sensing voltage and current pairs of measurements, correcting the detected voltage and current pairs of measurements taking into account a battery replacement circuit to values that result in the thermally steady state by a predetermined first association, interpolating the sensed measurements, 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.This is the measured voltage corrected to a value that is sufficient in the constant current case Waiting time would set. To Advantageously, a simple battery model is tracked iteratively.

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, bei spielsweise 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.With very strong dynamics, a more precise state of charge determination can be determined by means of this method take place, for example, when due to highly dynamic driving profiles charging the battery is not possible in the area starting gassing. The rest voltage of a cell depends on its state of charge. By interpolation, for example, linear interpolation, even during driving a fictitious rest voltage value in the current value 0 be determined. In this way, the rest voltage and thus the state of charge SOC can be determined without actually having to open the circuit of the drive motor and put in the idle state.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vor dem Erfassen der 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 provided that before acquiring the measured value pairs the cell up is charged in the area of full state of charge. Such This procedure is especially important for NiMH batteries or NiCd batteries advantageous in the usual Operating range only a small dependence of the rest voltage from Charge state. By consciously removing the state of charge from its normal Working point shifted out towards full charge or deep discharge is, by means of the rest voltage is a more accurate determination of Charge state possible. This then comparatively accurate state of charge determination can then for example, as a calibration for conventional methods be used for state of charge determination.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der bestimmte Ruhespannungswert auf einen Ruhespannungswert bei einer vorbestimmten Batterietemperatur korrigiert wird.In development of the invention provided that the determined rest voltage value to a rest voltage value is corrected at a predetermined battery temperature.

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 rest voltage value is corrected at, for example, 20 ° C, the temperature dependence considered the rest voltage become.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und/oder der zweite vorbestimmte Zusammenhang selbstlernend veränderbar sind.In development of the invention provided that the first and / or the second predetermined relationship self-learning changeable are.

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 over considered 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 benefits of Invention will become apparent from the description in connection with the drawings and the claims. In the drawings show:

1 einen beispielhaften Verlauf des Ladezustands zusammen mit den Kurven für die berechnete und die gemessene Zellentemperatur, 1 an exemplary course of the state of charge together with the curves for the calculated and the measured cell temperature,

2 die Abhängigkeit der Ruhespannung vom Ladezustand für eine Blei-Batterie sowie eine NiMH-Batterie, 2 the dependence of the rest voltage on the state of charge for a lead battery and a NiMH battery,

3 einen Verlauf des Ladezustands einer Batterie zusammen mit dem gemäß der Erfindung ermittelten Verlauf der Ruhespannung und der an der Batterie anliegenden Spannung, 3 a profile of the state of charge of a battery together with the determined according to the invention, the course of the open circuit voltage and the voltage applied to the battery,

4 gemessene sowie korrigierte Spannungs-/Stromwertepaare sowie eine Interpolationsgerade, 4 Measured and corrected voltage / current value pairs and an interpolation straight line,

5 ein einfaches Batteriemodell, das zur Korrektur der erfassten Spannungs-/Stromwertepaare bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird und 5 a simple battery model that is used to correct the detected voltage / current value pairs in a preferred embodiment of the invention, and

6 eine schematische Darstellung eines Batterie-Management-Systems zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 6 a schematic representation of a battery management system for carrying out the method according to the invention.

In der Darstellung der 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 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 presentation of the 1 is an exemplary course of the determined state of charge of a battery through the dotted curve 10 shown. 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 measured at a cell of the battery temperature. In contrast, the curve represents 14 the course of the calculated temperature. From about 80% state of charge (SOC) can be seen that the measured temperature 12 increases much more than the calculated temperature 14. This temperature increase of the measured temperature 12 is due to the onset of gassing in the cell of the battery causing a higher proportion of the total electricity to convert to 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. How 1 can be seen from the size of the temperature difference .DELTA.T between the measured temperature 12 and the calculated temperature 14 to the determined state of charge of the battery according to the course 10 getting closed.

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 Landezustndes 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 limit value, then a state of charge counter in control unit a battery management system to the predetermined state of charge value set. This is determined by the jump of the ascertained Landing SOC from about 95% to about 97%. In the preferred embodiment The invention is a redetermination of the determined state of charge on the example. Based on series of measurements predetermined value when the temperature difference .DELTA.T greater than 3K is.

Die zu erfassende Erwärmung im Überladebereich oberhalb etwa 80% Ladezustand (SOC) erfordert die zuverlässige Erkennung eines Temperaturanstiegs um 1,5K mit einer Genauig keit von mindestens 0,5K. 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 reliable detection a temperature increase of 1.5K with an accuracy of at least 0.5K. It is important that a good heat transfer between temperature sensor and Cell is present and a cooling medium the battery the temperature sensor not 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 was determined. Subsequently, the expected temperature value sets in after a time constant of approximately T = 20 seconds. These values can be determined experimentally, for example. To account for these circumstances, the calculated Tem filtered through a software low-pass filter before being compared to the measured temperature.

Für den Temperaturanstieg einer Batterie bei Belastung mit dem Strom I gilt folgende Formel: dT = dQ/C = 1/C·(R·I2+ (Ut – U0)·I – Pkü hl)dtmit T = Batterietemperatur,
Q = Wärmemenge,
C = Wärmekapazität,
R = Innenwiderstand,
U₀ = Ruhespannung,
U_t = thermoneutrales Potential und
P_künl = Kühlleistung.For the temperature rise of a battery under load with the current I, the following formula applies: dT = dQ / C = 1 / C · (R · I 2 + (U t - U 0 ) · I - P ku hl 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 _künl = 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 U_T sind näherungsweise konstant, wobei zur Berücksichtigung beispielsweise von Alterungsvor gängen ein bezüglich U₀ und U_T 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, aging processes can be used with respect to U ₀ and U _T self-learning algorithm.

Im Bereich unterhalb eines Ladezustands ohne Gasbildung bspw. unterhalb von 60% wird die Erwärmung der Batterie mit der Annahme U₀ = U_T 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) · I - P 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)·Ii + U·Ia – Pkünl)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 · ((U - U 0 ) · Ii + U · Ia - P künl ) 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 to be observed in the range of the fully charged state of the battery. This full charge condition normally does not work in hybrid mode reached. Therefore, a control unit of the battery management system lifts from time to time the battery charge level is 100%. By Such a state of charge excursion can be the state of charge be determined exactly. The value for the state of charge determined in this way can be used as calibration value for conventional methods for state of charge determination can be used.

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 The invention is complemented by very dynamic load profiles Method for determining state of charge, in which the dependence the rest voltage of the cell is used by the state of charge, the Charge state to determine.

Ein solcher Zusammenhang zwischen Ruhespannung OCV und Ladezustand SOC ist in der 2 dargestellt. Die Kurve 16 repräsentiert 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 in the 2 shown. 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 dotted curve shown 18 , 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. For NiMH cells, therefore, to determine the state of charge by means of the rest voltage, a state of charge excursion in the direction of full charge state or discharge state, ie beyond about 70% SOC or below about 30% SOC, is suitable.

3 zeigt die Verifizierung der Korrelation zwischen der ermittelten Ruhespannung und dem Ladezustand der Batterie bei einem beispielhaften Lastprofil. 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 erfin dungsgemäßen Verfahrens ermittelte Verlauf der Ruhespannung OCV ist durch die durchgezogene Linie 26 dargestellt, die mit Dreiecken markiert ist. Wie 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 based on the curve of the solid curve shown 22 the battery voltage shown. Rapid rises and strong drops in battery voltage 22 illustrate a highly dynamic load profile. The state of charge (SOC) of the battery is indicated by the dashed curve 24 shown. Starting from about 80%, the state of charge (SOC) in the illustrated curve increases relatively uniformly to about 92%. The determined by means of the inventions to the invention method course of the rest voltage OCV is by the solid line 26 represented, which is marked with triangles. How 3 can be seen, the course of the determined rest voltage OCV essentially follows the course 24 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.

4 verdeutlicht die Ermittlung der Ruhespannung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Während des Fahrbetriebs werden Wertepaare für Strom und Spannung ermittelt, die in 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 4 durch quadratische Symbole 30 angedeutet. Zur Korrektur der Werte 28 auf die Werte 30 wird ein einfaches Batteriemodell, das in der 5 dargestellt ist, iterativ nachgeführt. 4 illustrates the determination of the rest voltage according to the inventive method. During driving, pairs of values for current and voltage are determined 4 by diamond-shaped markings 28 are shown. The recorded value pairs 28 are then corrected to a value that would set in the constant current case after a sufficient waiting time. These corrected values are in the 4 through square symbols 30 indicated. To correct the values 28 on the values 30 becomes a simple battery model that in the 5 is shown iteratively tracked.

Auf diese Weise können Effekte von Relaxationsströmen eliminiert werden.In this way, effects of relaxation currents can be eliminated become.

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 ermittel te Ruhespannungswert auf einen Ruhespannungswert bei 20°C korrigiert.The determined corrected value pairs 30 are processed after sweeping over a certain, not too large SOC range, provided that the current variance of this data is sufficiently large. For this, the value pairs 30 interpolated linearly, creating an interpolation straight line 32 through the value pairs 30 receives. From the value of the interpolation line 32 At zero ampere, 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 resting 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 charging state determination themselves and are both used to determine the state of charge. The Determination of the state of charge by means of increased heating of the cells near the fully charged state then used when moderate dynamics in terms of load profile is present and thus the driving state allows the fastest possible charge of the battery. In highly dynamic driving profiles of the state of charge by means of Determination of the quiescent voltage determined. That way, the vulnerabilities can Both methods are mutually balanced.

Ein in der 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.An Indian 6 The illustrated battery management system of a hybrid vehicle has a control unit 34 and a temperature sensor 36 on. The temperature sensor is located on one or more cells of a traction battery 38 and records their temperature. The control unit 34 also captures and controls those on the battery 38 applied voltage and the supplied or withdrawn power. By means of the control unit 34 For example, the determined state of charge of the battery 38 be raised. About the control unit 34 is the battery 38 also connected to the other electrical components of the hybrid vehicle, such as the drive motor.

Claims

Method for determining the state of charge of a Battery with at least one cell, in particular a traction battery for a Hybrid vehicle, with the following steps: - Charging the cell up to the area of onset gassing, - Calculate the cell temperature at least from measured voltage and current values, - Measure up the cell temperature, - To calculate the difference between measured and calculated temperature and - Determine the state of charge by means of a first predetermined relationship between calculated temperature difference and state of charge.

Method according to claim 1, characterized in that that the calculated temperature values before further processing be filtered by means of a low-pass filter.

Method according to claim 1 or 2, characterized that in the calculation of the cell temperature, a battery cooling performance considered becomes.

Method for determining the state of charge of a battery having at least one cell, according to one of Claims 1 to 3, with the following additional steps: - detecting measured value pairs for voltage and current, - Correcting the detected measured value pairs for voltage and current to steady-state-yielding values taking into account a battery replacement circuit - interpolating the corrected pairs of measured values and determining a quiescent voltage value at the current value 0 and determining the state of charge by means of a second predetermined relationship between the determined rest voltage and state of charge.

Method according to claim 4, characterized in that that before capturing the measured value pairs, the cell is in the range fully charged or up to the unloading state unloaded.

Method according to one of claims 4 or 5, characterized by correcting the determined rest voltage value for a rest voltage value at a predetermined battery temperature.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the first and / or the second context self-learning changeable are.