EP4061668A1 - Method for determining a state value of a traction battery - Google Patents

Method for determining a state value of a traction battery

Info

Publication number
EP4061668A1
EP4061668A1 EP20801209.6A EP20801209A EP4061668A1 EP 4061668 A1 EP4061668 A1 EP 4061668A1 EP 20801209 A EP20801209 A EP 20801209A EP 4061668 A1 EP4061668 A1 EP 4061668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
traction battery
internal resistance
determined
value
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20801209.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Richter
Christoph Häussler
Kim VON GRABE
Hans-Jürgen MÄURER
Simon TILGNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dekra SE
Original Assignee
Dekra SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dekra SE filed Critical Dekra SE
Publication of EP4061668A1 publication Critical patent/EP4061668A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/16Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/374Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] with means for correcting the measurement for temperature or ageing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/378Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC] specially adapted for the type of battery or accumulator
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a status value of a traction battery of an electric vehicle, which characterizes the aging status of the traction battery, preferably a SoH value of the traction battery, the traction battery being charged or discharged by means of a test load and at least one time
  • the respective pair of values of an output voltage and a charging or discharging current of the traction battery is detected, with an ohmic internal resistance of the traction battery being determined on the basis of the recorded value pair of the output voltage and the charging or discharging current, and based on the determined ohmic internal resistance the status value of the traction battery is determined.
  • Electric vehicles are increasingly being used to reduce emissions of gases that are harmful to the climate, especially CO2 in the transport sector. This applies not only to passenger cars, but also to trucks. At least part of the electrical energy required to operate the electric vehicles is temporarily stored in a traction battery and made available when required.
  • the mentioned traction battery is therefore a rechargeable battery or an accumulator.
  • the electric vehicles mentioned do not necessarily have to be only those electric vehicles whose operating energy is provided exclusively by the traction battery. Rather, the term “electric vehicle” also includes vehicles in which an electric drive is combined with another drive, for example an internal combustion engine, ie so-called hybrid vehicles. Furthermore, the term “electric vehicle” includes not only vehicles in which the traction battery is charged from an external power source, but also those vehicles in which at least part of the electrical operating energy can also be generated on board the vehicle, for example by means of a Fuel cell system and / or by means of solar cells.
  • the term "electric vehicle” also includes any other vehicles in which at least part of the drive energy is provided by the traction battery, for example bicycles with electric drive support, such as e-bikes, pedelecs, cargo bikes, e-scooters, or electrically powered small scooters ler, but also electrically powered wheelchairs.
  • bicycles with electric drive support such as e-bikes, pedelecs, cargo bikes, e-scooters, or electrically powered small scooters ler, but also electrically powered wheelchairs.
  • traction batteries with battery cells based on lithium-ion technology are widely used as traction batteries.
  • traction batteries are also used, the battery cells of which are based on lead technology, which has long been known.
  • the method described here and its advantageous refinements are in any case not restricted to a specific battery cell type, but can in principle be applied to different types of traction batteries or battery cell types.
  • Traction batteries in electric vehicles like other types of rechargeable batteries, such as those used in cell phones or other electrical or electronic devices, are subject to an aging process that is caused by both aging and usage, i.e. the number the charge and discharge cycles, is determined.
  • the aging process of a traction battery leads, among other things, to the fact that the storage capacity of the traction battery decreases over time.
  • the storage capacity can vary significantly depending on the actual use of the traction battery. Particularly severe aging and the associated decrease in storage capacity are caused by high temperatures, high charging and / or discharging currents, deep discharging or high continuous loads.
  • FIG. 1 An exemplary aging curve of a traction battery is shown in FIG. 1.
  • this curve indicates the actual storage capacity or capacity Q in ampere-hours (Ah) as a function of the number of aging cycles N.
  • the experiment on which the curve is based was carried out at an ambient temperature of the traction battery of 40 ° C.
  • the charging current was 1 C, while the discharge current was 3 C for the determination of the aging cycles.
  • the values of 1 C or 3 C mean that the variable C represents the charging or discharging current in amperes (A) with the numerical values of the nominal storage capacity QN of the traction battery.
  • the actual storage capacity Q of a traction battery can therefore not only be measured by completely discharging a fully charged traction battery and continuously measuring the discharge current and discharge time, but also by means of an alternative method in which a test load is applied to the Basis of a respective value pair of an output voltage that has been determined at least at one point in time and a charging or discharging current of the traction battery, the ohmic internal resistance of the traction battery is determined.
  • the relationship between the actual capacitance Q and the ohmic internal resistance Ri of a traction battery is shown as an example in FIG.
  • a test load can be designed as a load resistor, ie an energy sink or current consumer, which effects a discharge current, or as a charger, ie an energy source or current generator, which effects a charging current.
  • a load current can accordingly be a discharge current or a charging current.
  • a status value of the traction battery can then be determined, which characterizes the aging status of the traction battery.
  • the actual storage capacity of the traction battery for example, can be determined as a status value.
  • SoFI value is used synonymously for the term "health value” (SoFI stands for "State of Health”).
  • SoH value describes the ratio of the current, aging-related reduced storage capacity of the traction battery to its original, ideal or nominal storage capacity and is usually given as a percentage.
  • the above-mentioned determination of the ohmic internal resistance of the traction battery on the basis of a recorded pair of values of the output voltage and the charging or discharging current when applying a known test load is based on an electrical model or an equivalent circuit diagram for a battery or a battery cell.
  • Such an exemplary equivalent circuit diagram which characterizes the structure of a battery cell consisting of a voltage source, various resistors Ri to R4 and various capacitors C2 to C4, is shown in FIG. 3. It is also possible to use different equivalent circuit diagrams, for example with only one serial ohmic internal resistance R1 and one RC element R2, C2.
  • SoC battery state of charge
  • SoFI state of charge of the battery
  • Li ohmic resistance
  • SoC state of charge
  • the SoC describes the current state of charge of accumulators and is usually given in percentages, with 100% representing a fully charged accumulator. 100% minus the value of the state of charge gives the degree of discharge (DoD or DOD - depth of discharge).
  • the ohmic resistance Ri decreases significantly with increasing temperature. It was also found that the ohmic resistance Ri remains almost constant in a large SoC range of generally 10 to 90%, in particular from 30 to 90%. Only when the battery is more than 90% discharged can a sharp increase in the ohmic resistance Ri be observed.
  • the investigations carried out on individual cells have shown that essentially only the temperature and aging have a significant influence on the values of the resistances and the capacities of the replacement model, whereas the state of charge of the cells has hardly any influence on the ohmic resistance.
  • FIG. 10 shows a tendency for the internal resistance Ri to increase when a traction battery is continuously discharged, with the influence of other RC elements over time, see the battery equivalent circuit diagram in FIG , ie with long-term loading, a clearly non-linear internal resistance develops, which can be a multiple of the internal resistance Ri in the idle state.
  • An alternative diagnostic method is impedance spectroscopy. This determines an impedance, i.e. the alternating current resistance, of a traction battery as a function of the frequency of an alternating voltage or alternating current. Impedance spectroscopy is usually carried out by impressing an alternating voltage, i.e. the potential of the working electrode is sinusoidally modulated and the current and its phase are measured. However, this requires direct galvanic access to the battery and a complex interpretation of the results. For the technical investigation and / or evaluation of electric vehicles, in particular a mercantile evaluation of used vehicles, it is desirable to know the condition of the traction battery regardless of environmental influences or specific measurement conditions.
  • At least one normalization variable characterizing the traction battery is determined, that on the basis of the determined ohmic internal resistance and the at least one normalization variable, a normalized internal resistance related to a reference value of the normalization variable is determined, with the determination of the status value of the traction battery on the Based on the standardized internal resistance.
  • the ohmic internal resistance of the traction battery can be normalized to one or more normalization variables.
  • These normalization variables are, in particular, parameters which each characterize a property or a state of the traction battery and which can have an influence on the value of the internal resistance determined.
  • An example of a normalization variable is the temperature of the traction battery, which will be explained in more detail below.
  • the normalized internal resistance can also be determined in several iterations, with the respective normalized internal resistance being determined in a subsequent normalization step on the basis of the normalized internal resistance determined in the previous normalization step and the at least one normalization variable of the subsequent one In the normalization step, a further normalized internal resistance related to a reference value of this normalization variable is determined.
  • the measured ohmic internal resistance is therefore converted into an internal resistance standardized to one or more normalization variables, which enables internal resistance measurements to be compared that were carried out on different traction batteries and under different conditions by eliminating the boundary conditions for determining internal resistance as a result of normalization.
  • the state value for example the SoH value of the traction battery, can then finally be determined from the normalized internal resistance, with a mathematical function or a table, both for example a lookup table can be used as a basis.
  • the charge or discharge is designed using a test load in such a way that the charge current or discharge current changes according to a step function.
  • the charge current or discharge current changes according to a step function.
  • provision can be made for several pairs of values to be recorded before and after the load jump, with the time interval being able to be equidistant or also variant.
  • the measured value density is preferably increased directly in the area of the load current.
  • the determination of a standardized internal resistance for determining the state value can be carried out in a simple manner.
  • An exemplary determination using a characteristic curve function can be carried out with little technical signal processing effort.
  • a conceivable alternative solution, in which a reference characteristic diagram is used as the basis, which must take into account a large number of relevant parameters, is significantly more complex than the solution according to the invention.
  • the standardization method according to the invention enables a significant reduction in the cost of an initial characterization of a respective battery cell type to determine the relationship between the stated state value and the ohmic internal resistance. This makes it possible to quickly and economically assess different types of traction batteries, which can also have different states of aging, with regard to their state, in particular their SoH.
  • the condition of the traction battery can be determined very quickly in a few minutes with low fault tolerance and inexpensively and without dismantling.
  • the method according to the invention is characterized by a low energy load on the traction battery. Furthermore, only compact, inexpensive test equipment is required as a diagnostic device. There are only relatively few errors due to the standardization methodology and independence from energy buffers provided by the manufacturer is achieved. Direct galvanic access to the traction battery or to measuring points for current / voltage measurements is not necessary.
  • the measured values can be picked up indirectly via a diagnostic interface of the vehicle, ie the OBD interface (on-board diagnosis). Measured values can be picked up via a standardized connector via a serial interface with standardized protocol such as K-line or via the CAN bus. This can usually be done using a plug dongle with, if necessary, a wireless connection to a diagnostic device, for example in the form of a mobile data terminal such as a smartphone, tablet or notebook.
  • the discharging takes place as part of an evaluation drive of the electric vehicle, the test load being formed by an assembly of the electric vehicle, preferably by a drive motor of the electric vehicle.
  • the test load can be switched on to initiate the charging or discharging process, for example, by briefly strong acceleration and subsequent braking. Braking for the determination of the internal resistance can also be omitted and is primarily for test drive-specific reasons. This results in a significant load on the traction battery. A distance of less than 100 m, preferably up to 50 m, for example, can be sufficient for such an evaluation drive. If necessary, the evaluation run can be repeated one or more times.
  • boundary conditions of this evaluation run which are suitable for influencing the load current (for example the The type of electric vehicle, the prevailing weather conditions, the conditions, the condition of the road, the inclination of the road, a load on the electric vehicle or the influences of a control of the drive motor) are taken into account, for example, by specifying respective areas for the boundary conditions that are not under - or may be exceeded.
  • the boundary conditions can also be taken into account by including them in the process in the form of one or more further characterizing nomination variables.
  • the exposure time of the test load can be very short in the range of 10-100 ms up to 10 seconds. However, test loads can last from 1 second to 30 seconds, even up to 2 minutes, in particular between 5 to 15 minutes.
  • the load current can regularly be a discharge current, but it can also be an impressed charging current.
  • a first normalization variable is a temperature of the traction battery while the values of the output voltage and the load current are being recorded, and the reference value of the first nomination variable is a reference temperature.
  • the internal resistance determined at a specific battery temperature can be converted to a standardized internal resistance based on the reference temperature.
  • a second normalization variable preferably characterizes a type of traction battery
  • the reference value of the second normalization variable is a normalization factor which relates different types of traction batteries to one another, the normalization factor being specified on the basis of at least one battery type parameter.
  • the battery type parameter can, for example, characterize the cell type of the traction battery, for example lithium-ion or lead technology, and / or also represent the type of arrangement of the cells of the traction battery, for example a respective number of battery cells connected in series and / or in parallel.
  • the normalization factor is preferably obtained empirically, for example by reference measurements on new batteries of the respective type.
  • mathematical or statistical methods can also be used in addition to the determination of the normalization factor, for example an interpolation or extrapolation, i.e. the battery type parameter or the associated second normalization factor for a battery with a specific number of rows connected in parallel and a specific one Number of batteries per row has been determined can be converted to batteries for which the specified number of cells deviates from this.
  • the normalization factor is usually dimensionless.
  • other normalization variables such as the degree of charge (SoC) of the traction battery, can also be taken into account.
  • the state value is determined on the basis of the normalized internal resistance using a mathematical model or a table, preferably a lookup table or a characteristic field, with preferably parameters or values that the mathematical model or the table describe to be retrieved from a database.
  • the database is preferably stored on a server, the parameters or values being called up via a wireless and / or wired data connection, for example a mobile data connection or an Internet connection.
  • the status value can thus be normalized, i.e. converted into a comparable value by using reference values.
  • a first normalization variable is a temperature of the traction battery during the acquisition of the values of the output voltage and the load current and the reference value of the first normalization variable is a reference temperature.
  • the temperature of the traction battery is determined in that, in a first measuring step, a first ambient temperature at a first point in time and a first ohmic internal resistance of the traction battery is determined, and a second ambient temperature and a second ohmic resistance of the traction battery are determined in a second measuring step after a predetermined period of time has elapsed at a second point in time.
  • An internal resistance change rate is determined on the basis of the difference between the first and the second ohmic internal resistance and the predetermined time period. On the basis of the internal resistance change rate, a temperature difference between the ambient temperature and the temperature of the traction battery is determined. The temperature of the traction battery is determined by adding a reference ambient temperature determined from the first and / or the second ambient temperature and the determined difference temperature.
  • the ohmic internal resistance of the traction battery depends to a considerable extent on the temperature of the traction battery.
  • direct access to the traction battery to determine the battery voltage and the charging or discharging current is not possible.
  • These parameters, as well as current and voltage values are regularly provided at an interface of a vehicle diagnostic system (OBD for on-board diagnosis), for example in the form of value pairs that are generated with a specific fixed or variable sampling rate.
  • OBD vehicle diagnostic system
  • the battery temperature which can possibly be determined by the vehicle diagnostic system at one or more points, is not provided or is only provided in encrypted form. Under certain circumstances, reading out the battery temperature is only possible with considerable additional expenditure in terms of time or processing technology, with additional manufacturer-specific peculiarities often having to be taken into account.
  • the aforementioned embodiment of the method provides a possibility of determining the battery temperature in an indirect way. This makes use of the fact that a battery temperature deviating from the ambient temperature adjusts itself to the ambient temperature over time, at least if The battery temperature is not influenced by longer charging and / or discharging processes.
  • the adaptation of the battery temperature to the ambient temperature follows a so-called acclimatization gradient, which is characteristic of the type of battery used and depends, among other things, on the design of the traction battery, in particular on the number and arrangement of the battery cells contained in the traction battery.
  • the traction battery has a rate of change in its internal resistance, ie a resistance difference per unit of time, which depends on the difference between the battery temperature and the ambient temperature, ie on the temperature difference mentioned.
  • the temperature difference present at the time of measurement can be determined.
  • the temperature of the traction battery then results from the reference ambient temperature and the determined difference temperature, the reference ambient temperature can be determined for example by forming the mean value of the first and the second ambient temperature. Assuming that the ambient temperature has not changed or has not changed significantly between the two times mentioned, the reference ambient temperature can also be set equal to the first or the second ambient temperature.
  • the above-mentioned predetermined period of time between the two measuring steps is preferably between five and fifteen minutes. During this period, a sufficiently large change in the traction battery temperature can be expected, which results in a corresponding change in the ohmic internal resistance of the traction battery.
  • the first ohmic internal resistance can be used to determine the status value of the traction battery.
  • the state value of the traction battery is determined on the basis of the second ohmic internal resistance. For this is assumed that the battery temperature at the time the second ohmic internal resistance was determined has approached the ambient temperature more than it was at the first time. It follows from this that, due to the lower differential temperature, the rate of internal resistance change also decreases, which improves the measurement accuracy. In addition, there is no need to measure the ohmic internal resistance again, since the ohmic internal resistance actually measured for determining the temperature at the second point in time can also be used to determine the state value.
  • the current curve of the load current changes.
  • This can be designed, for example, as a current ramp, i.e. a linear rise or fall in a charging or discharging current.
  • the loading or unloading takes place by means of the test load in such a way that when the test load is applied, the load current has a current jump.
  • the load current can thus be measured in the form of a step response.
  • a measuring sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, the measuring sequence comprising a plurality of pairs of values for the output voltage and the load current recorded at quickly successive points in time.
  • An impedance consists of an imaginary part, i.e. a reactance, and a real part, i.e. an ohmic resistance. The reactance is usually negligibly small, so that the impedance estimates the ohmic resistance quite precisely.
  • the measurement sequence thus represents the step response to the load or current jump generated when the test load is applied.
  • the time intervals between the Points in time at which the respective pairs of values are recorded can be constant (ie a fixed sampling frequency or rate is provided) or also vary, with the time density preferably being increased at the point in time of the load jump. If necessary, the time intervals between the points in time can also be specified by the OBD and cannot be influenced.
  • the measurement sequence can be recorded in such a way that a first pair of values is recorded at the latest immediately at the time the test load is applied, although the recording of the measurement sequence is preferably also a few milliseconds before the Current jump can take place. This case is therefore also included in the expression "beginning with the application of the test load".
  • the ohmic internal resistance can be determined as the quotient of the difference between the recorded output voltage and the open-circuit voltage Uo and the difference between the recorded load current and the closed-circuit current for a respective further value pair of the measurement sequence.
  • parameters of a logarithmic function can be determined for the measurement sequence by means of a mathematical compensation calculation, which models the course of the measurement sequence, with the ohmic internal resistance at a desired point in time, preferably at the time of the current jump, or on the basis of the logarithmic function can be determined at least approximately at a corresponding frequency.
  • the idle voltage Uo or idle current low is understood to mean the output voltage or load current which is present when the traction battery is loaded with a base load, the base load having a substantial higher ohmic resistance than the test load. Investigations have shown that the course of the internal resistance over time shows the course of a logarithmic function immediately after the test load is applied.
  • the ohmic internal resistance can be determined particularly precisely, since the actually measured internal resistance can be determined at a desired point in time, in particular in relation to the point in time of the current jump.
  • the internal resistance Ri can take place at a point in time which is very close to the switch-on point in time of the load to, or at another point in time ti with relatively high accuracy, even if no or only imprecise data is available for this point in time stand.
  • Recourse to a compensation function is also particularly advantageous if the time relationship between the times at which a respective pair of values was recorded and the time at which the current jump occurred (switching on of the test load) cannot be precisely logged.
  • the temporal relationship can then be determined subsequently from the course of the logarithmic function, for example by introducing a temporal shift constant t 0 y set , whereby by maximizing a coefficient of determination R 2 with variation of the shift constant to / fset between the function curve and the measured values is possible. lent an exact estimate of the jump time can be determined.
  • the degree of certainty R 2 describes a goodness of fit of a regression, in particular a regression function of the internal resistance behavior, in order to evaluate how well the measured values fit the assumed model of the internal resistance.
  • the compensation function By evaluating the compensation function, the fact that the internal resistance of the traction battery has a complex value is also taken into account, ie it includes a frequency-independent real part and a frequency-dependent imaginary part.
  • the real part of the complex internal resistance corresponds to the ohmic internal resistance, depending on the test conditions, this is usually not directly measurable. Even if the imaginary part of the internal resistance is significantly, ie approximately one order of magnitude, smaller than the real part, the consideration of the imaginary part in the determination of the internal resistance can improve the accuracy. As a rule, the influence of the imaginary part on the total impedance is negligible.
  • the internal resistance can be determined not only in the form of a step response, but also through periodic load changes, the period or frequency of these load changes being varied.
  • This method is called impedance spectroscopy.
  • the result of such an impedance spectroscopy is shown for an exemplary traction battery in FIG. 13, the determination of the real and imaginary parts Re (Z) and Im (Z) being able to be determined with relatively great technical effort.
  • Fig. 13 shows a so-called Nyquist plot, i.e. each point of the imaginary part Im (Z) and the real part Re (Z) of the complex internal resistance Z is shown at a certain frequency.
  • the position of the switch-on time of the load can be determined relatively precisely with the aid of the fitted logarithmic function.
  • this switch-on time can be estimated by varying the assumed position of this time and maximizing it to the degree of certainty R 2 .
  • the Ri is determined using the measurement curve for the battery using the least squares method described.
  • b corresponds to the internal resistance Ri at an examination frequency of 1 Hz or the internal resistance after 1 s when a step function is applied.
  • the factor a describes approximately the influence of the RC elements in the substitute model described at the beginning (FIG. 3) on the time behavior.
  • t 0 ⁇ set is the time between the actual switch-on time and an assumed switch-on time.
  • optimization can be used to make a good estimate of t g ffset using a maximum coefficient of determination R 2 , the coefficient of determination R 2 being used to assess the goodness of fit of the regression, ie how well the measured values fit the underlying battery model.
  • t offset can initially be set to zero.
  • the quality of the curve can be determined with the measure of certainty R 2.
  • toffset it is possible to optimize to a maximum R 2 and thus the switch-on time can be estimated relatively precisely.
  • the switch-on time is then t 1 sec - t offset - 1 sec. This only applies to step excitations and is only useful to a limited extent for ramp-shaped excitations.
  • an expected load current is predetermined by the test load, preferably by an ohmic resistance of the test load, and by the output voltage (e.g. a nominal output voltage or a quiescent output voltage) of the traction battery, with those pairs of values when determining the ohmic resistance stand of the traction battery are not taken into account, in which a difference between the expected load current and the recorded load current exceeds a predetermined tolerance value.
  • Said tolerance value can be, for example, 20%, preferably 10%, particularly preferably 5% of the expected load current.
  • the detection of the at least one value pair of an output voltage and a load current of the traction battery takes place in several passes, with the test load being switched on in each pass and removed again at the end of the pass, at at least one point in time of a pass a respective pair of values is recorded and a respective ohmic resistance of the traction battery is determined on the basis of the recorded value pair, and a mean value for the ohmic internal resistance is determined from the respective ohmic internal resistance determined in the several runs, with the determination of the state value of the Traction battery based on the mean value of the ohmic internal resistance.
  • the determination of the ohmic internal resistance of the traction battery further comprises at least one of the following steps: a) a respective valid measurement range is defined for at least one value of a value pair, a value pair not being taken into account if one or Both values lie outside the respective measuring range, the measuring range preferably being defined on the basis of an absolute value or a rate of change of the associated value.
  • a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously switched on for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time, one pair of values is not taken into account if one or both values of this value pair are equal to the corresponding value of at least one value pair that was recorded at a previous point in time.
  • so-called hanging measured values can be sorted out, in which, due to errors, one or both values of a value pair do not change over one or more successive measurements.
  • the low-pass filtering can improve the accuracy of the state value determination, in particular if a repetition of the measurement in several runs cannot be carried out.
  • a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time, with d1)
  • a sliding mean value of the ohmic internal resistance is determined from the pairs of values for the output voltage and the load current of the measurement sequence, with the respective ohmic internal resistance from the difference between the two output voltages divided by the difference between the two loads, preferably for two respective pairs of values recorded immediately one after the other flow currents are determined and the moving average of the ohmic see internal resistance is formed by the mean value of the respective ohmic resistances determined in this way, or d2) the ohmic internal resistance is determined from the respective value pairs of the output voltage and the load current on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably
  • the evaluation ie the determination of the ohmic resistance
  • the ohmic internal resistance can be carried out from the multiple value pairs on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably using the least squares method. Seen clearly, the voltage is plotted against the current (or vice versa) for each pair of values and a compensation burr is determined according to the principle of least squares ("Least Square Fit").
  • Least Square Fit least square Fit
  • Both methods for d can be further improved through the use of further statistical methods, such as the determination of a range, an interquartile range, a variance, a scatter or a standard deviation and, if necessary, can be discarded if the data quality is too low.
  • statistical methods can be applied to the result as well as to the raw measurement data, ie to the original current and voltage values. Two or more of the above-mentioned methods can also be combined with one another in order to achieve a further improvement in the data quality.
  • a voltage, in particular an open circuit voltage of the traction battery can be determined approximately in a voltage-current diagram if no direct pair of measured values with a current, in particular idle current Io and a voltage, in particular idle voltage Uo, is available.
  • a current in particular idle current Io
  • a voltage in particular idle voltage Uo
  • at least two, in particular a plurality of measured value pairs from current and voltage are to be compared and a straight line through the measured value pairs to be determined using the least squares method.For example, it enables the determination of an intersection of this straight line with the current axis I, i.e. for the quiescent current Io an estimate of the open-circuit voltage Io of the battery at a current state of charge.
  • the traction battery is excited by a load current in the form of a charging or discharging current.
  • the type of excitation can take place as a ramp-shaped excitation or as a jump-like excitation. If there is a sudden excitation, the previous determination of an open-circuit voltage Uo and a closed-circuit current Io can be used as a reference to determine the internal resistance Ri.
  • Improved identification of the point in time of the jump can be achieved by optimizing the coefficient of determination R 2 of a curve fit. Furthermore, an improved identification of the time-dependent internal resistance Ri (ti) can take place.
  • the present invention also relates to a diagnostic device for determining a status value of a traction battery of an electric vehicle, the diagnostic device having an evaluation unit which can be coupled directly or indirectly to the traction battery and which is set up to carry out the method according to one of the preferred embodiments according to the invention described above.
  • a direct coupling of the diagnostic device with the traction battery is understood in particular to be a coupling in which the diagnostic device can be coupled to voltage or current measuring points of the traction battery.
  • An indirect coupling consists in particular in that the diagnostic device is coupled to a diagnostic device, in particular an on-board diagnostic system (OBD) of the electric vehicle, this diagnostic device of the electric vehicle at least the values of the output voltage and the load current, preferably also the temperature of the traction battery , transmitted to the evaluation unit.
  • OBD on-board diagnostic system
  • the diagnostic device can preferably fall back on a central data storage with regard to the battery data, such as vehicle type, battery type, historical measured values, cross-fleet comparison values.
  • the data storage can in particular be implemented as a central cloud storage on the Internet.
  • both the diagnostic device can be regularly and independently supplied with new software updates, and the central data storage can also be regularly supplemented with measured values and diagnostic results from various temporally and spatially distributed diagnostic processes. Analyzes based on this can also enable type-specific or fleet-related evaluations with regard to the SoFI behavior of the traction battery in relation to an individual vehicle.
  • the diagnostic device advantageously comprises a mobile, portable, independently and wirelessly connectable display and / or input device that can be used in the context of a test inspection inside or outside the vehicle in order to control a diagnostic process and to display diagnostic data.
  • the diagnostic device can be designed as a customary mobile terminal such as a smartphone, tablet or notebook.
  • 1 is a diagram showing the storage capacity Q of a traction battery as a function of the number of aging cycles N;
  • Fig. 2 is a diagram showing the capacity Q and the internal resistance Ri of a traction battery as a function of the number of aging cycles N indicates;
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of a battery cell or a traction battery
  • FIG. 4 shows a block diagram which shows the determination of a state value of a traction battery in accordance with an embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 5 is a diagram showing the adjustment of a temperature T of a traction battery to an ambient temperature as a function of the time t;
  • FIG. 6 is a diagram showing an internal resistance change rate of a traction battery as a function of a temperature difference between a battery temperature and an ambient temperature exemplarily for a specific battery type; 7 shows a block diagram which indicates a determination of a state value of a traction battery according to a further embodiment of the method according to the invention;
  • Fig. 8 is a diagram which indicates the output voltage and the load current of a traction battery as a function of the time when a sudden connection of a test load indicates;
  • Fig. 9 is a diagram showing the output voltage and the load current of a traction battery as a function of time in a ramp-shaped connection of a test load indicates;
  • FIG. 14 shows a diagram which indicates a coefficient of determination R 2 for a determined internal resistance of a traction battery as a function of a variation of a point in time t offset for the application of a test load.
  • Fig. 4 shows a block diagram which illustrates the determination of a status value of a traction battery of an electric vehicle 20 by means of a diagnostic device 10 which is set up to carry out a method according to an embodiment of the present invention.
  • the diagnostic device 10 has an evaluation unit which comprises at least one determination module 12 and a normalization module 14.
  • the diagnostic device 10 is indirectly coupled to the traction battery (not shown) of the electric vehicle 20 so that the values of an output voltage U, a load current I and a temperature T of the traction battery can be transmitted to the evaluation unit.
  • the coupling to the traction battery can either take place directly at corresponding measuring points or sensors or indirectly via an interface of an on-board diagnostic device (OBD) of the electric vehicle 20.
  • OBD on-board diagnostic device
  • the traction battery of the electric vehicle 20 can be coupled to a test load, for example a drive motor of the electric vehicle 20, in order to cause the traction battery to be discharged.
  • the output voltage U and the load current I are transmitted to the diagnostic device 10 in the form of respective pairs of values, whereby both a single pair of values and a measurement sequence of several pairs of values determined at certain time intervals can be recorded by the diagnostic device 10.
  • the determination module 12 is set up to determine an ohmic internal resistance of the traction battery. In addition to the actual calculation of the ohmic internal resistance from the output voltage U and the load current I, further data processing steps can be carried out in the determination module 12, which is explained in more detail below, in particular with reference to further embodiments of the method according to the invention and the diagnostic device according to the invention.
  • the determined ohmic internal resistance is transmitted to a normalization module 14.
  • the temperature T of the traction battery is also transmitted to the standardization module 14.
  • the detection of the temperature T of the traction battery hereinafter also abbreviated as battery temperature, is determined in the exemplary embodiment according to FIG. 4 by means of a sensor system that can be arranged within the traction battery and transmitted to the normalization module 14.
  • a standardized internal resistance is determined in the standardization module, which converts the ohmic internal resistance measured at the current battery temperature to a standardized internal resistance.
  • the battery temperature thus forms a normalization variable, whereby when determining the normalized internal resistance, the currently determined ohmic internal resistance is related to a reference internal resistance using a normalization function or a normalization table, which is structurally identical or also identical at a reference temperature within the framework of the previous other traction batteries has been determined.
  • a normalization factor can be taken into account as an additional normalization variable.
  • the normalization factor can be provided on the basis of at least one battery type parameter, wherein the battery type parameter can represent, for example, a cell type (lithium ions, lead, etc.), a number of battery cells connected in series and / or parallel, or the like.
  • the normalization factor can be obtained empirically, for example by measurements on batteries that are as good as new, and is usually dimensionless.
  • the degree of charge (SoC) of the traction battery can be taken into account as a further standardization variable.
  • the test load can be applied, for example, by performing an evaluation drive over a relatively short distance of for example up to 100 m, preferably up to 50 m, with the electric vehicle 20, with the highest possible acceleration being advantageously set here.
  • the short evaluation run consists, for example, of a short, powerful acceleration.
  • the load depends on various test boundary conditions (driving style of the tester, vehicle, weather conditions, road conditions such as pavement surface or inclination, payload of the vehicle, functionality of a vehicle approach control, etc.). If necessary, relevant test boundary conditions can be taken into account in the form of further standardization variables.
  • the normalization can be carried out, for example, on the basis of a table, for example a lookup table or a characteristic diagram, or also on the basis of a mathematical model. If several normalization parameters are to be taken into account, the normalization, i.e. the determination of the normalized internal resistance, can also be carried out in several sub-steps.
  • the parameters required for normalization i.e. characteristic map tables or characteristic field values or parameters of a mathematical model or a mathematical normalization function, can be stored in the diagnostic device 10 and / or can also be called up by the diagnostic device 10 from an external database.
  • the diagnostic device 10 can optionally also feed correction values for these parameters back into the database.
  • the normalization module 14 is also set up to determine a status value of the traction battery on the basis of the normalized internal resistance.
  • the health status (SoFI) of the traction battery is output as the status value.
  • the SoH can be calculated, for example, on the basis of a SoH assignment function or table that was previously determined empirically in tests. From- The SoH is provided, for example, in the form of a log printout 16.
  • Other output options are also possible, for example by a display or by wireless or wired transmission to corresponding display, acquisition or data processing devices.
  • the SoH value along with other recorded parameters, for example the input parameters U, I and T and possibly vehicle identification data, can be transmitted to a central server, from where a paper or electronic transmission, for example to users of the electric vehicle or to a workshop.
  • a central data storage is that different traction batteries or electric vehicles that have not been tested at first can be analyzed.
  • a type of standard can be defined for several traction batteries or electric vehicles of the same type, which is composed of empirical values from several batteries or electric vehicles. Compared to a reference to a single reference battery, the influence of any manufacturing tolerances can thus be reduced and, even with a correspondingly large database, the respective aging status of the traction battery can also be taken into account.
  • the measured values of the output voltage U and the load current I required to determine the internal battery resistance are usually provided by an OBD of the electric vehicle or another interface, since access to components with high voltage within the battery is usually not possible for safety reasons .
  • the battery temperature T is not provided at all or is only provided in encrypted form.
  • an alternative method for determining the battery temperature is specified in accordance with this advantageous embodiment. This takes advantage of the fact that when determining the status value, the battery temperature differs from the temperature of the environment in which the test of the traction battery is to be carried out.
  • the curve directly gives the Temperature difference between the ambient temperature and the battery temperature.
  • the rate of temperature change can be determined from the rate of internal resistance change and from the rate of temperature change, which, as explained above, can be determined from FIG If the gradient DT / t corresponds to the curve in FIG. 5, the associated temperature difference can in turn be derived by appropriate calculation steps. Since the ambient temperature is known or can easily be measured, conclusions can be drawn directly about the battery temperature on the basis of the ambient temperature and the differential temperature.
  • the relationship between the rate of internal resistance change over time AHL and the temperature difference DT between the environment and the battery can also be represented in a simplified manner directly by a corresponding curve AHL to DT, see FIG. 6 with regard to a battery-specific temperature behavior.
  • this curve which can be represented by a mathematical model or a table, the temperature difference can be read off directly for a respective rate of internal resistance change.
  • a first ohmic internal resistance and a second ohmic internal resistance of the traction battery are determined at intervals of, for example, 5 to 15 minutes. The difference between the first and second ohmic internal resistance divided by the time interval between the two measurements then gives the internal resistance change rate ARi / t.
  • the ambient temperature T can also be recorded, from which the battery temperature can then be determined by adding the differential temperature. If the ambient temperature T should change slightly during the measurement, one of the two ambient temperatures or an average of the ambient temperatures T determined at the various points in time can be used as the reference ambient temperature. More than two internal resistances Ri can advantageously be determined in order to achieve greater accuracy for determining the rate of change in resistance.
  • a diagnostic device 110 designed to carry out this modification of the method according to the invention is shown in FIG. 7. Since the Diagnostic device 110 is a modification of the diagnostic device 10 shown in FIG. 4, only the essential differences are described below. Identical or similar elements are therefore provided with the same reference numerals.
  • the diagnostic device 110 also has a buffer module 18 in which an internal resistance value Ri determined by the determination module 12 can be temporarily stored. A transmission of the battery temperature T from the electric vehicle 20 to the diagnostic device 110 is not provided. Instead, the normalization module 14 has an additional input via which an ambient temperature Tu of an environment in which the electric vehicle 20 is at the time of the measurements can be recorded.
  • an internal resistance value Ri is determined and transmitted to the buffer module 18, where it is temporarily stored as the internal resistance value Rn.
  • the output voltage U and the load current I are measured again at a second point in time and converted in the determination module 12 into a further internal resistance value R i .
  • This second internal resistance value is transmitted to the normalization module 14.
  • the temporarily stored first internal resistance value Rn is transmitted from the buffer module 18 to the normalization module 14.
  • the normalization module now determines the difference between the two internal resistance values Rn, Ri2 and divides this by the time between the two measurement times.
  • an associated temperature difference is determined on the basis of the battery-specific curve from FIG. 6, which can be stored in the diagnostic device 110, for example in the form of a table or a mathematical function.
  • the normalization module 14 On the basis of this differential temperature and the ambient temperature temperature T u, the normalization module 14 now determines the battery temperature, which can then be used as the basis for the normalization described with reference to FIG. 4.
  • FIG. 8 the curves of the output voltage U and the load current I, which reflects a jump in a charging current, an exemplary traction battery is shown.
  • the diagram of FIG. 8 shows the measured values for U and I at a respective point in time t.
  • the origin of the time scale is chosen arbitrarily.
  • a regression function for example an exponential function
  • U and I a description function of U and I can be found. If a time offset t 0 set is provided in this regression function, the coefficient of determination R 2 can be maximized by shifting the time base by changing t 0 ff Se t and thus the switch-on time to of the jump S can be determined, this is for example in 14 for different values of t offset .
  • Corresponding internal resistance values can be determined from the pairs of measured values determined at a particular point in time.
  • some of these internal resistance values Ri are plotted over time t, the internal resistance values Ri1 to Ri3 determined during the jump being marked accordingly.
  • the straight line shown in dashed lines in FIG. 10 represents an equilibrium line for the internal resistance measured values Ri.
  • FIG. 10 and also in FIG Plausibility check. This is also shown by the minimized value of the coefficient of determination R 2 .
  • the current and voltage difference during an acceleration process is used to calculate the internal resistance Ri.
  • the internal resistance Ri is calculated according to the equation:
  • charging of the battery can also be provided as system excitation. It is often not possible to synchronize the time scale of the system excitation, ie the application of the test load or the charging current, with the time scale of the system response, ie the acquisition of the measured values.
  • the resistance Ri in the equivalent circuit diagram of FIG. 3, it is necessary to determine the internal resistance immediately after switching on the test load or at a defined, timely point in time. Due to the large rate of change of current and voltage, the corresponding pairs of measured values are often highly error-prone at this moment or are not determined at the right time due to the discrete sampling. Interpolation or extrapolation of the measurement data is therefore preferred for a correct determination of Ri. A suitable interpretation of the measurement data is therefore essential.
  • FIG. 11a essentially corresponds to FIG. 10 and shows a relatively low coefficient of determination R 2 , ie a relatively imprecise determination of the internal resistance profile.
  • the measured value Ri1 is discarded due to its strong deviation from the best-fit straight line or a predetermined expected value.
  • FIG. 11a shows that the training Equal function of FIG. 11b, the slope has increased somewhat and the value of the coefficient of determination R 2 has improved from 0.9249 (FIG. 11a) to 0.9665 (FIG. 11b).
  • FIG. 11d corresponds to FIG. 11c, the time axis (x-axis) having been scaled logarithmically.
  • Fig. 12 shows a diagram of a linear current and voltage curve l / U of a traction battery with a ramp-shaped load R.
  • Ri To determine the internal resistance Ri, a regression line using a least square approach, ie the method of small- th error squares determined.
  • the coefficient of determination R 2 that can be determined here provides information as to whether the compensation function considered for this purpose, in this case a straight line, matches the measured values determined.
  • the method is ideal for determining an open-circuit voltage Uo when the current fluctuates.
  • a further significant improvement in the data evaluation can be achieved in that those value pairs when determining the ohmic component internal resistance are not taken into account, in which a difference between the expected load current and the recorded load current exceeds a predetermined tolerance value, as was done in the present example for the pair of values on which the internal resistance Ri1 was based.
  • the internal resistance can be determined in several runs, whereby the test load is applied in each run and removed again at the end of the run. At least one value pair, preferably a measurement sequence, is recorded in each run. Then a respective ohmic internal resistance of the traction battery is determined for each run. Finally, an average value for the ohmic internal resistance is determined from the ohmic internal resistances determined in several runs. This mean value is then used to determine the status value of the traction battery.
  • a respective valid measuring range is defined for at least one value of a value pair, a value pair not being taken into account if one or both values are outside the respective measuring range, where the measuring range is preferably defined on the basis of an absolute value or a rate of change of the associated value is.
  • the measuring ranges can be absolute, for example by absolute limit values for the
  • a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being applied continuously for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time. A value pair is not taken into account if one or both values of this value pair are equal to the corresponding value of at least one value pair which was recorded at a previous point in time.
  • hanging measured values can be eliminated, which result in particular from the fact that transmission errors and, in particular, delays occur during data transmission from the traction battery or the OBD.
  • This data can lead to errors in the evaluation result, which are difficult or even impossible to identify in retrospect.
  • Such “hanging measured values” can, however, be sorted out according to fixed criteria, since this erroneous data is primarily characterized by the fact that the measured values do not change over a certain period of time. Due to the peculiarity of the method according to the invention, according to which a system response to an abrupt system excitation is to be determined, all measured values that do not differ from the previous measured value can be sorted out.
  • At least one value ie voltage or current
  • the relevant value pair recorded at a later point in time can be deleted from the evaluating data record. If the error of a hanging measured value only affects one value of a value pair, it can also be replaced with the help of an interpolation from the remaining corresponding values.
  • a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence.
  • the measurement sequence comprises several pairs of values for the output voltage and the load current that are recorded at times in quick succession.
  • the measurement sequence is subjected to low-pass filtering. With such a simple filtering it is often possible to achieve surprisingly good improvements in the accuracy of the determination of the internal resistance.
  • Low-pass filtering is particularly useful if it is not possible to carry out several measurement runs repeatedly (see method 1.).
  • the low-pass filter can be used as if several repeated measurements had been carried out at a similar point in time, but taking into account the inadequate measurement resolution and thus forming a virtual mean value.
  • This method can preferably be used for test arrangements which have no jumps but are continuous.
  • a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence.
  • the measurement sequence records several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time.
  • a sliding mean value of the ohmic internal resistance is determined from the pairs of values for the output voltage and the load current of the measurement sequence.
  • This method is particularly suitable for a ramp-shaped excitation, ie more continuous Load increase or decrease. This is preferably done by determining the respective ohmic internal resistance from the difference between the two output voltages divided by the difference between the two load currents and the moving average of the ohmic internal resistance by the mean value of the respective ohmic resistances determined in this way for two respective pairs of values recorded immediately one after the other is formed.
  • the associated internal resistance is determined from two adjacent pairs of values in the measurement sequence, and an average value of these internal resistances is then calculated according to the following equation: where n is the number of value pairs, and a respective ohmic resistance Rim is determined from two pairs of values recorded immediately one after the other according to the equation n _ Um + l - Um im - - l j ⁇ J m + 1 l m, where Um, Um + i are the respective output voltages and Im, Im + i are the respective load currents of two pairs of values m, m + 1 of the measurement sequence that are recorded immediately one after the other. If the open-circuit voltage Uo and the closed-circuit current Io are selected instead of Um and Im, this method can also be used for sudden excitations.
  • the number n does not necessarily have to represent the number of all measured value pairs of the measurement sequence, but can also be a number of measured value pairs to be taken into account, for example if one or Several pairs of measured values have been removed from the measurement sequence or are not to be taken into account.
  • the ohmic internal resistance can be determined from the respective value pairs of the output voltage and the load current on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably using the least squares method. This approach has already been described above with reference to FIGS. 8 to 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for determining a state value of a traction battery of an electric vehicle, said value characterizing the aging state of the traction battery, preferably an SoH value of the traction battery. The traction battery is charged or discharged by means of a test load, and a respective value pair of an output voltage and a load current of the traction battery is detected at at least one point in time. An ohmic inner resistance of the traction battery is ascertained on the basis of the detected value pair of the output voltage and the load current, and the state value of the traction battery is ascertained on the basis of the ascertained ohmic inner resistance. At least one normalization variable which characterizes the traction battery is ascertained, and a normalized inner resistance, with respect to a reference value of the normalization variable, is ascertained on the basis of the ascertained ohmic inner resistance and the at least one normalization variable, wherein the state value of the traction battery is ascertained on the basis of the normalized inner resistance. The invention additionally relates to a diagnosis device for determining a state value of a traction battery of an electric vehicle, said diagnosis device having an analysis unit which can be coupled directly or indirectly to the traction battery and which is designed to carry out the method.

Description

VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG EINES ZUSTANDSWERTES EINER PROCEDURE FOR DETERMINING A CONDITIONAL VALUE OF A
TRAKTIONSBATTERIE TRACTION BATTERY
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands wertes einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, welcher den Alterungszu- stand der Traktionsbatterie charakterisiert, bevorzugt eines SoH-Wertes der Trak tionsbatterie, wobei die Traktionsbatterie mittels einer Prüfbelastung geladen oder entladen wird und zu wenigstens einem Zeitpunkt ein jeweiliges Wertepaar einer Ausgangsspannung und eines Lade- oder Entladestroms der Traktionsbatterie erfasst wird, wobei auf der Grundlage des erfassten Wertepaars der Ausgangs- Spannung und des Lade- oder Entladestroms ein ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, und wobei auf der Grundlage des ermittelten ohm schen Innenwiderstands der Zustandswert der Traktionsbatterie ermittelt wird.The present invention relates to a method for determining a status value of a traction battery of an electric vehicle, which characterizes the aging status of the traction battery, preferably a SoH value of the traction battery, the traction battery being charged or discharged by means of a test load and at least one time The respective pair of values of an output voltage and a charging or discharging current of the traction battery is detected, with an ohmic internal resistance of the traction battery being determined on the basis of the recorded value pair of the output voltage and the charging or discharging current, and based on the determined ohmic internal resistance the status value of the traction battery is determined.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Um die Emissionen von klimaschädlichen Gasen, insbesondere von CO2 im Ver- kehrssektor zu senken, kommen in zunehmendem Maße Elektrofahrzeuge zum Einsatz. Dies betrifft nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch Lastkraftwagen. Zumindest ein Teil der zum Betrieb der Elektrofahrzeuge benötigten elektrischen Energie wird in einer Traktionsbatterie zwischengespeichert und bei Bedarf zur Verfügung gestellt. Bei der genannten Traktionsbatterie handelt es sich somit um eine wiederaufladbare Batterie oder einen Akkumulator. Electric vehicles are increasingly being used to reduce emissions of gases that are harmful to the climate, especially CO2 in the transport sector. This applies not only to passenger cars, but also to trucks. At least part of the electrical energy required to operate the electric vehicles is temporarily stored in a traction battery and made available when required. The mentioned traction battery is therefore a rechargeable battery or an accumulator.
Bei den genannten Elektrofahrzeugen muss es sich nicht zwingend nur um solche Elektrofahrzeuge handeln, deren Betriebsenergie ausschließlich von der Trakti onsbatterie zur Verfügung gestellt wird. Vielmehr umfasst der Begriff "Elektrofahr zeug" auch solche Fahrzeuge, bei denen ein elektrischer Antrieb mit einem weite- ren Antrieb, z.B. einem Verbrennungsmotor, kombiniert ist, d.h. sogenannte Hyb ridfahrzeuge. Des Weiteren umfasst der Begriff "Elektrofahrzeug" nicht nur Fahrzeuge, bei de nen die Traktionsbatterie von einer externen Stromquelle geladen wird, sondern auch solche Fahrzeuge, bei denen zumindest ein Teil der elektrischen Be triebsenergie auch an Bord des Fahrzeugs erzeugt werden kann, beispielsweise mittels eines Brennstoffzellensystems und/oder mittels Solarzellen. The electric vehicles mentioned do not necessarily have to be only those electric vehicles whose operating energy is provided exclusively by the traction battery. Rather, the term “electric vehicle” also includes vehicles in which an electric drive is combined with another drive, for example an internal combustion engine, ie so-called hybrid vehicles. Furthermore, the term "electric vehicle" includes not only vehicles in which the traction battery is charged from an external power source, but also those vehicles in which at least part of the electrical operating energy can also be generated on board the vehicle, for example by means of a Fuel cell system and / or by means of solar cells.
Ferner umfasst der Begriff "Elektrofahrzeug" auch beliebige andere Fahrzeuge, bei denen zumindest ein Teil der Antriebsenergie von der Traktionsbatterie bereit gestellt wird, beispielsweise Fahrräder mit elektrischer Antriebunterstützung, wie E-Bikes, Pedelecs, Lastenräder, E-Scooter, oder elektrisch angetriebene Kleinrol- ler, aber auch elektrisch angetriebene Rollstühle. Furthermore, the term "electric vehicle" also includes any other vehicles in which at least part of the drive energy is provided by the traction battery, for example bicycles with electric drive support, such as e-bikes, pedelecs, cargo bikes, e-scooters, or electrically powered small scooters ler, but also electrically powered wheelchairs.
Als Traktionsbatterien kommen derzeit aufgrund ihrer relativ hohen spezifischen, d.h. auf das Gewicht der Traktionsbatterie bezogenen Speicherkapazität, verbrei tet Traktionsbatterien zum Einsatz, deren Batteriezellen auf der Lithium-Ionen- Technologie beruhen. Es werden jedoch auch Traktionsbatterien eingesetzt, deren Batteriezellen auf der schon lange bekannten Bleitechnologie aufgebaut sind. Das hier beschriebene Verfahren und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeden falls nicht auf einen bestimmten Batteriezelltyp beschränkt, sondern können grundsätzlich bei verschiedenen Typen von Traktionsbatterien bzw. Batteriezellty pen angewandt werden. Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen unterliegen wie auch andere Arten von wiederaufladbaren Batterien, wie sie beispielsweise in Mobiltelefonen oder ande ren elektrischen oder elektronischen Geräten zum Einsatz kommen, einem Alte rungsprozess, der sowohl durch eine zeitliche Alterung als auch durch eine nut zungsbedingte Alterung, d.h. durch die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, be- stimmt ist. Der Alterungsprozess einer Traktionsbatterie führt unter anderem dazu, dass die Speicherkapazität der Traktionsbatterie sich über die Zeit vermindert.Due to their relatively high specific storage capacity, i.e. based on the weight of the traction battery, traction batteries with battery cells based on lithium-ion technology are widely used as traction batteries. However, traction batteries are also used, the battery cells of which are based on lead technology, which has long been known. The method described here and its advantageous refinements are in any case not restricted to a specific battery cell type, but can in principle be applied to different types of traction batteries or battery cell types. Traction batteries in electric vehicles, like other types of rechargeable batteries, such as those used in cell phones or other electrical or electronic devices, are subject to an aging process that is caused by both aging and usage, i.e. the number the charge and discharge cycles, is determined. The aging process of a traction battery leads, among other things, to the fact that the storage capacity of the traction battery decreases over time.
Bei einer typischen Lithium-Ionen-Batterie sind nach einer Nutzungsdauer von 3 bis 4 Jahren üblicherweise ungefähr noch 80% der ursprünglichen Speicherkapa- zität verfügbar. Nach 6 Jahren sind ungefähr nur noch 60 bis 70% der ursprüngli chen Speicherkapazität vorhanden. Insoweit tritt über den Lebenszyklus generell eine signifikante Kapazitätsabnahme auf. Die Speicherkapazität kann jedoch in Abhängigkeit von der tatsächlichen Nutzung der Traktionsbatterie deutlich variie- ren. Eine besonders starke Alterung und eine damit verbundene Abnahme der Speicherkapazität werden durch hohe Temperaturen, hohe Lade- und/oder Entla deströme, tiefes Entladen oder hohe Dauerbelastungen verursacht. With a typical lithium-ion battery, after a period of use of 3 to 4 years, around 80% of the original storage capacity is available. After 6 years, only about 60 to 70% of the original storage capacity is available. In this respect, there is generally a significant decrease in capacity over the life cycle. However, the storage capacity can vary significantly depending on the actual use of the traction battery. Particularly severe aging and the associated decrease in storage capacity are caused by high temperatures, high charging and / or discharging currents, deep discharging or high continuous loads.
Eine beispielhafte Alterungskurve einer Traktionsbatterie ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Kurve gibt für eine Traktionsbatterie mit einer nominalen Speicherkapazität QN von 70 Ah die tatsächliche Speicherkapazität oder Kapazität Q in Amperestun den (Ah) in Abhängigkeit von der Anzahl der Alterungszyklen N an. Der der Kurve zugrundeliegender Versuch erfolgte bei einer Umgebungstemperatur der Trakti onsbatterie von 40°C. Der Ladestrom betrug 1 C, während der Entladestrom 3 C für die Ermittlung der Alterungszyklen N betrug. Die Angaben von 1 C bzw. 3 C bedeuten, dass die Größe C den Lade- bzw. Entladestrom in Ampere (A) mit den Zahlenwerten der nominalen Speicherkapazität QN der Traktionsbatterie repräsen tiert. An exemplary aging curve of a traction battery is shown in FIG. 1. For a traction battery with a nominal storage capacity QN of 70 Ah, this curve indicates the actual storage capacity or capacity Q in ampere-hours (Ah) as a function of the number of aging cycles N. The experiment on which the curve is based was carried out at an ambient temperature of the traction battery of 40 ° C. The charging current was 1 C, while the discharge current was 3 C for the determination of the aging cycles. The values of 1 C or 3 C mean that the variable C represents the charging or discharging current in amperes (A) with the numerical values of the nominal storage capacity QN of the traction battery.
Auch wenn noch nicht alle Alterungsmechanismen in Traktionsbatterien, insbe sondere in Lithium-Ionen-Batterien, vollständig verstanden sind, ist zumindest bekannt, dass sich Alterungsvorgänge signifikant auf den ohmschen Innenwider stand und in gewissem Maß auch auf die Impedanz, d.h. den Wechselstromwider stand der Traktionsbatterie bzw. der Batteriezellen auswirken. Even if not all the aging mechanisms in traction batteries, especially lithium-ion batteries, are fully understood, it is at least known that aging processes have a significant impact on the ohmic internal resistance and, to a certain extent, on the impedance, i.e. the alternating current resistance of the traction battery or the battery cells.
Die tatsächliche Speicherkapazität Q einer Traktionsbatterie kann somit nicht nur dadurch gemessen werden, dass eine vollständig geladene Traktionsbatterie vollständig entladen wird und dabei fortwährend der Entladestrom und die Entla dezeit gemessen werden, sondern auch mittels eines alternativen Verfahrens, bei dem durch Anlegen einer Prüfbelastung mit auf der Grundlage eines zu wenigs tens einem Zeitpunkt ermittelten jeweiligen Wertepaars einer Ausgangsspannung und eines Lade- oder Entladestroms der Traktionsbatterie der ohmsche Innenwi derstand der Traktionsbatterie ermittelt wird. Der Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Kapazität Q und dem ohmschen Innenwiderstand Ri einer Trakti onsbatterie ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt. Eine Prüfbelastung kann als Last- widerstand, d.h. Energiesenke bzw. Stromverbraucher, der ein Entladestrom be wirkt, oder als Ladegerät, d.h. Energiequelle bzw. Stromgenerator, der einen La destrom bewirkt, ausgeführt sein. Ein Belastungsstrom kann demnach ein Entla destrom oder ein Ladestrom sein. The actual storage capacity Q of a traction battery can therefore not only be measured by completely discharging a fully charged traction battery and continuously measuring the discharge current and discharge time, but also by means of an alternative method in which a test load is applied to the Basis of a respective value pair of an output voltage that has been determined at least at one point in time and a charging or discharging current of the traction battery, the ohmic internal resistance of the traction battery is determined. The relationship between the actual capacitance Q and the ohmic internal resistance Ri of a traction battery is shown as an example in FIG. A test load can be designed as a load resistor, ie an energy sink or current consumer, which effects a discharge current, or as a charger, ie an energy source or current generator, which effects a charging current. A load current can accordingly be a discharge current or a charging current.
Unter Ausnutzung dieses Zusammenhangs kann dann ein Zustandswert der Trak- tionsbatterie ermittelt werden, der den Alterungszustand der Traktionsbatterie charakterisiert. Als Zustandswert kann beispielsweise die tatsächliche Speicher kapazität der Traktionsbatterie ermittelt werden. Üblicher ist jedoch, den Zu standswert in Form eines Gesundheitswertes anzugeben, wobei synonym für den Begriff "Gesundheitswert" auch der gebräuchlichere Ausdruck "SoFI-Wert" ver- wendet wird (SoFI steht für English "State of Health", d.h. Gesundheitszustand). Der SoH-Wert beschreibt das Verhältnis der aktuellen, alterungsbedingt vermin derten Speicherkapazität der Traktionsbatterie zu ihrer ursprünglichen, idealen oder nominellen Speicherkapazität und wird in der Regel in Prozent angegeben.Using this relationship, a status value of the traction battery can then be determined, which characterizes the aging status of the traction battery. The actual storage capacity of the traction battery, for example, can be determined as a status value. However, it is more common to indicate the condition value in the form of a health value, whereby the more common term "SoFI value" is used synonymously for the term "health value" (SoFI stands for "State of Health"). The SoH value describes the ratio of the current, aging-related reduced storage capacity of the traction battery to its original, ideal or nominal storage capacity and is usually given as a percentage.
Die eingangs genannte Ermittlung des ohmschen Innenwiderstands der Trakti- onsbatterie auf der Grundlage eines erfassten Wertepaars der Ausgangsspan nung und des Lade- oder Entladestroms bei Anlegen einer bekannten Prüfbelas tung beruht auf einem elektrischen Modell oder einem Ersatzschaltbild für eine Batterie bzw. eine Batteriezelle. Ein solches exemplarisches Ersatzschaltbild, welches den Aufbau einer Batteriezelle bestehend aus einer Spannungsquelle, verschiedenen Widerständen Ri bis R4 und verschiedenen Kondensatoren C2 bis C4 charakterisiert, ist in Fig. 3 dargestellt. Es können auch abweichende Ersatz schaltbilder, beispielsweise mit nur einem seriellen ohmschen Innenwiderstand R1 und einem R-C-Glied R2, C2 herangezogen werden. Die Verwendbarkeit eines derartigen Batteriemodells oder Ersatzschaltbildes zur Simulation des Batteriever- haltens ist vielfach im Stand der Technik nachgewiesen, beispielsweise in der Veröffentlichung "Beitrag zur Bewertung des Gesundheitszustands von Traktions batterien in Elektrofahrzeugen", Phan-Lam Huynh, Wissenschaftliche Reihe Fahr zeugtechnik Universität Stuttgart, ISBN 978-3-658-16561-1 , 2016. Für die Ermitt- lung der Parameter, d.h. insbesondere der Werte der Widerstände und Kapazitä ten des Ersatzmodells, kann unter Verwendung eines Prüfstandes der Span nungsabfall bzw. dessen zeitlicher Verlauf infolge eines lastinduzierten Stromim pulses sowie der Lade- bzw. Entladestrom ermittelt werden. The above-mentioned determination of the ohmic internal resistance of the traction battery on the basis of a recorded pair of values of the output voltage and the charging or discharging current when applying a known test load is based on an electrical model or an equivalent circuit diagram for a battery or a battery cell. Such an exemplary equivalent circuit diagram, which characterizes the structure of a battery cell consisting of a voltage source, various resistors Ri to R4 and various capacitors C2 to C4, is shown in FIG. 3. It is also possible to use different equivalent circuit diagrams, for example with only one serial ohmic internal resistance R1 and one RC element R2, C2. The usability of such a battery model or equivalent circuit diagram for simulating the battery This is often proven in the state of the art, for example in the publication "Contribution to the assessment of the health status of traction batteries in electric vehicles", Phan-Lam Huynh, Scientific Series Vehicle Technology University of Stuttgart, ISBN 978-3-658-16561-1, 2016 To determine the parameters, ie in particular the values of the resistances and capacities of the substitute model, the voltage drop or its temporal progression as a result of a load-induced current pulse and the charging or discharging current can be determined using a test bench.
Untersuchungen haben ergeben, dass die genannten Parameter unter anderem von dem Batterieladezustand (SoC, von Englisch "State of Charge") dem Batterie gesundheitszustand (SoFI) und der Batterietemperatur abhängen. Insbesondere der ohmsche Widerstand (Ri) hängt von der Batte rietemperatur und dem Ladezu stand (SoC) ab. Der SoC beschreibt den aktuellen Ladezustand von Akkumulato ren und wird üblicherweise in Prozentwerten angegeben, wobei 100 % einen voll- ständig geladenen Akkumulator repräsentieren. 100 % minus den Wert des Lade zustands ergibt den Entladungsgrad (DoD bzw. DOD - depth of discharge). Studies have shown that the parameters mentioned depend, among other things, on the battery state of charge (SoC), the state of charge of the battery (SoFI) and the battery temperature. The ohmic resistance (Ri) in particular depends on the battery temperature and the state of charge (SoC). The SoC describes the current state of charge of accumulators and is usually given in percentages, with 100% representing a fully charged accumulator. 100% minus the value of the state of charge gives the degree of discharge (DoD or DOD - depth of discharge).
Weiterhin wurde herausgefunden, dass mit zunehmender Alterung bedingt durch die Anzahl der Lade-/Entladezyklen und der dadurch verursachten Verminderung des SoH vor allem der ohmsche Widerstand Ri ansteigt. Eine vergleichsweise geringfügigere Änderung ist bei den Widerständen R2 bis R4 sowie den Kapazitä ten C2 bis C4 zu beobachten. It was also found that the ohmic resistance Ri in particular increases with increasing aging due to the number of charge / discharge cycles and the resulting reduction in SoH. A comparatively minor change can be observed in the resistors R2 to R4 and the capacities C2 to C4.
Mit einer ansteigenden Batterietemperatur ändern sich die Widerstände R2 bis R4 sowie die Kapazitäten C2 bis C4vergleichsweise geringfügig. Der ohmsche Wider stand Ri nimmt dagegen mit steigender Temperatur signifikant ab. Weiterhin wurde herausgefunden, dass der ohmsche Widerstand Ri in einem großen SoC-Bereich von in der Regel 10 bis 90%, insbesondere von 30 bis 90% nahezu konstant bleibt. Erst wenn die Batterie um mehr als 90% entladen ist, ist ein starker Anstieg des ohmschen Widerstands Ri zu beobachten. Zusammenfasst haben die durchgeführten Untersuchungen an Einzelzellen ge zeigt, dass im Wesentlichen nur die Temperatur und die Alterung wesentliche Einflüsse auf die Werte der Widerstände und der Kapazitäten des Ersatzmodells haben, wogegen der Ladezustand der Zellen kaum Einfluss auf den ohmschen Widerstand hat. As the battery temperature rises, the resistances R2 to R4 and the capacitances C2 to C4 change comparatively slightly. The ohmic resistance Ri, on the other hand, decreases significantly with increasing temperature. It was also found that the ohmic resistance Ri remains almost constant in a large SoC range of generally 10 to 90%, in particular from 30 to 90%. Only when the battery is more than 90% discharged can a sharp increase in the ohmic resistance Ri be observed. In summary, the investigations carried out on individual cells have shown that essentially only the temperature and aging have a significant influence on the values of the resistances and the capacities of the replacement model, whereas the state of charge of the cells has hardly any influence on the ohmic resistance.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass der Wert des ohmschen Widerstands Ri am besten dafür geeignet ist, Rückschlüsse auf den Alterungszustand der Batterie zu ziehen. Dabei ist hinlänglich bekannt, dass sich die Speicherkapazität einer Traktionsbatterie sich über der Zeit vermindert, während der Innenwiderstand ansteigt. Weiterhin ist bekannt, dass ein Innenwiderstandes im Rahmen einer langen Dauerbelastung, wie beispielsweise einer zügigen Autobahnfahrt, ansteigt, und die Leistungsabgabefähigkeit mit zunehmender Dauerbelastung beeinträchtigt ist. So zeigt beispielsweise Fig. 10 ein tendenziell steigendes Verhalten des In nenwiderstands Ri bei andauernder Entladung einer Traktionsbatterie, wobei im zeitlichen Verlauf der Einfluss weiterer R-C-Glieder, siehe das Batterie- Ersatzschaltbild in Fig. 3, dazu führt, dass sich über einen längeren Zeitbereich, d.h. bei langandauernder Belastung ein deutlich nichtlineares Innenwiderstands verhalten ausprägt, das ein Vielfaches des im Ruhezustand sich auswirkenden Innenwiderstands Ri betragen kann. Bisher angewandte Verfahren betrachten in der Regel diesen Gesamtwiderstand zur Bewertung der Dauerleistungsfähigkeit und sind ungeeignet, die Größe des seriellen Innenwiderstands R1 des Ersatz schaltbildes nach Fig. 3 herauszufinden. It has also been found that the value of the ohmic resistance Ri is best suited for drawing conclusions about the state of aging of the battery. It is well known that the storage capacity of a traction battery decreases over time, while the internal resistance increases. It is also known that an internal resistance increases in the context of a long continuous load, such as, for example, a brisk motorway drive, and the ability to output power is impaired with increasing continuous load. For example, FIG. 10 shows a tendency for the internal resistance Ri to increase when a traction battery is continuously discharged, with the influence of other RC elements over time, see the battery equivalent circuit diagram in FIG , ie with long-term loading, a clearly non-linear internal resistance develops, which can be a multiple of the internal resistance Ri in the idle state. Methods used to date generally consider this total resistance to evaluate the continuous performance and are unsuitable for finding out the size of the serial internal resistance R1 of the equivalent circuit diagram according to FIG. 3.
Herkömmliche Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Traktionsbatterie zeichnen sich durch einen energieintensiven, umfassenden Entladevorgang aus. Dabei kommt es zu einer Unschärfe bei der Bestimmung aufgrund der Fehlerein flussparameter Entladegeschwindigkeit, Entladeanfangsspannung, Entlade schlussspannung und der zu berücksichtigenden Temperatur. Eine übliche Dauer einer Diagnosebestimmung ist mindestens 3 Stunden. Um einen Zugang zu Batte riewerten wie Strom und Spannung zu erhalten, ist eine notwendige Demontage von Fahrzeuganbauteilen erforderlich, um eine galvanische Verbindung zu physi kalischen Messstellen zu erhalten. Auch ist eine dauerhafte Entladelast wie bei spielsweise ein Rollenprüfstand, Straßenfahrt, oder Batterietestsystem notwendig, das zeit- und personalintensiv ist, und eine hohen Energieaufwand bedeutet, der ein Nachladen der Traktionsbatterie nach Abschluss der Diagnose erforderlich macht. Conventional methods for determining the condition of a traction battery are characterized by an energy-intensive, comprehensive discharge process. This leads to a lack of clarity in the determination due to the error influencing parameters of discharge speed, discharge start voltage, discharge end voltage and the temperature to be taken into account. A usual duration of a diagnosis is at least 3 hours. Dismantling is necessary in order to gain access to battery values such as current and voltage of vehicle add-on parts required in order to obtain a galvanic connection to physical measuring points. A permanent discharge load, such as a roller test bench, road travel, or battery test system, is also necessary, which is time-consuming and personnel-intensive, and means a high expenditure of energy, which makes it necessary to recharge the traction battery after the diagnosis has been completed.
Ein alternatives Diagnoseverfahren stellt die Impedanzspektroskopie dar. Diese bestimmt eine Impedanz, d.h. den Wechselstromwiderstand, einer Traktionsbatte rie als Funktion der Frequenz einer Wechselspannung bzw. des Wechselstroms. Meist erfolgt die Impedanzspektroskopie, indem eine Wechselspannung aufge prägt wird, d.h., das Potential der Arbeitselektrode wird sinusförmig moduliert und der Strom und seine Phase werden gemessen. Des erfordert allerdings einen direkten galvanischen Zugang zu Batterie, sowie eine aufwändige Interpretation der Ergebnisse. Für die technische Untersuchung und/oder Bewertung von Elektrofahrzeugen, insbesondere eine merkantile Bewertung von gebrauchten Fahrzeugen, ist es wünschenswert, auch den Zustand der Traktionsbatterie unabhängig von Umge bungseinflüssen oder spezifischen Messbedingungen zu kennen,An alternative diagnostic method is impedance spectroscopy. This determines an impedance, i.e. the alternating current resistance, of a traction battery as a function of the frequency of an alternating voltage or alternating current. Impedance spectroscopy is usually carried out by impressing an alternating voltage, i.e. the potential of the working electrode is sinusoidally modulated and the current and its phase are measured. However, this requires direct galvanic access to the battery and a complex interpretation of the results. For the technical investigation and / or evaluation of electric vehicles, in particular a mercantile evaluation of used vehicles, it is desirable to know the condition of the traction battery regardless of environmental influences or specific measurement conditions.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass es eine schnell und unkompliziert durchzuführende Ermitt lung eines Zustandswerts einer Traktionsbatterie, bevorzugt eines SoH-Werts, ermöglicht. DESCRIPTION OF THE INVENTION It is the object of the invention to develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that it enables a state value of a traction battery, preferably a SoH value, to be determined quickly and easily.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- Spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprü chen angegeben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine die Traktionsbatterie charakterisierende Normierungsgröße ermittelt wird, dass auf der Grundlage des ermittelten ohmschen Innenwiderstands und der wenigstens einen Normierungs größe ein auf einen Referenzwert der Normierungsgröße bezogener normierter Innenwiderstand ermittelt wird, wobei das Ermitteln des Zustandswerts der Trakti onsbatterie auf der Grundlage des normierten Innenwiderstands erfolgt. Somit kann der ohmsche Innenwiderstand der Traktionsbatterie auf eine oder mehrere Normierungsgrößen normiert werden. Bei diesen Normierungsgrößen handelt es sich insbesondere um Parameter, die jeweils eine Eigenschaft oder einen Zustand der Traktionsbatterie charakterisieren und die einen Einfluss auf den Wert des ermittelten Innenwiderstands haben können. Ein Beispiel für eine Normierungs größe ist die Temperatur der Traktionsbatterie, was nachfolgend noch näher erläu tert wird. The object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the method are specified in the subclaims. According to the invention it is provided that at least one normalization variable characterizing the traction battery is determined, that on the basis of the determined ohmic internal resistance and the at least one normalization variable, a normalized internal resistance related to a reference value of the normalization variable is determined, with the determination of the status value of the traction battery on the Based on the standardized internal resistance. In this way, the ohmic internal resistance of the traction battery can be normalized to one or more normalization variables. These normalization variables are, in particular, parameters which each characterize a property or a state of the traction battery and which can have an influence on the value of the internal resistance determined. An example of a normalization variable is the temperature of the traction battery, which will be explained in more detail below.
Falls mehrere Normierungsgrößen berücksichtigt werden, kann das Ermitteln des normierten Innenwiderstands auch in mehreren Iterationen erfolgen, wobei jeweils in einem nachfolgenden Normierungsschritt das Ermitteln des jeweiligen normier ten Innenwiderstands auf der Grundlage des im vorhergehenden Normierungs schritt ermittelten normierten Innenwiderstands und der wenigstens einen Normie rungsgröße des nachfolgenden Normierungsschritts ein auf einen Referenzwert dieser Normierungsgröße bezogener weiterer normierter Innenwiderstand ermittelt wird. If several normalization variables are taken into account, the normalized internal resistance can also be determined in several iterations, with the respective normalized internal resistance being determined in a subsequent normalization step on the basis of the normalized internal resistance determined in the previous normalization step and the at least one normalization variable of the subsequent one In the normalization step, a further normalized internal resistance related to a reference value of this normalization variable is determined.
Es wird also der gemessene ohmsche Innenwiderstand in einen auf ein oder meh rere Normierungsgrößen normierten Innenwiderstand überführt, der durch eine normierungsbedingte Eliminierung der Randbedingungen der Innenwiderstand- sermittlung eine Vergleichbarkeit von Innenwiderstandsmessungen ermöglicht, die an unterschiedlichen Traktionsbatterien und unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt wurden. Aus dem normierten Innenwiderstand kann dann schluss endlich der Zustandswert, beispielsweise der SoH-Wert der Traktionsbatterie ermittelt werden, wobei hier eine mathematische Funktion oder eine Tabelle, bei- spielsweise eine Lookup-Tabelle, zugrunde gelegt werden können. Bevorzugt werden hierzu zumindest zwei Wertepaare aus Strom 11, I2 und Spannung U1, U2 ermittelt, um zumindest einen Differenzstrom dl=l2-M und zumindest eine Diffe renzspannung dU=U2-U1 für die Ermittlung des Widerstandes zu bestimmen, wobei sich der Innenwiderstand ergibt aus Ri= dU/dl. The measured ohmic internal resistance is therefore converted into an internal resistance standardized to one or more normalization variables, which enables internal resistance measurements to be compared that were carried out on different traction batteries and under different conditions by eliminating the boundary conditions for determining internal resistance as a result of normalization. The state value, for example the SoH value of the traction battery, can then finally be determined from the normalized internal resistance, with a mathematical function or a table, both for example a lookup table can be used as a basis. For this purpose, at least two pairs of values from current I1, I2 and voltage U1, U2 are preferably determined in order to determine at least one differential current dl = l2-M and at least one differential voltage dU = U2-U1 for determining the resistance, resulting in the internal resistance from Ri = dU / dl.
In der Regel wird für die Ermittlung des Innenwiderstands die Ladung oder Entla dung durch eine Prüfbelastung derart ausgestaltet, dass sich der Ladestrom bzw. Entladestrom entsprechend einer Sprungfunktion ändert. Um auch das zeitliche Verhalten der Änderungen der Ausgangsspannung und/oder des Belastungs- Stroms zu erfassen, kann vorgesehen sein, dass mehrere Wertepaare zeitlich vor und zeitlich nach dem Lastsprung erfasst werden, wobei der zeitliche Abstand äquidistant oder auch variant sein kann. Bevorzugt wird unmittelbar im Bereich des Laststroms die Messwertdichte erhöht. As a rule, to determine the internal resistance, the charge or discharge is designed using a test load in such a way that the charge current or discharge current changes according to a step function. In order to also record the temporal behavior of the changes in the output voltage and / or the load current, provision can be made for several pairs of values to be recorded before and after the load jump, with the time interval being able to be equidistant or also variant. The measured value density is preferably increased directly in the area of the load current.
Das Ermitteln eines normierten Innenwiderstands zur Zustandswertermittlung lässt sich auf einfache Weise durchführen. Eine beispielhafte Ermittlung unter Verwen dung einer Kennlinienfunktion lässt sich mit einem geringen signalverarbeitungs technischen Aufwand durchführen. Eine denkbare Alternativlösung, bei welcher ein Referenzkennfeld zugrunde gelegt wird, welches eine Vielzahl an relevanten Parametern berücksichtigen muss, ist gegenüber der erfindungsgemäßen Lösung deutlich aufwendiger. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Normie rungsverfahren eine deutliche Senkung des Aufwands für eine anfängliche Cha rakterisierung eines jeweiligen Batteriezelltyps zur Ermittlung des Zusammen hangs zwischen dem genannten Zustandswert und dem ohmschen Innenwider stand. Dadurch wird es möglich, verschiedene Typen von Traktionsbatterien, wel- che auch unterschiedliche Alterungszustände aufweisen können, hinsichtlich ihres Zustandes, insbesondere ihres SoHs, rasch und wirtschaftlich bewerten zu kön- nen. Somit kann sehr schnell in wenigen Minuten bei geringen Fehlertoleranz und preiswert sowie Demontagefrei der Zustand der Traktionsbatterie ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich mit einer geringen Energiebelas tung der Traktionsbatterie auf. Des Weiteren wird nur ein kompaktes, günstiges Testequipment als Diagnosevorrichtung notwendig. Es gibt dabei nur relativ gerin ge Fehler aufgrund der Normierungsmethodik und es wird eine Unabhängigkeit gegenüber herstellerseitig vorgesehenen Energiepuffern erreicht. Ein direkter galvanischer Zugang zur Traktionsbatterie bzw. zu Messpunkten für Strom- Spannungsmessungen ist nicht notwendig. Ein indirektes Abgreifen der Messwerte kann über ein Diagnoseinterface des Fahrzeugs, d.h. dem OBD-Interface (On-Board-Diagnose) erfolgen. Messwerte können über einen genormten Stecker über eine serielle Schnittstelle mit genorm ten Protokoll wie K-Leitung oder über den CAN-Bus abgegriffen werden. Regel mäßig kann dies durch einen Steckerdongle mit ggf. drahtloser Anbindung an eine Diagnosevorrichtung, beispielsweise in Form eines mobilen Datenendgerätes wie Smartphone, Tablet oder Notebook erfolgen. The determination of a standardized internal resistance for determining the state value can be carried out in a simple manner. An exemplary determination using a characteristic curve function can be carried out with little technical signal processing effort. A conceivable alternative solution, in which a reference characteristic diagram is used as the basis, which must take into account a large number of relevant parameters, is significantly more complex than the solution according to the invention. In particular, the standardization method according to the invention enables a significant reduction in the cost of an initial characterization of a respective battery cell type to determine the relationship between the stated state value and the ohmic internal resistance. This makes it possible to quickly and economically assess different types of traction batteries, which can also have different states of aging, with regard to their state, in particular their SoH. Thus, the condition of the traction battery can be determined very quickly in a few minutes with low fault tolerance and inexpensively and without dismantling. The method according to the invention is characterized by a low energy load on the traction battery. Furthermore, only compact, inexpensive test equipment is required as a diagnostic device. There are only relatively few errors due to the standardization methodology and independence from energy buffers provided by the manufacturer is achieved. Direct galvanic access to the traction battery or to measuring points for current / voltage measurements is not necessary. The measured values can be picked up indirectly via a diagnostic interface of the vehicle, ie the OBD interface (on-board diagnosis). Measured values can be picked up via a standardized connector via a serial interface with standardized protocol such as K-line or via the CAN bus. This can usually be done using a plug dongle with, if necessary, a wireless connection to a diagnostic device, for example in the form of a mobile data terminal such as a smartphone, tablet or notebook.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Entladen im Rahmen einer Bewertungsfahrt des Elektrofahrzeugs, wobei die Prüfbelastung durch ein Aggregat des Elektrofahrzeugs, bevorzugt durch einen Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs gebildet ist. Ein Aufschalten der Prüfbelastung zum Einleiten des Lade- oder Entladevorgangs kann beispielsweise durch ein kurzes starkes Beschleunigen und einem nachfolgenden Abbremsen erfolgen. Dabei kann das Abbremsen für die Ermittlung des Innenwiderstands auch entfallen und hat vor allem testfahrtspezifische Gründe. Flierdurch wird eine signifikante Belastung der Traktionsbatterie erzielt. Für eine derartige Bewertungsfahrt kann beispielsweise eine Strecke von weniger als 100 m, bevorzugt bis zu 50 m, ausreichen. Gegebe nenfalls kann die Bewertungsfahrt einmal oder mehrmals wiederholt werden. Hier bei kann angestrebt werden, dass Randbedingungen dieser Bewertungsfahrt, welche geeignet sind, den Belastungsstrom zu beeinflussen (beispielsweise der Typ des Elektrofahrzeugs, die herrschenden Wetterbedingungen, die Bedingun gen, der Fahrbahnzustand, die Fahrbahnneigung, eine Zuladung des Elektrofahr zeugs, oder Einflüsse einer Regelung des Antriebsmotors) beispielsweise dadurch berücksichtigt werden, dass für die Randbedingungen jeweilige Bereiche vorge- geben werden, die nicht unter- oder überschritten werden dürfen. Alternativ oder zusätzlich können die Randbedingungen auch dadurch berücksichtigt werden, dass sie in Form von einer oder mehreren weiteren charakterisierenden Nominie rungsgrößen in das Verfahren einbezogen werden. Die Einwirkzeit der Prüfbelas tung kann sehr kurz im Bereich von 10-100 ms bis zu 10 Sekunden sein. Aller- dings können auch Prüfbelastungen von 1 Sekunde bis 30 Sekunden, auch bis zu 2 Minuten andauern, insbesondere zwischen 5 bis 15 Minuten benötigen. Der Belastungsstrom kann regelmäßig ein Entladestrom sein, kann aber auch ein aufgeprägter Ladestrom sein. According to a preferred embodiment of the method, the discharging takes place as part of an evaluation drive of the electric vehicle, the test load being formed by an assembly of the electric vehicle, preferably by a drive motor of the electric vehicle. The test load can be switched on to initiate the charging or discharging process, for example, by briefly strong acceleration and subsequent braking. Braking for the determination of the internal resistance can also be omitted and is primarily for test drive-specific reasons. This results in a significant load on the traction battery. A distance of less than 100 m, preferably up to 50 m, for example, can be sufficient for such an evaluation drive. If necessary, the evaluation run can be repeated one or more times. The aim here at is that boundary conditions of this evaluation run which are suitable for influencing the load current (for example the The type of electric vehicle, the prevailing weather conditions, the conditions, the condition of the road, the inclination of the road, a load on the electric vehicle or the influences of a control of the drive motor) are taken into account, for example, by specifying respective areas for the boundary conditions that are not under - or may be exceeded. Alternatively or additionally, the boundary conditions can also be taken into account by including them in the process in the form of one or more further characterizing nomination variables. The exposure time of the test load can be very short in the range of 10-100 ms up to 10 seconds. However, test loads can last from 1 second to 30 seconds, even up to 2 minutes, in particular between 5 to 15 minutes. The load current can regularly be a discharge current, but it can also be an impressed charging current.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist eine erste Normierungsgröße eine Temperatur der Traktionsbatterie während des Erfassens der Werte der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms und der Referenz wert der ersten Nominierungsgröße eine Referenztemperatur. Somit kann der bei einer bestimmten Batterietemperatur ermittelte Innenwiderstand auf einen nor mierten Innenwiderstand bezogen auf die Referenztemperatur umgerechnet wer- den. According to a further preferred embodiment of the method, a first normalization variable is a temperature of the traction battery while the values of the output voltage and the load current are being recorded, and the reference value of the first nomination variable is a reference temperature. In this way, the internal resistance determined at a specific battery temperature can be converted to a standardized internal resistance based on the reference temperature.
Bevorzugt charakterisiert eine zweite Normierungsgröße einen Typ der Traktions batterie, und der Referenzwert der zweiten Normierungsgröße ist ein Normie rungsfaktor, welcher unterschiedliche Typen von Traktionsbatterien zueinander in Beziehung setzt, wobei der Normierungsfaktor auf der Grundlage wenigstens eines Batterietypparameters vorgegeben ist. Der Batterietypparameter kann bei spielsweise den Zelltyp der Traktionsbatterie, beispielsweise Lithium-Ionen- oder Bleitechnologie, charakterisieren und/oder auch die Art der Anordnung der Zellen der Traktionsbatterie, beispielsweise eine jeweilige Anzahl von in Reihen und/oder parallel geschalteten Batteriezellen, repräsentieren. Der Normierungsfaktor wird bevorzugt empirisch gewonnen, zum Beispiel durch Referenzmessungen an neu wertigen Batterien eines jeweiligen Typs. Grundsätzlich können bei der Ermittlung des Normierungsfaktors zusätzlich auch mathematische oder statistische Metho den ergänzend angewendet werden, beispielsweise eine Inter- oder Extrapolation, d.h. der Batterietypparameter bzw. der zugehörige zweite Normierungsfaktor, der für eine Batterie mit einer bestimmten Anzahl von parallel geschalteten Reihen und einer bestimmten Anzahl von Batterien je Reihe ermittelt wurde, kann auf Batterien umgerechnet werden, bei denen die genannten Anzahlen von Zellen hiervon abweichen. Der Normierungsfaktor ist in der Regel dimensionslos. Darüber hinaus können auch noch weitere Normierungsgrößen, wie beispielswei se der Ladegrad (SoC) der Traktionsbatterie, berücksichtigt werden. A second normalization variable preferably characterizes a type of traction battery, and the reference value of the second normalization variable is a normalization factor which relates different types of traction batteries to one another, the normalization factor being specified on the basis of at least one battery type parameter. The battery type parameter can, for example, characterize the cell type of the traction battery, for example lithium-ion or lead technology, and / or also represent the type of arrangement of the cells of the traction battery, for example a respective number of battery cells connected in series and / or in parallel. The normalization factor is preferably obtained empirically, for example by reference measurements on new batteries of the respective type. In principle, mathematical or statistical methods can also be used in addition to the determination of the normalization factor, for example an interpolation or extrapolation, i.e. the battery type parameter or the associated second normalization factor for a battery with a specific number of rows connected in parallel and a specific one Number of batteries per row has been determined can be converted to batteries for which the specified number of cells deviates from this. The normalization factor is usually dimensionless. In addition, other normalization variables, such as the degree of charge (SoC) of the traction battery, can also be taken into account.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Zustandswerts auf der Grundlage des normierten Innenwiderstands unter Anwendung eines mathematischen Modells oder einer Tabelle, bevorzugt einer Lookup-Tabelle oder einem Kennfeld, wobei bevorzugt Parameter oder Wer te, welche das mathematische Modell oder die Tabelle beschreiben, von einer Datenbank abgerufen werden. Die Datenbank ist bevorzugt auf einem Server gespeichert, wobei das Abrufen der Parameter oder Werte über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenverbindung erfolgt, beispielsweise eine mobile Datenverbindung oder eine Internetverbindung. Somit kann der Zustandswert normiert werden, d.h. durch Heranziehung von Bezugsgrößen in eine vergleichba re Größe überführt werden. According to a further preferred embodiment of the method, the state value is determined on the basis of the normalized internal resistance using a mathematical model or a table, preferably a lookup table or a characteristic field, with preferably parameters or values that the mathematical model or the table describe to be retrieved from a database. The database is preferably stored on a server, the parameters or values being called up via a wireless and / or wired data connection, for example a mobile data connection or an Internet connection. The status value can thus be normalized, i.e. converted into a comparable value by using reference values.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine erste Normierungsgröße eine Temperatur der Traktionsbatterie während des Erfassens der Werte der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms ist und der Referenzwert der ersten Normierungsgröße eine Referenztemperatur ist. Dazu wird die Temperatur der Traktionsbatterie dadurch ermittelt, dass in einem ersten Messschritt zu einem ersten Zeitpunkt eine erste Umgebungstemperatur und ein erster ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, und in einem zweiten Messschritt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Umgebungstemperatur und ein zweiter ohmscher Widerstand der Traktionsbatterie ermittelt wird. Auf der Grundlage der Differenz des ersten und des zweiten ohmschen Innenwiderstands und der vorgegebenen Zeitdauer wird eine Innenwiderstandsänderungsrate ermittelt. Auf der Grundlage der Innenwiderstandsänderungsrate wird eine Differenztemperatur zwischen der Umgebungstemperatur und der Temperatur der Traktionsbatterie ermittelt. Die Temperatur der Traktionsbatterie wird durch Addition einer aus der ersten und/oder der zweiten Umgebungstemperatur ermittelten Bezugsumgebungstem peratur und der ermittelten Differenztemperatur ermittelt. According to a further advantageous embodiment of the method it is provided that a first normalization variable is a temperature of the traction battery during the acquisition of the values of the output voltage and the load current and the reference value of the first normalization variable is a reference temperature. For this purpose, the temperature of the traction battery is determined in that, in a first measuring step, a first ambient temperature at a first point in time and a first ohmic internal resistance of the traction battery is determined, and a second ambient temperature and a second ohmic resistance of the traction battery are determined in a second measuring step after a predetermined period of time has elapsed at a second point in time. An internal resistance change rate is determined on the basis of the difference between the first and the second ohmic internal resistance and the predetermined time period. On the basis of the internal resistance change rate, a temperature difference between the ambient temperature and the temperature of the traction battery is determined. The temperature of the traction battery is determined by adding a reference ambient temperature determined from the first and / or the second ambient temperature and the determined difference temperature.
Wie bereits vorstehend erläutert wurde, hängt der ohmsche Innenwiderstand der Traktionsbatterie in erheblichem Maß von der Temperatur der Traktionsbatterie ab. Bei vielen Elektrofahrzeugtypen ist ein direkter Zugriff auf die Traktionsbatterie zur Ermittlung der Batteriespannung und des Lade- bzw. des Entladestroms nicht möglich. Diese Parameter werden regelmäßig, ebenso wie Strom- und Span nungswerte an einer Schnittstelle eines Fahrzeugdiagnosesystems (OBD für On- Board-Diagnose) bereitgestellt, beispielsweise in Form von Wertepaaren, die mit einer bestimmten festen oder variablen Abtastrate erzeugt werden. Oftmals wird jedoch die Batterietemperatur, die ggf. von dem Fahrzeugdiagnosesystem an einer oder auch an mehreren Stellen ermittelt werden kann, nicht oder nur in ver schlüsselter Form bereitgestellt. Unter Umständen ist ein Auslesen der Batterie temperatur nur mit einem erheblichen zeitlichen oder verarbeitungstechnischen Mehraufwand möglich, wobei oftmals zusätzliche herstellerspezifische Besonder- heiten zu berücksichtigen sind. As already explained above, the ohmic internal resistance of the traction battery depends to a considerable extent on the temperature of the traction battery. With many types of electric vehicle, direct access to the traction battery to determine the battery voltage and the charging or discharging current is not possible. These parameters, as well as current and voltage values, are regularly provided at an interface of a vehicle diagnostic system (OBD for on-board diagnosis), for example in the form of value pairs that are generated with a specific fixed or variable sampling rate. Often, however, the battery temperature, which can possibly be determined by the vehicle diagnostic system at one or more points, is not provided or is only provided in encrypted form. Under certain circumstances, reading out the battery temperature is only possible with considerable additional expenditure in terms of time or processing technology, with additional manufacturer-specific peculiarities often having to be taken into account.
Die vorstehend genannte Ausgestaltung des Verfahrens stellt eine Möglichkeit bereit, die Batterietemperatur auf indirektem Weg zu ermitteln. Dabei wird ausge nutzt, dass sich eine von der Umgebungstemperatur abweichende Batterietempe ratur mit der Zeit an die Umgebungstemperatur angleicht, zumindest dann, wenn keine Beeinflussung der Batterietemperatur durch länger andauernde Lade- und/oder Entladevorgänge erfolgt. Die Anpassung der Batterietemperatur an die Umgebungstemperatur folgt einem sogenannten Akklimatisierungsgradienten, der charakteristisch für den verwendeten Batterietyp ist und unter anderem von der Konstruktion der Traktionsbatterie, insbesondere von der Anzahl und Anordnung der in der Traktionsbatterie enthaltenen Batteriezellen abhängt. Die Traktionsbat terie weist eine Änderungsrate ihres Innenwiderstands, d.h. einer Widerstandsdif ferenz pro Zeiteinheit, auf, welche von der Differenz zwischen der Batterietempe ratur und der Umgebungstemperatur, d.h. von der genannten Differenztemperatur, abhängt. Diese Abhängigkeit der Innenwiderstandsänderungsrate von der Diffe renztemperatur wird durch eine nichtlineare Funktion beschrieben. Auf der Grund lage einer Messung der Innenwiderstandsänderungsrate kann die zum Zeitpunkt der Messung vorliegende Temperaturdifferenz ermittelt werden. Die Temperatur der Traktionsbatterie ergibt sich dann aus der Bezugsumgebungstemperatur und der ermittelten Differenztemperatur, wobei die Bezugsumgebungstemperatur bei spielsweise durch Bildung des Mittelwerts der ersten und der zweiten Umgebungs temperatur ermittelt werden kann. Unter der Annahme, dass die Umgebungstem peratur sich zwischen den beiden genannten Zeitpunkten nicht oder nicht wesent lich geändert hat, kann auch die Bezugsumgebungstemperatur gleich der ersten oder der zweiten Umgebungstemperatur gesetzt werden. The aforementioned embodiment of the method provides a possibility of determining the battery temperature in an indirect way. This makes use of the fact that a battery temperature deviating from the ambient temperature adjusts itself to the ambient temperature over time, at least if The battery temperature is not influenced by longer charging and / or discharging processes. The adaptation of the battery temperature to the ambient temperature follows a so-called acclimatization gradient, which is characteristic of the type of battery used and depends, among other things, on the design of the traction battery, in particular on the number and arrangement of the battery cells contained in the traction battery. The traction battery has a rate of change in its internal resistance, ie a resistance difference per unit of time, which depends on the difference between the battery temperature and the ambient temperature, ie on the temperature difference mentioned. This dependence of the rate of internal resistance change on the difference temperature is described by a non-linear function. On the basis of a measurement of the rate of change in internal resistance, the temperature difference present at the time of measurement can be determined. The temperature of the traction battery then results from the reference ambient temperature and the determined difference temperature, the reference ambient temperature can be determined for example by forming the mean value of the first and the second ambient temperature. Assuming that the ambient temperature has not changed or has not changed significantly between the two times mentioned, the reference ambient temperature can also be set equal to the first or the second ambient temperature.
Bevorzugt beträgt die vorstehend genannte vorbestimmte Zeitdauer zwischen den beiden Messschritten zwischen fünf und fünfzehn Minuten. In diesem Zeitraum kann eine ausreichend große Änderung der Traktionsbatterietemperatur erwartet werden, die eine entsprechende Änderung des ohmschen Innenwiderstands der Traktionsbatterie zur Folge hat. The above-mentioned predetermined period of time between the two measuring steps is preferably between five and fifteen minutes. During this period, a sufficiently large change in the traction battery temperature can be expected, which results in a corresponding change in the ohmic internal resistance of the traction battery.
Grundsätzlich kann zum Ermitteln des Zustandswertes der Traktionsbatterie der erste ohmsche Innenwiderstand genutzt werden. Gemäß einer bevorzugten Aus gestaltung des Verfahrens erfolgt das Ermitteln des Zustandswerts der Traktions batterie auf der Grundlage des zweiten ohmschen Innenwiderstands. Hierfür wird angenommen, dass sich die Batterietemperatur zum Zeitpunkt der Ermittlung des zweiten ohmschen Innenwiderstands mehr an die Umgebungstemperatur ange nähert hat, als dies zum ersten Zeitpunkt der Fall war. Daraus folgt, dass aufgrund der geringeren Differenztemperatur sich auch die Innenwiderstandsänderungsrate verringert, wodurch sich die Messgenauigkeit verbessert. Zudem erübrigt sich eine erneute Messung des ohmschen Innenwiderstands, da der eigentlich für die Tem peraturermittlung zum zweiten Zeitpunkt gemessene ohmsche Innenwiderstand auch für die Ermittlung des Zustandswerts herangezogen werden kann. In principle, the first ohmic internal resistance can be used to determine the status value of the traction battery. According to a preferred embodiment of the method, the state value of the traction battery is determined on the basis of the second ohmic internal resistance. For this is assumed that the battery temperature at the time the second ohmic internal resistance was determined has approached the ambient temperature more than it was at the first time. It follows from this that, due to the lower differential temperature, the rate of internal resistance change also decreases, which improves the measurement accuracy. In addition, there is no need to measure the ohmic internal resistance again, since the ohmic internal resistance actually measured for determining the temperature at the second point in time can also be used to determine the state value.
Bei Beaufschlagung der Prüfbelastung ändert sich der Stromverlauf des Belas tungsstroms. Dieser kann beispielsweise als eine Stromrampe, d.h. einem linea ren Anstieg oder Abfall eines Lade- oder Entladestroms ausgestaltet sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Laden oder Entladen mittels der Prüfbelastung derart, dass bei einem Aufschalten der Prüfbe lastung der Belastungsstrom einen Stromsprung aufweist. Somit kann der Belas tungsstrom in Form einer Sprungantwort gemessen werden. When the test load is applied, the current curve of the load current changes. This can be designed, for example, as a current ramp, i.e. a linear rise or fall in a charging or discharging current. According to a further advantageous embodiment of the method, the loading or unloading takes place by means of the test load in such a way that when the test load is applied, the load current has a current jump. The load current can thus be measured in the form of a step response.
Bevorzugt wird beginnend mit dem Aufschalten der Prüfbelastung eine Messse quenz von Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms er fasst, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasste Wertepaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst. Hierdurch können die zeitlichen Verläufe der Ausgangsspannung und des Belas tungsstroms ermittelt werden, so dass letztendlich auch nicht-ohmsche Kompo nenten des Innenwiderstands, d.h. Impedanzen, ermittelt werden können. Eine Impedanz besteht aus einen Imaginärteil, d.h. einem Blindwiderstand und einem Realteil, d.h. einem ohmschen Widerstand. Der Blindwiderstand ist in der Regel vernachlässigbar klein, so dass die Impedanz recht präzise den ohmschen Wider stand abschätzt. Preferably, starting with the application of the test load, a measuring sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, the measuring sequence comprising a plurality of pairs of values for the output voltage and the load current recorded at quickly successive points in time. In this way, the temporal progressions of the output voltage and the load current can be determined, so that ultimately non-ohmic components of the internal resistance, i.e. impedances, can also be determined. An impedance consists of an imaginary part, i.e. a reactance, and a real part, i.e. an ohmic resistance. The reactance is usually negligibly small, so that the impedance estimates the ohmic resistance quite precisely.
Die Messsequenz repräsentiert somit die Sprungantwort auf den beim Aufschalten der Prüfbelastung erzeugten Last- bzw. Stromsprung. Die zeitlichen Abstände der Zeitpunkte, an denen die jeweiligen Wertepaare erfasst werden, können konstant sein (d.h. es ist eine feste Abtastfrequenz oder -rate vorgesehen) oder auch variie ren, wobei bevorzugt zum Zeitpunkt des Lastsprungs die zeitliche Dichte erhöht wird. Gegebenenfalls können die zeitlichen Abstände der Zeitpunkte auch durch die OBD vorgegeben und nicht beeinflussbar sein. The measurement sequence thus represents the step response to the load or current jump generated when the test load is applied. The time intervals between the Points in time at which the respective pairs of values are recorded can be constant (ie a fixed sampling frequency or rate is provided) or also vary, with the time density preferably being increased at the point in time of the load jump. If necessary, the time intervals between the points in time can also be specified by the OBD and cannot be influenced.
Um sicherzustellen, dass der Strom- oder Lastsprung optimal abgetastet werden kann, kann das Erfassen der Messsequenz derart erfolgen, dass spätestens un mittelbar zum Zeitpunkt des Aufschaltens der Prüfbelastung ein erstes Wertepaar erfasst wird, wobei jedoch bevorzugt die Aufzeichnung der Messsequenz auch einige Millisekunden vor dem Stromsprung erfolgen kann. Dieser Fall ist daher von dem Ausdruck "beginnend mit dem Aufschalten der Prüfbelastung" mit umfasst.In order to ensure that the current or load jump can be optimally scanned, the measurement sequence can be recorded in such a way that a first pair of values is recorded at the latest immediately at the time the test load is applied, although the recording of the measurement sequence is preferably also a few milliseconds before the Current jump can take place. This case is therefore also included in the expression "beginning with the application of the test load".
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zeitlich vor dem Aufschalten der Prüfbelastung zusätzlich wenigstens ein Wertepaar der Ausgangsspannung und des Belas tungsstroms erfasst wird, auf dessen Grundlage eine Ruhespannung Uo und ein Ruhestromlo ermittelt werden. Darauf aufbauend kann für ein jeweiliges weiteres Wertepaar der Messsequenz der ohmsche Innenwiderstand als Quotient der Diffe renz der erfassten Ausgangsspannung und der Ruhespannung Uo und der Diffe renz des erfassten Belastungsstroms und des Ruhestromsloermittelt werden. Anschließend kann für die Messsequenz mittels einer mathematischen Aus- gleichsrechnung Parameter einer logarithmischen Funktion ermittelt werden, wel che den Verlauf der Messsequenz modelliert, wobei auf der Grundlage der loga rithmischen Funktion der ohmsche Innenwiderstand zu einem gewünschten Zeit punkt, bevorzugt zum Zeitpunkt des Stromsprungs, oder bei einer korrespondie renden Frequenz zumindest annähernd ermittelt werden kann. Unter der Ruhespannung Uo bzw. dem Ruhestrom lowird die Ausgangsspannung bzw. der Belastungsstrom verstanden, welche bzw. welcher bei Belastung der Traktionsbatterie mit einer Grundlast vorliegen, wobei die Grundlast einen wesent lich höheren ohmschen Widerstand aufweist als die Prüfbelastung. Untersuchungen haben ergeben, dass der zeitliche Verlauf des Innenwiderstands unmittelbar nach dem Aufschalten der Prüfbelastung den Verlauf einer logarithmi- schen Funktion aufweist. Durch das hier beschriebene Anpassen der Parameter einer logarithmischen Funktion an die Wertepaare der Messsequenz kann der ohmsche Innenwiderstand besonders präzise ermittelt werden, da der tatsächlich gemessene Innenwiderstand zu einem gewünschten Zeitpunkt, insbesondere in Bezug auf den Zeitpunkt des Stromsprungs, ermittelt werden kann. Durch die Interpolation mit einer logarithmischen Funktion kann der Innenwiderstand Ri zu einem Zeitpunkt, welcher sehr nahe an dem Einschaltzeitpunkt der Last to liegt, oder zu einem anderen Zeitpunkt ti mit relativ hoher Genauigkeit erfolgen, auch wenn für diesen Zeitpunkt keine oder nur ungenaue Daten zur Verfügung stehen.Provision is preferably made for at least one value pair of the output voltage and the load current to be recorded before the test load is switched on, on the basis of which an open-circuit voltage Uo and a closed-circuit current Lo are determined. Building on this, the ohmic internal resistance can be determined as the quotient of the difference between the recorded output voltage and the open-circuit voltage Uo and the difference between the recorded load current and the closed-circuit current for a respective further value pair of the measurement sequence. Subsequently, parameters of a logarithmic function can be determined for the measurement sequence by means of a mathematical compensation calculation, which models the course of the measurement sequence, with the ohmic internal resistance at a desired point in time, preferably at the time of the current jump, or on the basis of the logarithmic function can be determined at least approximately at a corresponding frequency. The idle voltage Uo or idle current low is understood to mean the output voltage or load current which is present when the traction battery is loaded with a base load, the base load having a substantial higher ohmic resistance than the test load. Investigations have shown that the course of the internal resistance over time shows the course of a logarithmic function immediately after the test load is applied. By adapting the parameters of a logarithmic function to the value pairs of the measurement sequence as described here, the ohmic internal resistance can be determined particularly precisely, since the actually measured internal resistance can be determined at a desired point in time, in particular in relation to the point in time of the current jump. Through the interpolation with a logarithmic function, the internal resistance Ri can take place at a point in time which is very close to the switch-on point in time of the load to, or at another point in time ti with relatively high accuracy, even if no or only imprecise data is available for this point in time stand.
Der Rückgriff auf eine Ausgleichsfunktion ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn der zeitliche Bezug zwischen den Zeitpunkten der Erfassung eines jeweili gen Wertepaars und dem Zeitpunkt des auf geprägten Stromsprungs (Aufschalten der Prüfbelastung) nicht exakt protokollierbar ist. Der zeitliche Zusammenhang kann dann nachträglich aus dem Verlauf der logarithmischen Funktion ermittelt werden, beispielsweise durch Einführung einer zeitlichen Shiftkonstante t0 yset, wobei durch Maximierung eines Bestimmtheitsmaßes R2 bei Variation der Shift konstante to/fset zwischen der Funktionskurve und den Messwerten eine mög- liehst genaue Abschätzung des Sprungzeitpunktes ermittelbar ist. Das Be stimmtheitsmaß R2 beschreibt in diesem Zusammenhang eine Anpassungsgüte einer Regression, insbesondere einer Regressionsfunktion des Innenwiderstands verhaltens, um zu bewerten, wie gut die Messwerte zu dem angenommenen Mo dell des Innenwiderstands passen. Durch die Auswertung der Ausgleichsfunktion wird auch dem eingangs bereits erläuterten Sachverhalt Rechnung getragen, dass der Innenwiderstand der Trakti onsbatterie einen komplexen Wert aufweist, d.h. einen frequenzunabhängigen Realteil und einen frequenzabhängigen Imaginärteil umfasst. Der Realteil des komplexen Innenwiderstands entspricht hierbei dem ohmschen Innenwiderstand, wobei dieser in Abhängigkeit von den Prüfbedingungen in der Regel nicht direkt messbar ist. Auch wenn der Imaginärteil des Innenwiderstands deutlich, d.h. unge fähr eine Größenordnung, kleiner ist als der Realteil, kann die Berücksichtigung des Imaginärteils bei der Innenwiderstandsermittlung die Genauigkeit verbessern. In der Regel ist der Einfluss des Imaginärteils an der Gesamtimpedanz vernach lässigbar. Recourse to a compensation function is also particularly advantageous if the time relationship between the times at which a respective pair of values was recorded and the time at which the current jump occurred (switching on of the test load) cannot be precisely logged. The temporal relationship can then be determined subsequently from the course of the logarithmic function, for example by introducing a temporal shift constant t 0 y set , whereby by maximizing a coefficient of determination R 2 with variation of the shift constant to / fset between the function curve and the measured values is possible. lent an exact estimate of the jump time can be determined. In this context, the degree of certainty R 2 describes a goodness of fit of a regression, in particular a regression function of the internal resistance behavior, in order to evaluate how well the measured values fit the assumed model of the internal resistance. By evaluating the compensation function, the fact that the internal resistance of the traction battery has a complex value is also taken into account, ie it includes a frequency-independent real part and a frequency-dependent imaginary part. The real part of the complex internal resistance corresponds to the ohmic internal resistance, depending on the test conditions, this is usually not directly measurable. Even if the imaginary part of the internal resistance is significantly, ie approximately one order of magnitude, smaller than the real part, the consideration of the imaginary part in the determination of the internal resistance can improve the accuracy. As a rule, the influence of the imaginary part on the total impedance is negligible.
Grundsätzlich kann der Innenwiderstand nicht nur in Form einer Sprungantwort ermittelt werden, sondern auch durch periodische Laständerungen, wobei die Periode oder Frequenz dieser Laständerungen variiert wird. Diese Methode wird als Impedanzspektroskopie bezeichnet. Das Ergebnis einer derartigen Impedanz spektroskopie ist für eine beispielhafte Traktionsbatterie in Fig. 13 dargestellt, wobei die Ermittlung des Real- und Imaginärteils Re(Z) und lm(Z) unter relativ großen technischen Aufwand ermittelbar ist. Fig. 13 stellt einen sogenannten Nyquist-Plot dar, d.h. jeder Punkt des Imaginärteils Im (Z) und des Realteils Re(Z) des komplexen Innenwiderstands Z wird bei einer bestimmten Frequenz darstellt.In principle, the internal resistance can be determined not only in the form of a step response, but also through periodic load changes, the period or frequency of these load changes being varied. This method is called impedance spectroscopy. The result of such an impedance spectroscopy is shown for an exemplary traction battery in FIG. 13, the determination of the real and imaginary parts Re (Z) and Im (Z) being able to be determined with relatively great technical effort. Fig. 13 shows a so-called Nyquist plot, i.e. each point of the imaginary part Im (Z) and the real part Re (Z) of the complex internal resistance Z is shown at a certain frequency.
Wenn der zeitliche Verlauf des Innenwiderstands für eine Traktionsbatterie bei bekanntem Typ, Alter, Ladezustand, Temperatur und weiteren Parametern be kannt ist, so kann mit Hilfe der angefitteten logarithmischen Funktion die Lage des Einschaltzeitpunkts der Last relativ genau bestimmt werden. Alternativ hierzu kann dieser Einschaltzeitpunkt dadurch abgeschätzt werden, dass die angenommene Lage dieses Zeitpunkts variiert wird und eine Maximierung auf das Be stimmtheitsmaß R2 durchgeführt wird. If the time course of the internal resistance for a traction battery is known with a known type, age, state of charge, temperature and other parameters, the position of the switch-on time of the load can be determined relatively precisely with the aid of the fitted logarithmic function. As an alternative to this, this switch-on time can be estimated by varying the assumed position of this time and maximizing it to the degree of certainty R 2 .
Dafür wird mittels des Messverlaufes für die Batterie der Ri nach der beschriebe nen Methode der kleinsten Quadrate ermittelt. Der daraus entstehenden Innenwi- derstand Ri ist abhängig von der Zeit und kann grundsätzlich nach der folgenden Formel dargestellt werden: Äi(ti) = a ln(ti) + b bestimmt, wobei ti die seit dem Zeitpunkt des Aufschaltens der Last verstrichene Zeit ist, Ri(ti) ein interpolierter Innenwiderstand zum Zeitpunkt ti ist und a und b Parameter sind. Hierbei entspricht b dem Innenwiderstand Ri bei einer Untersu- chungsfrequenz von 1 Hz bzw. dem Innenwiderstand nach 1 s beim Anlegen einer Sprungfunktion. Der Faktor a beschreibt approximativ den Einfluss der RC-Glieder in dem eingangs beschriebenen Ersatzmodell (Fig. 3) auf das Zeitverhalten. For this purpose, the Ri is determined using the measurement curve for the battery using the least squares method described. The resulting internal resistance Ri depends on the time and can basically be represented using the following formula: Äi (ti) = a ln (ti) + b is determined, where ti is the time that has elapsed since the time the load was switched on, Ri (ti) is an interpolated internal resistance at time ti and a and b are parameters. Here, b corresponds to the internal resistance Ri at an examination frequency of 1 Hz or the internal resistance after 1 s when a step function is applied. The factor a describes approximately the influence of the RC elements in the substitute model described at the beginning (FIG. 3) on the time behavior.
Verfeinert kann die vorgenannte Abhängigkeit auch formuliert werden als wobei t0^set die Zeit zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und einer vermute ten Einschaltzeit ist. Hierzu kann mittels Optimierung eine gute Abschätzung von tgffset durch ein maximales Bestimmtheitsmaß R2 vorgenommen werden, wobei das Bestimmtheitsmaß R2 zur Beurteilung der Anpassungsgüte der Regression dient, d.h. wie gut die Messwerte zu dem zugrunde liegenden Batteriemodell pas- sen. Dies ermöglicht die Bestimmung der Differenz zwischen geschätzten und tatsächlichen Schaltzeitpunkt und ermöglicht, den tatsächlichen Schaltzeitpunkt zu ermitteln. So kann toffset zunächst auf Null gesetzt werden. Mit dem Be stimmtheitsmaß R2 lässt sich die Güte der Kurve bestimmen. Durch Variation von toffset kann auf ein maximales R2 optimiert werden und somit der Einschaltzeit- punkt relativ präzise abgeschätzt werden. Der Einschaltzeitpunkt liegt dann bei t1 Sek - toffset - 1 Sek. Die gilt nur für Sprunganregungen, und ist bei rampenför migen Anregungen nur bedingt sinnvoll. The aforementioned dependency can also be refined in the form of where t 0 ^ set is the time between the actual switch-on time and an assumed switch-on time. For this purpose, optimization can be used to make a good estimate of t g ffset using a maximum coefficient of determination R 2 , the coefficient of determination R 2 being used to assess the goodness of fit of the regression, ie how well the measured values fit the underlying battery model. This makes it possible to determine the difference between the estimated and actual switching time and enables the actual switching time to be determined. So t offset can initially be set to zero. The quality of the curve can be determined with the measure of certainty R 2. By varying toffset, it is possible to optimize to a maximum R 2 and thus the switch-on time can be estimated relatively precisely. The switch-on time is then t 1 sec - t offset - 1 sec. This only applies to step excitations and is only useful to a limited extent for ramp-shaped excitations.
Eine zur obigen Gleichung analoge Gleichung kann auch alternativ die Abhängig keit des Innenwiderstands Ri von der Untersuchungsfrequenz f beschreiben, wo- bei dann gilt: bί(1//) = a · 1h(1//) + ό An equation analogous to the above equation can alternatively describe the dependence of the internal resistance Ri on the examination frequency f, in which case: b ί (1 //) = a 1h (1 //) + ό
Im Folgenden werden weitere Optimierungsverfahren vorgeschlagen, die im Rah men der Signalverarbeitung eine höhere Genauigkeit ermöglichen. In the following, further optimization methods are proposed which enable higher accuracy in the context of signal processing.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist durch die Prüfbelastung, bevorzugt durch einen ohmschen Widerstand der Prüfbelastung, und durch die Ausgangsspannung (z.B. eine Nenn-Ausgangsspannung oder eine Ruheaus gangsspannung) der Traktionsbatterie ein erwarteter Belastungsstrom vorbe stimmt, wobei diejenigen Wertepaare bei der Ermittlung des ohmschen Wider stands der Traktionsbatterie nicht berücksichtigt werden, bei denen eine Differenz zwischen dem erwarteten Belastungsstrom und dem erfassten Belastungsstrom einen vorbestimmten Toleranzwert überschreitet. Hierdurch können unplausible Wertepaare von der Ermittlung des Zustandswerts ausgenommen werden. Der genannte Toleranzwert kann beispielsweise 20%, bevorzugt 10%, besonders bevorzugt 5% des erwarteten Belastungsstroms betragen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Er fassen des wenigstens einen Wertepaars einer Ausgangsspannung und eines Belastungsstroms der Traktionsbatterie in mehreren Durchgängen erfolgt, wobei in jedem Durchgang die Prüfbelastung aufgeschaltet und am Ende des Durchgangs wieder entfernt wird, an wenigstens einem Zeitpunkt eines Durchgangs ein jeweili- ges Wertepaar erfasst wird und auf der Grundlage des erfassten Wertepaars ein jeweiliger ohmscher Widerstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, und wobei aus jeweiligen in den mehreren Durchgängen ermittelten ohmschen Innenwiderstän den ein Mittelwert für den ohmschen Innenwiderstand ermittelt wird, wobei das Ermitteln des Zustandswerts der Traktionsbatterie auf der Grundlage des Mittel- werts des ohmschen Innenwiderstands erfolgt. Durch diese mehrfache Aufschal tung der Prüfbelastung kann die Genauigkeit bei der Ermittlung des Zustandswerts durch Mittelwertbildung erhöht werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Ermit teln des ohmschen Innenwiderstands der Traktionsbatterie ferner wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: a) für zumindest einen Wert eines Wertepaars wird ein jeweiliger gültiger Messbereich definiert, wobei ein Wertepaar nicht berücksichtigt wird, wenn einer oder beide Werte außerhalb des jeweiligen Messbereichs lie gen, wobei bevorzugt der Messbereich auf der Grundlage eines Absolut werts oder einer Änderungsrate des zugehörigen Werts definiert ist. According to a further preferred embodiment, an expected load current is predetermined by the test load, preferably by an ohmic resistance of the test load, and by the output voltage (e.g. a nominal output voltage or a quiescent output voltage) of the traction battery, with those pairs of values when determining the ohmic resistance stand of the traction battery are not taken into account, in which a difference between the expected load current and the recorded load current exceeds a predetermined tolerance value. In this way, implausible value pairs can be excluded from the determination of the status value. Said tolerance value can be, for example, 20%, preferably 10%, particularly preferably 5% of the expected load current. According to a further preferred embodiment it is provided that the detection of the at least one value pair of an output voltage and a load current of the traction battery takes place in several passes, with the test load being switched on in each pass and removed again at the end of the pass, at at least one point in time of a pass a respective pair of values is recorded and a respective ohmic resistance of the traction battery is determined on the basis of the recorded value pair, and a mean value for the ohmic internal resistance is determined from the respective ohmic internal resistance determined in the several runs, with the determination of the state value of the Traction battery based on the mean value of the ohmic internal resistance. Through this multiple application of the test load, the accuracy in determining the status value can be increased by averaging. According to a further preferred embodiment, it is provided that the determination of the ohmic internal resistance of the traction battery further comprises at least one of the following steps: a) a respective valid measurement range is defined for at least one value of a value pair, a value pair not being taken into account if one or Both values lie outside the respective measuring range, the measuring range preferably being defined on the basis of an absolute value or a rate of change of the associated value.
Aufgrund von technischen Unzulänglichkeiten kann es Vorkommen, dass einzelne fehlerhafte Messwerte erhoben werden, welche sich durch eine signifikante Abweichung von den erwarteten Werten abheben. Derartige Ausreißer führen zu deutlichen Fehlern bei der Ermittlung des Zustands werts. Diese fehlerhaften Messwerte lassen sich nach festen Kriterien be werten und aussortieren, wobei verschiedene Kriterien für die Aussortie- rung definiert werden können. Falls die Spannung und/oder der Strom ei nes Wertepaares signifikant außerhalb des erwarteten Messbereichs lie gen, kann das Wertepaar verworfen werden. Die Bewertung der Messwer te kann sowohl absolut als auch relativ zu zeitlich benachbarten Messwer ten erfolgen. b) Es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messse quenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Mess sequenz mehrere an kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei ein Wertepaar nicht berücksichtigt wird, wenn einer oder beide Wer te dieses Wertepaars gleich dem entsprechenden Wert zumindest eines Wertepaars sind, welches zu einem vorhergehenden Zeitpunkts erfasst wurde. Hierdurch können beispielsweise sogenannte hängende Messwerte aus sortiert werden, bei denen sich fehlerbedingt ein oder beide Werte eines Wertepaares über eine oder mehrere aufeinanderfolgende Messungen nicht ändern. c) Es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messse quenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Mess sequenz mehrere an kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei die Messsequenz einer Tiefpassfilterung unterzogen wird. Due to technical inadequacies, it can happen that individual incorrect measured values are recorded, which differ from the expected values due to a significant deviation. Such outliers lead to significant errors in determining the status value. These erroneous measured values can be evaluated and sorted out according to fixed criteria, whereby various criteria can be defined for the sorting out. If the voltage and / or the current of a value pair are significantly outside the expected measurement range, the value pair can be discarded. The evaluation of the measured values can be carried out in absolute terms as well as relative to temporally adjacent measured values. b) A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously switched on for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time, one pair of values is not taken into account if one or both values of this value pair are equal to the corresponding value of at least one value pair that was recorded at a previous point in time. In this way, for example, so-called hanging measured values can be sorted out, in which, due to errors, one or both values of a value pair do not change over one or more successive measurements. c) A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being switched on continuously for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time, the measurement sequence is subjected to low-pass filtering.
Durch die Tiefpassfilterung kann bei fehlerhaften Messwerten die Genau igkeit der Zustandswertermittlung verbessert werden, insbesondere dann, wenn eine Wiederholung der Messung in mehreren Durchgängen nicht durchgeführt werden kann. d) Es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messse quenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Mess sequenz mehrere an kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei d1) aus den Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belas tungsstroms der Messsequenz ein gleitender Mittelwert des ohm schen Innenwiderstands ermittelt wird, wobei bevorzugt für zwei jeweilige unmittelbar nacheinander erfasste Wertepaare der jewei- lige ohmsche Innenwiderstand aus der Differenz der beiden Aus gangsspannungen dividiert durch die Differenz der beiden Belas tungsströme ermittelt wird und der gleitende Mittelwert des ohm- sehen Innenwiderstands durch den Mittelwert der derart ermittel ten jeweiligen ohmschen Widerstände gebildet wird, oder d2) aus den jeweiligen Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms der ohmsche Innenwiderstand auf der Grundla- ge einer mathematischen Ausgleichsrechnung, bevorzugt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, ermittelt wird. In the case of incorrect measured values, the low-pass filtering can improve the accuracy of the state value determination, in particular if a repetition of the measurement in several runs cannot be carried out. d) A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time, with d1) A sliding mean value of the ohmic internal resistance is determined from the pairs of values for the output voltage and the load current of the measurement sequence, with the respective ohmic internal resistance from the difference between the two output voltages divided by the difference between the two loads, preferably for two respective pairs of values recorded immediately one after the other flow currents are determined and the moving average of the ohmic see internal resistance is formed by the mean value of the respective ohmic resistances determined in this way, or d2) the ohmic internal resistance is determined from the respective value pairs of the output voltage and the load current on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably according to the method of least squares.
Gemäß Variante d1 erfolgt die Auswertung, d.h. die Ermittlung des ohmschen Widerstands, mehrfach hintereinander an der gleichen Messsequenz, wobei an schließend ein Mittelwert gebildet wird. Alternativ zu der Ermittlung des gleitenden Mittelwerts kann gemäß Variante d2 aus den mehreren Wertepaaren der ohmsche Innenwiderstand auf der Grundlage einer mathematischen Ausgleichsrechnung, bevorzugt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate erfolgen. Anschaulich gesehen wird hier für jedes Wer tepaar die Spannung über den Strom (oder umgekehrt) aufgetragen und eine Ausgleichsgrate nach dem Prinzip der kleinsten Fehlerquadrate ("Least-Square- Fit") ermittelt. Im Vergleich zu der vorstehend erläuterten alternativen Methode der gleitenden Mittelwertbildung liefert die Verwendung einer Ausgleichsrechnung auch bei einer sehr geringen Anzahl von Wertepaaren bereits zuverlässige Ergeb nisse. Beide Methoden zu d können durch den Einsatz von weiteren statistischen Verfah ren, wie der Ermittlung einer Spannweite, eines Interquartilsabstands, einer Vari anz, einer Streuung oder einer Standardabweichung, weiter verbessert werden und gegebenenfalls bei zu geringer Datenqualität verworfen werden. Diese statis tischen Methoden können sowohl auf das Ergebnis als auch auf die Messrohdaten angewandt werden, d.h. auf die originären Strom- und Spannungswerte. Zwei oder mehr dieser vorstehend genannten Methoden können auch miteinander kombiniert werden, um noch eine weitere Verbesserung der Datenqualität zu er zielen. According to variant d1, the evaluation, ie the determination of the ohmic resistance, takes place several times in succession on the same measurement sequence, with an average value then being formed. As an alternative to determining the moving average, according to variant d2, the ohmic internal resistance can be carried out from the multiple value pairs on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably using the least squares method. Seen clearly, the voltage is plotted against the current (or vice versa) for each pair of values and a compensation burr is determined according to the principle of least squares ("Least Square Fit"). In comparison to the alternative method of moving averaging explained above, the use of a compensation calculation already provides reliable results even with a very small number of value pairs. Both methods for d can be further improved through the use of further statistical methods, such as the determination of a range, an interquartile range, a variance, a scatter or a standard deviation and, if necessary, can be discarded if the data quality is too low. These statistical methods can be applied to the result as well as to the raw measurement data, ie to the original current and voltage values. Two or more of the above-mentioned methods can also be combined with one another in order to achieve a further improvement in the data quality.
Eine Spannung, insbesondere eine Leerlaufspannung der Traktionsbatterie kann approximativ in einem Spannungs-Strom-Diagramm bestimmt werden, wenn hier zu kein unmittelbares Messwertpaar mit einem Strom, insbesondere Ruhestrom Io und einer Spannung, insbesondere Ruhespannung Uo zur Verfügung steht. Dafür sind mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl von Messwertpaare aus Strom und Spannung gegenüber zu stellen und mittels der Methode der kleinsten Quad- rate eine Ausgleichgerade durch die Messwertpaare zu ermitteln- Beispielsweise ermöglicht die Bestimmung eines Schnittpunkt dieser Ausgleichsgerade mit der Stromachse I, d.h. beim Ruhestrom Io eine Abschätzung der Ruhespannung Io der Batterie bei einem aktuellen Ladezustand. A voltage, in particular an open circuit voltage of the traction battery, can be determined approximately in a voltage-current diagram if no direct pair of measured values with a current, in particular idle current Io and a voltage, in particular idle voltage Uo, is available. For this purpose, at least two, in particular a plurality of measured value pairs from current and voltage are to be compared and a straight line through the measured value pairs to be determined using the least squares method.For example, it enables the determination of an intersection of this straight line with the current axis I, i.e. for the quiescent current Io an estimate of the open-circuit voltage Io of the battery at a current state of charge.
Eine Anregung der Traktionsbatterie durch einen Belastungsstrom in Form eines Lade- oder Entladestroms erfolgen. Die Art der Anregung kann als rampenförmige Anregung oder als sprungartige Anregung erfolgen. Sofern eine sprungartige Anregung vorliegt, kann für die Bestimmung des Innenwiderstand Ri als Referenz die vorhergehende Ermittlung einer Ruhespannung Uo und eines Ruhestroms Io genutzt werden. Eine verbesserte Identifizierung des Sprungzeitpunktes kann durch eine Optimierung des Bestimmtheitsmaßes R2 eines Kurvenfits erreicht werden. Weiterhin kann eine verbesserte Identifizierung des zeitabhängigen In nenwiderstands Ri (ti) erfolgen. The traction battery is excited by a load current in the form of a charging or discharging current. The type of excitation can take place as a ramp-shaped excitation or as a jump-like excitation. If there is a sudden excitation, the previous determination of an open-circuit voltage Uo and a closed-circuit current Io can be used as a reference to determine the internal resistance Ri. Improved identification of the point in time of the jump can be achieved by optimizing the coefficient of determination R 2 of a curve fit. Furthermore, an improved identification of the time-dependent internal resistance Ri (ti) can take place.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Diagnosevorrichtung zur Bestimmung eines Zustandswertes einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, wobei die Diagnosevorrichtung eine direkt oder indirekt mit der Traktionsbatterie koppelbare Auswerteeinheit aufweist, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen und bevorzugten Ausgestal tungen eingerichtet ist. Unter einer direkten Kopplung der Diagnosevorrichtung mit der Traktionsbatterie wird insbesondere eine Kopplung verstanden, bei welcher die Diagnosevorrichtung mit Spannungs- bzw. Strommesspunkten der Traktions batterie gekoppelt werden kann. Eine indirekte Kopplung besteht insbesondere darin, dass die Diagnosevorrichtung mit einer Diagnoseeinrichtung, insbesondere einem On-Board-Diagnosesystem (OBD) des Elektrofahrzeugs, gekoppelt wird, wobei diese Diagnoseeinrichtung des Elektrofahrzeugs zumindest die Werte der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms, bevorzugt auch der Temperatur der Traktionsbatterie, an die Auswerteeinheit übermittelt. The present invention also relates to a diagnostic device for determining a status value of a traction battery of an electric vehicle, the diagnostic device having an evaluation unit which can be coupled directly or indirectly to the traction battery and which is set up to carry out the method according to one of the preferred embodiments according to the invention described above. Under a direct coupling of the diagnostic device with the traction battery is understood in particular to be a coupling in which the diagnostic device can be coupled to voltage or current measuring points of the traction battery. An indirect coupling consists in particular in that the diagnostic device is coupled to a diagnostic device, in particular an on-board diagnostic system (OBD) of the electric vehicle, this diagnostic device of the electric vehicle at least the values of the output voltage and the load current, preferably also the temperature of the traction battery , transmitted to the evaluation unit.
Bevorzugt kann die Diagnosevorrichtung auf eine zentrale Datenvorhaltung bzgl. der Batteriedaten, wie Fahrzeugtyp, Batterietyp, historische Messwerte, flotten- übergreifende Vergleichswerte zurückgreifen. Die Datenvorhaltung kann insbe sondere als zentraler Cloudspeicher im Internet realisiert sein. The diagnostic device can preferably fall back on a central data storage with regard to the battery data, such as vehicle type, battery type, historical measured values, cross-fleet comparison values. The data storage can in particular be implemented as a central cloud storage on the Internet.
Vorteilhaft kann sowohl die Diagnosevorrichtung regelmäßig selbständig mit neu en Softwareupdates versorgt werden, wie auch die zentrale Datenvorhaltung re- gelmäßig mit Messwerten und Diagnoseergebnissen verschiedener zeitlich und räumlich verteilter Diagnosevorgänge ergänzt werden. Darauf aufbauende Analy sen können bezogen auf ein einzelnes Fahrzeug aber auch typenspezifische oder flottenbezogene Auswertungen bezüglich des SoFI-Verhaltens der Traktionsbatte rie ermöglichen. Vorteilhaft umfasst die Diagnosevorrichtung ein mobil tragbares, unabhängig und drahtlos koppelbares Anzeige- und/oder Eingabegerät, dass im Rahmen einer Prüfinspektion innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs genutzt werden kann, um einen Diagnoseverlauf zu steuern und Diagnosedaten anzuzeigen. Insbesondere kann die Diagnosevorrichtung als übliches mobiles Endgerät wie Smartphone, Tablet oder Notebook ausgestaltet sein. ZEICHNUNGEN Advantageously, both the diagnostic device can be regularly and independently supplied with new software updates, and the central data storage can also be regularly supplemented with measured values and diagnostic results from various temporally and spatially distributed diagnostic processes. Analyzes based on this can also enable type-specific or fleet-related evaluations with regard to the SoFI behavior of the traction battery in relation to an individual vehicle. The diagnostic device advantageously comprises a mobile, portable, independently and wirelessly connectable display and / or input device that can be used in the context of a test inspection inside or outside the vehicle in order to control a diagnostic process and to display diagnostic data. In particular, the diagnostic device can be designed as a customary mobile terminal such as a smartphone, tablet or notebook. DRAWINGS
Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt. Die Zeichnun gen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kom- bination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the present description of the drawings. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 ein Diagramm, welches die Speicherkapazität Q einer Trakti onsbatterie in Abhängigkeit von der Anzahl der Alterungszyk len N angibt; 1 is a diagram showing the storage capacity Q of a traction battery as a function of the number of aging cycles N;
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Kapazität Q und den Innenwider stand Ri einer Traktionsbatterie in Abhängigkeit von der An zahl der Alterungszyklen N angibt; Fig. 2 is a diagram showing the capacity Q and the internal resistance Ri of a traction battery as a function of the number of aging cycles N indicates;
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild einer Batteriezelle bzw. einer Traktions batterie; 3 shows an equivalent circuit diagram of a battery cell or a traction battery;
Fig. 4 ein Blockdiagramm, welches das Ermitteln eines Zustands wertes einer Traktionsbatterie gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt; 4 shows a block diagram which shows the determination of a state value of a traction battery in accordance with an embodiment of the method according to the invention;
Fig. 5 ein Diagramm, welches die Angleichung einer Temperatur T einer Traktionsbatterie an eine Umgebungstemperatur in Ab hängigkeit von der Zeit t darstellt; Fig. 5 is a diagram showing the adjustment of a temperature T of a traction battery to an ambient temperature as a function of the time t;
Fig. 6 ein Diagramm, welches eine Innenwiderstandsänderungsrate einer Traktionsbatterie in Abhängigkeit von einer Tempera turdifferenz zwischen einer Batte rietemperatur und einer Umgebungstemperatur exemplarisch für einen spezifischen Batterietyp angibt; Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches eine Ermittlung eines Zu standswerts einer Traktionsbatterie gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt; 6 is a diagram showing an internal resistance change rate of a traction battery as a function of a temperature difference between a battery temperature and an ambient temperature exemplarily for a specific battery type; 7 shows a block diagram which indicates a determination of a state value of a traction battery according to a further embodiment of the method according to the invention;
Fig. 8 ein Diagramm, welches die Ausgangsspannung und den Belastungsstrom einer Traktionsbatterie in Abhängigkeit von der Zeit bei einem sprungförmigen Aufschalten einer Prüfbe lastung angibt; Fig. 8 is a diagram which indicates the output voltage and the load current of a traction battery as a function of the time when a sudden connection of a test load indicates;
Fig. 9 Ein Diagramm, welches die Ausgangsspannung und den Belastungsstrom einer Traktionsbatterie in Abhängigkeit von der Zeit bei einem rampenförmigen Aufschalten einer Prüfbe lastung angibt; Fig. 9 is a diagram showing the output voltage and the load current of a traction battery as a function of time in a ramp-shaped connection of a test load indicates;
Fig. 10 und 11 verschiedene Diagramme, welche den Innenwiderstand einer10 and 11 different diagrams showing the internal resistance of a
Traktionsbatterie in Abhängigkeit von der Zeit für verschie dene, teilweise bearbeitete Messwerte angibt; Fig. 12 Diagramm eines Strom-Spannungsverlauf l/U einer Trakti onsbatterie mit Ermittlung des Innenwiderstands Ri mittels einer Least-Square-Regressionsgeraden; Indicates traction battery as a function of time for various, partially processed measured values; 12 diagram of a current-voltage curve l / U of a traction battery with determination of the internal resistance Ri by means of a least square regression line;
Fig. 13 ein Diagramm, welches den Realteil Re(Z) und den Imagi närteil lm(Z) eines komplexen Innenwiderstands Z einer Traktionsbatterie für verschiedene Frequenzen angibt; und 13 shows a diagram which indicates the real part Re (Z) and the imaginary part Im (Z) of a complex internal resistance Z of a traction battery for different frequencies; and
Fig. 14 ein Diagramm, welches ein Bestimmtheitsmaß R2 für einen ermittelten Innenwiderstand einer Traktionsbatterie in Ab hängigkeit von einer Variation eines Zeitpunkts toffset für das Aufschalten einer Prüfbelastung angibt. Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, welches die Bestimmung eines Zustandswerts einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs 20 mittels einer Diagnosevorrich tung 10 illustriert, welche zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausge staltung der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Die Diagnosevorrichtung 10 weist eine Auswerteeinheit auf, welche zumindest ein Ermittlungsmodul 12 und ein Normierungsmodul 14 umfasst. 14 shows a diagram which indicates a coefficient of determination R 2 for a determined internal resistance of a traction battery as a function of a variation of a point in time t offset for the application of a test load. Fig. 4 shows a block diagram which illustrates the determination of a status value of a traction battery of an electric vehicle 20 by means of a diagnostic device 10 which is set up to carry out a method according to an embodiment of the present invention. The diagnostic device 10 has an evaluation unit which comprises at least one determination module 12 and a normalization module 14.
Die Diagnosevorrichtung 10 ist indirekt mit der Traktionsbatterie (nicht dargestellt) des Elektrofahrzeugs 20 gekoppelt, so dass die Werte einer Ausgangsspannung U, eines Belastungsstroms I und einer Temperatur T der Traktionsbatterie an die Auswerteeinheit übermittelt werden können. Die Kopplung an die Traktionsbatterie kann entweder direkt an entsprechenden Messpunkten oder Sensoren erfolgen oder indirekt über eine Schnittstelle einer On-Board-Diagnoseeinrichtung (OBD) des Elektrofahrzeugs 20. The diagnostic device 10 is indirectly coupled to the traction battery (not shown) of the electric vehicle 20 so that the values of an output voltage U, a load current I and a temperature T of the traction battery can be transmitted to the evaluation unit. The coupling to the traction battery can either take place directly at corresponding measuring points or sensors or indirectly via an interface of an on-board diagnostic device (OBD) of the electric vehicle 20.
Die Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs 20 kann mit einer Prüfbelastung, bei- spielsweise einem Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs 20, gekoppelt werden, um eine Entladung der Traktionsbatterie zu veranlassen. The traction battery of the electric vehicle 20 can be coupled to a test load, for example a drive motor of the electric vehicle 20, in order to cause the traction battery to be discharged.
Die Ausgangsspannung U und der Belastungsstrom I werden in Form von jeweili gen Wertepaaren an die Diagnosevorrichtung 10 übermittelt, wobei sowohl ein einzelnes Wertepaar als auch eine Messsequenz von mehreren, in bestimmten Zeitabständen ermittelten Wertepaaren von der Diagnosevorrichtung 10 erfasst werden können. The output voltage U and the load current I are transmitted to the diagnostic device 10 in the form of respective pairs of values, whereby both a single pair of values and a measurement sequence of several pairs of values determined at certain time intervals can be recorded by the diagnostic device 10.
Das Ermittlungsmodul 12 ist dazu eingerichtet, einen ohmschen Innenwiderstand der Traktionsbatterie zu ermitteln. Neben der eigentlichen Berechnung des ohm schen Innenwiderstands aus der Ausgangsspannung U und dem Belastungsstrom I können in dem Ermittlungsmodul 12 noch weitere Datenverarbeitungsschritte durchgeführt werden, was nachfolgend insbesondere mit Bezug auf weitere Aus gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Diagnosevorrichtung noch näher erläutert wird. Der ermittelte ohmsche Innenwiderstand wird an ein Normierungsmodul 14 über mittelt. Zusätzlich wird auch die Temperatur T der Traktionsbatterie an das Nor mierungsmodul 14 übermittelt. Die Erfassung der Temperatur T der Traktionsbat terie, nachfolgend auch abgekürzt als Batterietemperatur bezeichnet, wird im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mittels einer Sensorik, die innerhalb der Trakti onsbatterie angeordnet sein kann, ermittelt und an das Normierungsmodul 14 übertragen. Eine alternative Möglichkeit der Ermittlung der Batterietemperatur T wird als Abwandlung in einem nachfolgend noch näher zu beschreibenden Aus führungsbeispiel erläutert. Da der ohmsche Innenwiderstand der Traktionsbatterie, wie eingangs eingehend erläutert, in erheblichem Maße von der Batterietemperatur abhängt, wird in dem Normierungsmodul ein normierter Innenwiderstand ermittelt, welcher den bei der gegenwärtigen Batterietemperatur gemessenen ohmschen Innenwiderstand auf einen normierten Innenwiderstand umrechnet. Die Batterietemperatur bildet somit eine Normierungsgröße, wobei bei der Ermittlung des normierten Innenwider stands der aktuell ermittelte ohmsche Innenwiderstand mittels einer Normierungs funktion oder einer Normierungstabelle in Beziehung zu einem Referenzinnenwi- derstand gesetzt wird, der bei einer Referenztemperatur im Rahmen von vorgän gig an baugleichen oder auch anderen Traktionsbatterien durchgeführten Prüfvor- gängen ermittelt wurde. The determination module 12 is set up to determine an ohmic internal resistance of the traction battery. In addition to the actual calculation of the ohmic internal resistance from the output voltage U and the load current I, further data processing steps can be carried out in the determination module 12, which is explained in more detail below, in particular with reference to further embodiments of the method according to the invention and the diagnostic device according to the invention. The determined ohmic internal resistance is transmitted to a normalization module 14. In addition, the temperature T of the traction battery is also transmitted to the standardization module 14. The detection of the temperature T of the traction battery, hereinafter also abbreviated as battery temperature, is determined in the exemplary embodiment according to FIG. 4 by means of a sensor system that can be arranged within the traction battery and transmitted to the normalization module 14. An alternative way of determining the battery temperature T is explained as a modification in an exemplary embodiment to be described in more detail below. Since the ohmic internal resistance of the traction battery, as explained in detail at the beginning, depends to a considerable extent on the battery temperature, a standardized internal resistance is determined in the standardization module, which converts the ohmic internal resistance measured at the current battery temperature to a standardized internal resistance. The battery temperature thus forms a normalization variable, whereby when determining the normalized internal resistance, the currently determined ohmic internal resistance is related to a reference internal resistance using a normalization function or a normalization table, which is structurally identical or also identical at a reference temperature within the framework of the previous other traction batteries has been determined.
Um unterschiedliche Batterietypen berücksichtigen zu können, kann ein Normie rungsfaktor als weitere Normierungsgröße berücksichtigt werden. Der Normie rungsfaktor kann auf der Grundlage wenigstens eines Batterietypparameters vor gesehen sein, wobei der Batterietypparameter beispielsweise ein Zelltyp (Lithium- Ionen, Blei, etc.), eine Anzahl von in Reihen und/oder parallelgeschalteten Batte riezellen oder dergleichen repräsentieren kann. Der Normierungsfaktor kann empi risch gewonnen werden, zum Beispiel durch Messungen an neuwertigen Batte rien, und ist in der Regel dimensionslos. Als eine weitere Normierungsgröße kann der Ladegrad (SoC) der Traktionsbatterie berücksichtigt werden. Das Aufschalten der Prüfbelastung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit dem Elektrofahrzeug 20 eine Bewertungsfahrt über eine relativ kurze Distanz von beispielsweise bis zu 100 m, bevorzugt bis zu 50m, durchgeführt wird, wobei hier vorteilhafterweise eine möglichst hohe Beschleunigung eingestellt wird. Die kurze Bewertungsfahrt besteht beispielsweise aus einem kurzen kräftigen Be schleunigen. In der Regel ist die Belastung dabei abhängig von verschiedenen Prüfrandbedingungen (Fahrweise des Prüfers, Fahrzeug, Wetterbedingungen, Straßenbedingungen wie Belagsoberfläche oder Neigung, Zuladung des Fahr zeugs, Funktionsweise einer Anfahrregelung des Fahrzeugs, etc.). Falls erforder- lieh, können relevante Prüfrandbedingungen in Form von weiteren Normierungs größen berücksichtigt werden. In order to be able to take different battery types into account, a normalization factor can be taken into account as an additional normalization variable. The normalization factor can be provided on the basis of at least one battery type parameter, wherein the battery type parameter can represent, for example, a cell type (lithium ions, lead, etc.), a number of battery cells connected in series and / or parallel, or the like. The normalization factor can be obtained empirically, for example by measurements on batteries that are as good as new, and is usually dimensionless. The degree of charge (SoC) of the traction battery can be taken into account as a further standardization variable. The test load can be applied, for example, by performing an evaluation drive over a relatively short distance of for example up to 100 m, preferably up to 50 m, with the electric vehicle 20, with the highest possible acceleration being advantageously set here. The short evaluation run consists, for example, of a short, powerful acceleration. As a rule, the load depends on various test boundary conditions (driving style of the tester, vehicle, weather conditions, road conditions such as pavement surface or inclination, payload of the vehicle, functionality of a vehicle approach control, etc.). If necessary, relevant test boundary conditions can be taken into account in the form of further standardization variables.
Die Normierung kann beispielsweise auf Basis einer Tabelle, beispielsweise einer Lookup-Tabelle oder eines Kennfeldes, oder auch auf der Grundlage eines ma thematischen Modells durchgeführt werden. Sofern mehrere Normierungsgrößen berücksichtigt werden sollen, kann die Normierung, d.h. die Ermittlung des nor mierten Innenwiderstands auch in mehreren Unterschritten erfolgen. The normalization can be carried out, for example, on the basis of a table, for example a lookup table or a characteristic diagram, or also on the basis of a mathematical model. If several normalization parameters are to be taken into account, the normalization, i.e. the determination of the normalized internal resistance, can also be carried out in several sub-steps.
Die für die Normierung erforderlichen Parameter, d.h. Kennfeldtabellen oder Kenn feldwerte oder Parameter eines mathematischen Modells oder einer mathemati schen Normierungsfunktion, können in der Diagnosevorrichtung 10 gespeichert werden und/oder durch die Diagnosevorrichtung 10 auch von einer externen Da tenbank abgerufen werden. Die Diagnosevorrichtung 10 kann gegebenenfalls auch Korrekturwerte für diese Parameter in die Datenbank zurückspeisen. The parameters required for normalization, i.e. characteristic map tables or characteristic field values or parameters of a mathematical model or a mathematical normalization function, can be stored in the diagnostic device 10 and / or can also be called up by the diagnostic device 10 from an external database. The diagnostic device 10 can optionally also feed correction values for these parameters back into the database.
Das Normierungsmodul 14 ist ferner dazu eingerichtet, auf der Grundlage des normierten Innenwiderstands einen Zustandswert der Traktionsbatterie zu ermit- teln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Zustandswert der Gesund heitszustand (SoFI) der Traktionsbatterie ausgegeben. Eine Berechnung des SoH kann beispielsweise auf der Grundlage einer SoH-Zuordnungsfunktion oder - tabeile erfolgen, die vorgängig empirisch in Versuchen ermittelt wurde. Die Aus- gäbe des SoH erfolgt beispielhaft in Form eines Protokollausdrucks 16. Selbstver ständlich sind auch andere Möglichkeiten der Ausgabe, beispielsweise durch eine Anzeige oder auch durch eine drahtlose oder drahtgebundene Übermittlung an entsprechende Anzeige-, Erfassungs- oder Datenverarbeitungseinrichtungen möglich. So kann beispielsweise der SoH-Wert nebst weiterer erfasster Parame ter, beispielsweise der Eingangsparameter U, I und T und ggf. von Fahrzeugidenti fizierungsdaten, an einen zentralen Server übermittelt werden, von wo aus dann eine papierhafte oder elektronische Übermittlung beispielsweise an Nutzer des Elektrofahrzeugs oder an eine Werkstatt erfolgt. Ein Vorteil einer derartigen zentralen Datenspeicherung besteht darin, dass unter schiedliche, auch zunächst nicht geprüfte Traktionsbatterien bzw. Elektrofahrzeu ge analysiert werden können. So kann beispielsweise für mehrere gleichartige Traktionsbatterien bzw. Elektrofahrzeuge eine Art Standard definiert werden, der sich aus empirischen Werten mehrerer Batterien bzw. Elektrofahrzeuge zusam- mensetzt. Gegenüber einer Bezugnahme auf eine einzige Referenzbatterie kann somit der Einfluss von etwaigen Fertigungstoleranzen reduziert werden und auch bei einer entsprechend großen Datenbasis auch der jeweilige Alterungszustand der Traktionsbatterie berücksichtigt werden. The normalization module 14 is also set up to determine a status value of the traction battery on the basis of the normalized internal resistance. In the present exemplary embodiment, the health status (SoFI) of the traction battery is output as the status value. The SoH can be calculated, for example, on the basis of a SoH assignment function or table that was previously determined empirically in tests. From- The SoH is provided, for example, in the form of a log printout 16. Of course, other output options are also possible, for example by a display or by wireless or wired transmission to corresponding display, acquisition or data processing devices. For example, the SoH value along with other recorded parameters, for example the input parameters U, I and T and possibly vehicle identification data, can be transmitted to a central server, from where a paper or electronic transmission, for example to users of the electric vehicle or to a workshop. One advantage of such a central data storage is that different traction batteries or electric vehicles that have not been tested at first can be analyzed. For example, a type of standard can be defined for several traction batteries or electric vehicles of the same type, which is composed of empirical values from several batteries or electric vehicles. Compared to a reference to a single reference battery, the influence of any manufacturing tolerances can thus be reduced and, even with a correspondingly large database, the respective aging status of the traction battery can also be taken into account.
Mit Bezug auf Fig. 5 bis 7 wird eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfah- rens bzw. der Diagnosevorrichtung beschrieben. Die für eine Ermittlung des Batte- rieinnenwiderstands erforderlichen Messwerte der Ausgangsspannung U und des Belastungsstroms I werden in der Regel von einer OBD des Elektrofahrzeugs oder einer anderen Schnittstelle bereitgestellt, da aus Sicherheitsgründen in der Regel kein Zugang zu Komponenten mit hoher Spannung innerhalb der Batterie möglich ist. Oftmals wird jedoch herstellerspezifisch die Batterietemperatur T gar nicht oder nur in verschlüsselter Form bereitgestellt. Um eine möglichst herstellerunabhängi ge Einsetzbarkeit der Diagnosevorrichtung bzw. des Verfahrens zur gewährleis ten, wird gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung eine alternative Methode zur Ermittlung der Batterietemperatur angegeben. Hierfür wird ausgenutzt, dass bei der Bestimmung des Zustandswerts die Batterie temperatur von der Temperatur der Umgebung, in welcher die Prüfung der Trakti onsbatterie durchgeführt werden soll, abweicht. Bei einer beispielhaften Situation, die dem Diagramm von Fig. 5 zugrunde liegt, wird angenommen, dass das Elekt- rofahrzeug im Außenbereich abgestellt war, so dass die Traktionsbatterie zu Be ginn der Prüfung nur noch eine Temperatur T von etwa 4°C aufweist. Die Prüfung hingegen wird in einer Halle durchgeführt, in welcher eine Raumtemperatur oder Umgebungstemperatur von ungefähr 24°C herrscht. Mit der Zeit t wird sich somit die Batterietemperatur von 4°C auf die Umgebungstemperatur von 24°C erhöhen. Dieser Vorgang erfolgt nichtlinear und wird in Fig. 5 durch die durchgezogene Linie repräsentiert. With reference to FIGS. 5 to 7, a further advantageous embodiment of the method or the diagnostic device is described. The measured values of the output voltage U and the load current I required to determine the internal battery resistance are usually provided by an OBD of the electric vehicle or another interface, since access to components with high voltage within the battery is usually not possible for safety reasons . Often, however, depending on the manufacturer, the battery temperature T is not provided at all or is only provided in encrypted form. In order to ensure that the diagnostic device or the method can be used as manufacturer-independently as possible, an alternative method for determining the battery temperature is specified in accordance with this advantageous embodiment. This takes advantage of the fact that when determining the status value, the battery temperature differs from the temperature of the environment in which the test of the traction battery is to be carried out. In an exemplary situation on which the diagram in FIG. 5 is based, it is assumed that the electric vehicle was parked outside so that the traction battery only has a temperature T of about 4 ° C. at the start of the test. The test, on the other hand, is carried out in a hall with a room temperature or ambient temperature of around 24 ° C. Over time t, the battery temperature will increase from 4 ° C to the ambient temperature of 24 ° C. This process takes place non-linearly and is represented in FIG. 5 by the solid line.
In Fig. 5 sind zusätzlich zwei Abschnitte auf dieser Anpassungskurve durch zwei jeweilige, zueinander gehörige Kreise markiert. Aus Fig. 5 wird ersichtlich, dass die Temperaturänderungsrate DT/t , die durch die Steigung der Kurve repräsentiert wird, zu Beginn des Anpassungsvorgangs (der durch das linke Kreisepaar DT/tl eingeschlossene Kurvenabschnitt), d.h. bei einer großen Temperaturdifferenz relativ hoch ist und mit zunehmender Anpassung, d.h. mit abnehmender Tempera turdifferenz zwischen der Umgebung und der Batterie abnimmt (der durch das rechte Kreisepaar eingeschlossene Kurvenabschnitt DT/ΐ2). Aufgrund der bekann- ten Tatsache, dass der ohmsche Innenwiderstand der Traktionsbatterie sich in Abhängigkeit von der Batte rietemperatur verändert, kann aus der Änderung des Innenwiderstands pro Zeiteinheit , d.h. der Innenwiderstandsänderungsrate DT/t eine Änderungsrate der Batterietemperatur ermittelt werden. In FIG. 5, two sections on this adaptation curve are additionally marked by two respective circles belonging to one another. It can be seen from FIG. 5 that the rate of temperature change DT / t, which is represented by the slope of the curve, is relatively high at the beginning of the adaptation process (the curve segment enclosed by the left circle pair DT / tl), that is, when there is a large temperature difference and with increasing adaptation, ie decreases with decreasing temperature difference between the environment and the battery (the curve section DT / ΐ2 enclosed by the right pair of circles). Due to the known fact that the ohmic internal resistance of the traction battery changes as a function of the battery temperature, a change in the battery temperature can be determined from the change in the internal resistance per unit of time, i.e. the internal resistance change rate DT / t.
Wenn nun die Temperaturskala auf der y-Achse von Fig. 5 so normiert wird, dass der Wert, an dem sich die Kurve im Laufe der Zeit annähert, als eine Differenz temperatur mit dem Wert 0°C angesehen wird, gibt die Kurve direkt die Differenz temperatur zwischen der Umgebungstemperatur und der Batterietemperatur an. Aus der Innenwiderstandsänderungsrate lässt sich die Temperaturänderungsrate ermitteln und aus der Temperaturänderungsrate, welche wie oben erläutert der Steigung DT/t der Kurve in Fig. 5 entspricht, kann wiederum durch entsprechende Berechnungsschritte die zugehörige Differenztemperatur abgeleitet werden. Da die Umgebungstemperatur bekannt ist bzw. ohne weiteres gemessen werden kann, kann auf der Grundlage der Umgebungstemperatur und der Differenztempe- ratur unmittelbar auf die Batterietemperatur geschlossen werden. If now the temperature scale on the y-axis of FIG. 5 is normalized so that the value to which the curve approaches over time is viewed as a difference temperature with the value 0 ° C., the curve directly gives the Temperature difference between the ambient temperature and the battery temperature. The rate of temperature change can be determined from the rate of internal resistance change and from the rate of temperature change, which, as explained above, can be determined from FIG If the gradient DT / t corresponds to the curve in FIG. 5, the associated temperature difference can in turn be derived by appropriate calculation steps. Since the ambient temperature is known or can easily be measured, conclusions can be drawn directly about the battery temperature on the basis of the ambient temperature and the differential temperature.
Der Zusammenhang zwischen der zeitlichen Innenwiderstandsänderungsrate AHL und der Differenztemperatur DT zwischen der Umgebung und der Batterie lässt sich vereinfacht auch direkt durch eine entsprechende Kurve AHL zu DT zu dar stellen, siehe Fig. 6 bezüglich eines batteriespezifischen Temperaturverhaltens. Anhand dieser Kurve, die durch ein mathematisches Modell oder eine Tabelle repräsentiert werden kann, kann für eine jeweilige Innenwiderstandsänderungsra te direkt die Differenztemperatur abgelesen werden. The relationship between the rate of internal resistance change over time AHL and the temperature difference DT between the environment and the battery can also be represented in a simplified manner directly by a corresponding curve AHL to DT, see FIG. 6 with regard to a battery-specific temperature behavior. Using this curve, which can be represented by a mathematical model or a table, the temperature difference can be read off directly for a respective rate of internal resistance change.
Um die Innenwiderstandsänderungsrate zu ermitteln, werden im Abstand von beispielsweise 5 bis 15 min ein erster ohmscher Innenwiderstand und ein zweiter ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie bestimmt. Die Differenz des ersten und des zweiten ohmschen Innenwiderstands dividiert durch den Zeitab stand zwischen den beiden Messungen ergibt dann die Innenwiderstandsände rungsrate ARi/t. Parallel zu den Messungen der ohmschen Innenwiderstände kann die Umgebungstemperatur T mitprotokolliert werden, aus welcher dann durch Addition der Differenztemperatur die Batterietemperatur ermittelt werden kann. Falls sich die Umgebungstemperatur T während der Messung geringfügig ändern sollte, kann als Bezugsumgebungstemperatur eine der beiden Umgebungstempe raturen oder ein Mittelwert der zu den verschiedenen Zeitpunkten ermittelten Um gebungstemperaturen T zugrunde gelegt werden. Vorteilhaft können mehr als zwei Innenwiderstände Ri ermittelt werden, um eine höhere Genauigkeit zur Be stimmung der Widerstandsänderungsrate zu erreichen. In order to determine the rate of change in internal resistance, a first ohmic internal resistance and a second ohmic internal resistance of the traction battery are determined at intervals of, for example, 5 to 15 minutes. The difference between the first and second ohmic internal resistance divided by the time interval between the two measurements then gives the internal resistance change rate ARi / t. In parallel to the measurements of the ohmic internal resistance, the ambient temperature T can also be recorded, from which the battery temperature can then be determined by adding the differential temperature. If the ambient temperature T should change slightly during the measurement, one of the two ambient temperatures or an average of the ambient temperatures T determined at the various points in time can be used as the reference ambient temperature. More than two internal resistances Ri can advantageously be determined in order to achieve greater accuracy for determining the rate of change in resistance.
Eine zur Durchführung dieser Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegte Diagnosevorrichtung 110 ist in Fig. 7 dargestellt. Da es sich bei der Diagnosevorrichtung 110 um eine Abwandlung der in Fig. 4 dargestellten Diagno sevorrichtung 10 handelt, werden im Folgenden lediglich die wesentlichen Unter schiede beschrieben. Gleiche oder gleichartige Elemente sind daher mit den glei chen Bezugszeichen versehen. Die Diagnosevorrichtung 110 weist zusätzlich auch ein Puffermodul 18 auf, in dem ein von dem Ermittlungsmodul 12 ermittelter Innenwiderstandswert Ri zwischen gespeichert werden kann. Eine Übermittlung der Batterietemperatur T von dem Elektrofahrzeug 20 an die Diagnosevorrichtung 110 ist nicht vorgesehen. Statt- dessen weist das Normierungsmodul 14 einen zusätzlichen Eingang auf, über den eine Umgebungstemperatur Tu einer Umgebung, in der sich das Elektrofahrzeug 20 zum Zeitpunkt der Messungen befindet, erfasst werden kann. A diagnostic device 110 designed to carry out this modification of the method according to the invention is shown in FIG. 7. Since the Diagnostic device 110 is a modification of the diagnostic device 10 shown in FIG. 4, only the essential differences are described below. Identical or similar elements are therefore provided with the same reference numerals. The diagnostic device 110 also has a buffer module 18 in which an internal resistance value Ri determined by the determination module 12 can be temporarily stored. A transmission of the battery temperature T from the electric vehicle 20 to the diagnostic device 110 is not provided. Instead, the normalization module 14 has an additional input via which an ambient temperature Tu of an environment in which the electric vehicle 20 is at the time of the measurements can be recorded.
Zu einem ersten Zeitpunkt wird auf der Grundlage der Ausgangsspannung U und des Belastungsstroms I ein Innenwiderstandswert Ri ermittelt und an das Puffer modul 18 übermittelt und dort als Innenwiderstandswert Rn zwischengespeichert. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer von beispielsweise zwischen 5 und 15 min werden zu einem zweiten Zeitpunkt erneut die Ausgangsspannung U und der Belastungsstrom I gemessen und im Ermittlungsmodul 12 in einen weiteren In nenwiderstandswert Ri umgerechnet. Dieser zweite Innenwiderstandswert wird an das Normierungsmodul 14 übermittelt. Zugleich wird der zwischengespeicherte erste Innenwiderstandswert Rn von dem Puffermodul 18 an das Normierungsmo dul 14 übermittelt. Das Normierungsmodul ermittelt nun die Differenz der beiden Innenwiderstandswerte Rn, Ri2 und dividiert diese durch die Zeitdauer zwischen den beiden Messzeitpunkten. At a first point in time, based on the output voltage U and the load current I, an internal resistance value Ri is determined and transmitted to the buffer module 18, where it is temporarily stored as the internal resistance value Rn. After a predetermined period of time, for example between 5 and 15 minutes, the output voltage U and the load current I are measured again at a second point in time and converted in the determination module 12 into a further internal resistance value R i . This second internal resistance value is transmitted to the normalization module 14. At the same time, the temporarily stored first internal resistance value Rn is transmitted from the buffer module 18 to the normalization module 14. The normalization module now determines the difference between the two internal resistance values Rn, Ri2 and divides this by the time between the two measurement times.
Auf der Grundlage der auf diese Weise ermittelten Innenwiderstandsänderungsra- te wird auf der Grundlage der batteriespezifischen Kurve von Fig. 6, die in der Diagnosevorrichtung 110 beispielsweise in Form einer Tabelle oder einer mathe matischen Funktion hinterlegt sein kann, eine zugehörige Differenztemperatur ermittelt. Auf der Grundlage dieser Differenztemperatur und der Umgebungstem- peratur Tu ermittelt das Normierungsmodul 14 nun die Batterietemperatur, welche dann anschließend der mit Bezug auf Fig. 4 beschriebenen Normierung zugrunde gelegt werden kann. On the basis of the internal resistance change rate determined in this way, an associated temperature difference is determined on the basis of the battery-specific curve from FIG. 6, which can be stored in the diagnostic device 110, for example in the form of a table or a mathematical function. On the basis of this differential temperature and the ambient temperature temperature T u, the normalization module 14 now determines the battery temperature, which can then be used as the basis for the normalization described with reference to FIG. 4.
Mit Bezug auf Fig. 8 bis 12 werden nun weitere Ausgestaltungen und Abwandlun- gen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Diagnose vorrichtungen 10, 110 beschrieben. With reference to FIGS. 8 to 12, further refinements and modifications of the method according to the invention and the diagnostic devices 10, 110 according to the invention will now be described.
In Fig. 8 sind die Verläufe der Ausgangsspannung U und des Belastungsstroms I, der einen Sprung eines Ladestroms wiederspiegelt, einer beispielhaften Trakti onsbatterie dargestellt. In dem Diagramm von Fig. 8 sind jeweils die Messwerte für U und I zu einem jeweiligen Zeitpunkt t dargestellt. Der Ursprung der Zeitskala ist willkürlich gewählt. Zu einem Sprungzeitpunkt to bei ungefähr t = 6,5 s wird eine Prüfbelastung in Form eines Ladestroms aufgeschaltet, so dass sich die Aus gangsspannung U und der Ladestrom als Belastungsstrom I sprunghaft als Sprung S ändern. Dieser Zeitraum erstreckt sich ungefähr zwischen t = 6,5 s und t = 7,5 s. Daran anschließend ändern sich U und I nur noch sehr langsam. DurchIn Fig. 8, the curves of the output voltage U and the load current I, which reflects a jump in a charging current, an exemplary traction battery is shown. The diagram of FIG. 8 shows the measured values for U and I at a respective point in time t. The origin of the time scale is chosen arbitrarily. At a jump time to at approximately t = 6.5 s, a test load in the form of a charging current is applied, so that the output voltage U and the charging current as load current I change suddenly as a jump S. This period extends roughly between t = 6.5 s and t = 7.5 s. Subsequently, U and I change only very slowly. By
Anwendung einer Regressionsfunktion, beispielsweise einer Exponentialfunktion kann eine Beschreibungsfunktion von U und I gefunden werden. Wird in dieser Regressionsfunktion ein Zeitversatz t0 setvorgesehen, so kann durch ein Ver schieben der Zeitbasis durch Ändern von t0ffSet das Bestimmtheitsmaß R2 maxi- miert werden und somit der Einschaltzeitpunkt to des Sprungs S ermittelt werden, dies ist beispielsweise in Fig. 14 für verschiedene Werte von toffset dargestellt. Using a regression function, for example an exponential function, a description function of U and I can be found. If a time offset t 0 set is provided in this regression function, the coefficient of determination R 2 can be maximized by shifting the time base by changing t 0 ff Se t and thus the switch-on time to of the jump S can be determined, this is for example in 14 for different values of t offset .
Fig. 9 zeigt einen Verlauf der Ausgangsspannung U und des Belastungsstroms einer Traktionsbatterie in Abhängigkeit von der Zeit bei einem rampenförmigen Aufschalten R einer Prüfbelastung, die in diesem Fall ein Entladestrom darstellt. Im Zeitraum ti=3 s bis t2=6s nimmt der Entladestrom I graduell ab, nach Beendi gung der Belastung schwingt der Strom I und die Spannung U wieder Richtung Ruhstrom Io und Ruhespannung Uo zurück. Zur verbesserten Ermittlung des In nenwiderstands werden bevorzugt die Messwerte innerhalb der Zeitspanne ti bis t2 des Belastungsintervalls der rampenförmigen Aufschaltung R betrachtet werden, die mittels einer Regressionsgeraden approximiert werden können, wobei aus der Regressionsgeraden der Innenwiderstand Ri exakt ermittelbar ist. Um diese Zeit spanne exakt bestimmen zu können, kann eine Regressionsfunktion des Belas- tungsstroms I angenommen werden, die der Funktion der Prüfbelastung ent spricht, und mittels einer Betrachtung eines Maximierungsverlaufs des Be stimmtheitsmaßes R2 kann eine exakte Bestimmung des Zeitraums ti bis t2 vorge nommen werden. 9 shows a profile of the output voltage U and the load current of a traction battery as a function of time with a ramp-shaped connection R of a test load, which in this case represents a discharge current. In the period ti = 3 s to t2 = 6s, the discharge current I gradually decreases, after the end of the load, the current I and the voltage U oscillate back towards the idle current Io and the idle voltage Uo. To improve the determination of the internal resistance, the measured values within the time period ti to t2 are preferred of the load interval of the ramp-shaped connection R, which can be approximated by means of a regression line, the internal resistance Ri can be determined exactly from the regression line. In order to be able to determine this time span exactly, a regression function of the load current I can be assumed, which corresponds to the function of the test load, and an exact determination of the time period ti to t2 can be made by considering a maximization curve of the degree of certainty R 2 become.
Aus den zu einem jeweiligen Zeitpunkt ermittelten Messwertepaaren lassen sich entsprechende Innenwiderstandswerte ermitteln. In dem Diagramm von Fig. 10 sind einige dieser Innenwiderstandswerte Ri über die Zeit t aufgetragen, wobei die während des Sprungs ermittelten Innenwiderstandswerte Ri1 bis Ri3 entsprechend gekennzeichnet sind. Die in Fig. 10 gestrichelt dargestellte Gerade stellt eine Aus gleichsgerade der Innenwiderstandsmesswerte Ri dar. In Fig. 10 und auch in Fig. 11a sind gut zu erkennen, dass insbesondere die Messwerte Ri1 und Ri2 erheblich von der Ausgleichsgeraden abweichen, und unterstreichen eine häufig notwendige Plausibilisierungsprüfung. Dies zeigt auch der minimierte Wert des Bestimmtheitsmaßes R2. Für die Bestimmung des Innen widerstands einer Traktionsbatterie wird allgemein betrachtet die Systemantwort der Traktionsbatterie auf eine Systemanregung ausgewertet. Als Systemanregung wird ein Strom aufgeprägt, die Systemantwort ist die Spannungsänderung an den Klemmen der Batterie. Corresponding internal resistance values can be determined from the pairs of measured values determined at a particular point in time. In the diagram of FIG. 10, some of these internal resistance values Ri are plotted over time t, the internal resistance values Ri1 to Ri3 determined during the jump being marked accordingly. The straight line shown in dashed lines in FIG. 10 represents an equilibrium line for the internal resistance measured values Ri. In FIG. 10 and also in FIG Plausibility check. This is also shown by the minimized value of the coefficient of determination R 2 . To determine the internal resistance of a traction battery, the system response of the traction battery to a system excitation is generally evaluated. A current is impressed as system excitation, the system response is the change in voltage at the battery terminals.
In der Praxis wird dazu bei Elektrofahrzeugen die Strom- und Spannungsdifferenz während eines Beschleunigungsvorgangs zur Berechnung des Innenwiderstands Ri verwendet. Mit den Werten Uo, Io in einem Systemruhestand, d.h. einer Ruhe spannung Uo und einem Ruhestrom Io, und den Werten Ui, zu einem Zeitpunkt ti berechnet sich der Innenwiderstand Ri gemäß der Gleichung: Anstelle einer Beschleunigung des Fahrzeugs durch einen Antriebsmotor kann auch ein anderer energieintensiver Verbraucher eingeschaltet werden. Grundsätz lich kann auch eine Ladung der Batterie als Systemanregung vorgesehen sein. Oftmals ist es nicht möglich, die Zeitskala der Systemanregung, d.h. die Aufschal tung der Prüfbelastung oder des Ladestroms, mit der Zeitskala der Systemantwort, d.h. der Erfassung der Messwerte zu synchronisieren. Um jedoch zuverlässig den Realteil des Innenwiderstands, d.h. den Widerstand Ri im Ersatzschaltbild von Fig. 3, zu ermitteln, ist es notwendig, den Innenwiderstand unmittelbar nach dem Einschalten der Prüfbelastung, oder zu einem definierten zeitnahen Zeitpunkt, zu bestimmen. Aufgrund der großen Änderungsrate von Strom und Spannung sind die entsprechenden Messwertepaare in diesem Moment oft stark fehlerbehaftet oder werden aufgrund der diskreten Abtastung nicht zum richtigen Zeitpunkt ermit telt. Für eine korrekte Ermittlung von Ri wird daher bevorzugt auf eine Inter- bzw. Extrapolation der Messdaten zurückgegriffen. Daher ist eine geeignete Interpreta tion der Messdaten unerlässlich. In practice, for electric vehicles, the current and voltage difference during an acceleration process is used to calculate the internal resistance Ri. With the values Uo, Io in a system idle state, that is, an idle voltage Uo and an idle current Io, and the values Ui at a point in time ti, the internal resistance Ri is calculated according to the equation: Instead of accelerating the vehicle by a drive motor, another energy-intensive consumer can also be switched on. In principle, charging of the battery can also be provided as system excitation. It is often not possible to synchronize the time scale of the system excitation, ie the application of the test load or the charging current, with the time scale of the system response, ie the acquisition of the measured values. However, in order to reliably determine the real part of the internal resistance, ie the resistance Ri in the equivalent circuit diagram of FIG. 3, it is necessary to determine the internal resistance immediately after switching on the test load or at a defined, timely point in time. Due to the large rate of change of current and voltage, the corresponding pairs of measured values are often highly error-prone at this moment or are not determined at the right time due to the discrete sampling. Interpolation or extrapolation of the measurement data is therefore preferred for a correct determination of Ri. A suitable interpretation of the measurement data is therefore essential.
Mit Bezug auf Fig. 11 wird ein Ansatz zur Auswertung der Messdaten erläutert, wobei in den Fig. 11a bis 11 d jeweils der Innenwiderstand Ri über die Zeit t aufge tragen ist. Die Punkte repräsentieren die jeweiligen Messwerte, während die ent- sprechende Ausgleichsfunktion nebst dem zugehörigen Bestimmtheitsmaß R2 im Diagramm angegeben ist. With reference to FIG. 11, an approach for evaluating the measurement data is explained, with the internal resistance Ri being plotted over time t in FIGS. 11a to 11d. The points represent the respective measured values, while the corresponding compensation function is indicated in the diagram along with the associated coefficient of determination R 2.
Fig. 11a entspricht im Wesentlichen der Fig. 10, und zeigt ein relativ niedriges Bestimmtheitsmaß R2, d.h. eine relativ ungenaue Bestimmung des Innenwider standsverlaufs. Im Unterschied zu Fig. 11a wird in Fig. 11b der Messwert Ri1 aufgrund seiner starken Abweichung von der Ausgleichsgeraden bzw. einem vorgegebenen Er wartungswert verworfen. Ein Vergleich mit Fig. 11a zeigt, dass sich bei der Aus- gleichsfunktion von Fig. 11b die Steigung etwas erhöht hat und sich der Wert des Bestimmtheitsmaßes R2 von 0,9249 (Fig. 11a) auf 0,9665 (Fig. 11b) verbessert hat. 11a essentially corresponds to FIG. 10 and shows a relatively low coefficient of determination R 2 , ie a relatively imprecise determination of the internal resistance profile. In contrast to FIG. 11a, in FIG. 11b the measured value Ri1 is discarded due to its strong deviation from the best-fit straight line or a predetermined expected value. A comparison with Fig. 11a shows that the training Equal function of FIG. 11b, the slope has increased somewhat and the value of the coefficient of determination R 2 has improved from 0.9249 (FIG. 11a) to 0.9665 (FIG. 11b).
Bei dem in Fig. 11 c dargestellten Diagramm wurden die gleichen Messwerte wie in Fig. 11b verwendet, wobei jedoch anstelle der für Fig. 11a und 101 verwendeten linearen Ausgleichsfunktion eine logarithmische Ausgleichsfunktion zugrunde gelegt wurde. Hier ergibt sich eine nochmalige deutliche Verbesserung des Wer tes von R2 auf 0,9967. In the diagram shown in FIG. 11c, the same measured values were used as in FIG. 11b, but instead of the linear compensation function used for FIGS. 11a and 101, a logarithmic compensation function was used as the basis. Here there is another significant improvement in the value of R 2 to 0.9967.
Fig. 11 d entspricht Fig. 11c, wobei die Zeitachse (x-Achse) logarithmisch skaliert wurde. FIG. 11d corresponds to FIG. 11c, the time axis (x-axis) having been scaled logarithmically.
Die Fig. 12 zeigt ein Diagramm eines linearen Strom- und Spannungsverlaufs l/U einer Traktionsbatterie bei einer rampenförmigen Belastung R. Zur Ermittlung des Innenwiderstands Ri wird mit dem Instrumentarium der Ausgleichsrechnung eine Regressionsgerade mittels eines Least-Square-Ansatzes, d.h. Methode der kleins- ten Fehlerquadrate bestimmt. Die hierbei ermittelbare Bestimmtheitsmaß R2 gibt Aufschluss, ob die hierzu betrachtete Ausgleichsfunktion, in diesem Fall eine Ge rade, zu den ermittelten Messwerten passt. Die Methode eignet sich hervorra gend, um bei schwankenden Strom auch einen Ruhespannung Uo zu ermitteln.Fig. 12 shows a diagram of a linear current and voltage curve l / U of a traction battery with a ramp-shaped load R. To determine the internal resistance Ri, a regression line using a least square approach, ie the method of small- th error squares determined. The coefficient of determination R 2 that can be determined here provides information as to whether the compensation function considered for this purpose, in this case a straight line, matches the measured values determined. The method is ideal for determining an open-circuit voltage Uo when the current fluctuates.
Damit wurde gezeigt, dass durch eine Anpassung der Messsequenz mittels einer mathematischen Ausgleichsrechnung unter Verwendung einer logarithmischen Funktion den Verlauf der Messsequenz sehr exakt modelliert werden kann. Die auf diese Weise ermittelte logarithmische Funktion kann dann verwendet werden, um den ohmschen Innenwiderstand zu einem gewünschten Zeitpunkt, insbeson dere einem Zeitpunkt nahe des Einsetzens der Sprungantwort zu extra- oder in- terpolieren. It was thus shown that by adapting the measurement sequence by means of a mathematical compensation calculation using a logarithmic function, the course of the measurement sequence can be modeled very precisely. The logarithmic function determined in this way can then be used to extrapolate or interpolate the ohmic internal resistance at a desired point in time, in particular a point in time near the onset of the step response.
Eine nochmals deutliche Verbesserung der Datenauswertung kann dadurch er reicht werden, dass diejenigen Wertepaare bei der Ermittlung des ohmschen In- nenwiderstands nicht berücksichtigt werden, bei denen eine Differenz zwischen dem erwarteten Belastungsstrom und dem erfassten Belastungsstrom einen vor bestimmten Toleranzwert überschreitet, wie dies im vorliegenden Beispiel für dasjenige Wertepaar vorgenommen wurde, welches dem Innenwiderstand Ri1 zugrunde lag. A further significant improvement in the data evaluation can be achieved in that those value pairs when determining the ohmic component internal resistance are not taken into account, in which a difference between the expected load current and the recorded load current exceeds a predetermined tolerance value, as was done in the present example for the pair of values on which the internal resistance Ri1 was based.
Weitere Methoden, um die Genauigkeit bei der Innenwiderstandsbestimmung und damit die Genauigkeit bei der Bestimmung des Zustandswerts zu verbessern, werden nachfolgend kurz beschrieben: Further methods to improve the accuracy of the internal resistance determination and thus the accuracy of the determination of the state value are briefly described below:
1. Der Innenwiderstand kann in mehreren Durchgängen bestimmt werden, wobei in jedem Durchgang die Prüfbelastung aufgeschaltet und am Ende des Durchgangs wieder entfernt wird. In jedem Durchgang wird wenigstens ein Wertepaar, bevorzugt eine Messsequenz, erfasst. Dann wird für jeden Durchgang ein jeweiliger ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt. Schließlich wird aus den in mehreren Durchgängen ermittelten ohmschen Innenwiderständen ein Mittelwert für den ohmschen Innenwider stand ermittelt. Dieser Mittelwert wird dann für das Ermitteln des Zustands werts der Traktionsbatterie herangezogen. 1. The internal resistance can be determined in several runs, whereby the test load is applied in each run and removed again at the end of the run. At least one value pair, preferably a measurement sequence, is recorded in each run. Then a respective ohmic internal resistance of the traction battery is determined for each run. Finally, an average value for the ohmic internal resistance is determined from the ohmic internal resistances determined in several runs. This mean value is then used to determine the status value of the traction battery.
2. Für zumindest einen Wert eines Wertepaars wird ein jeweiliger gültiger Messbereich definiert, wobei ein Wertepaar nicht berücksichtigt wird, wenn einer oder beide Werte außerhalb des jeweiligen Messbereichs liegen, wo bei bevorzugt der Messbereich auf der Grundlage eines Absolutwerts oder einer Änderungsrate des zugehörigen Werts definiert ist. 2. A respective valid measuring range is defined for at least one value of a value pair, a value pair not being taken into account if one or both values are outside the respective measuring range, where the measuring range is preferably defined on the basis of an absolute value or a rate of change of the associated value is.
Dies kann dadurch erfolgen, dass zur Identifikation der fehlerhaften Mess werte entsprechende gültige Messbereiche definiert werden. Die Messbe- reiche können absolut, beispielsweise durch absolute Grenzwerte für dieThis can be done by defining corresponding valid measuring ranges to identify the incorrect measured values. The measuring ranges can be absolute, for example by absolute limit values for the
Spannung oder relativ definiert sein, beispielsweise durch eine Grenze für eine Spannungsänderungsrate. Anschließend werden alle Messwertpaare daraufhin überprüft, ob ihre Werte innerhalb des vorgängig definierten Messbereichs liegen und aussortiert, wenn diese nicht in die definierten Messbereiche fallen. Dies kann beispielsweise durch die Analyse des Be stimmtheitsmaßes R2 der Werte im Sprungbereich erfolgen, indem die Än derung von R2 durch Weglassen des Messwertes ermittelt wird. 3. Es wird eine Messsequenz von Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messsequenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasste Wertepaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst. Ein Wertepaar wird nicht berücksichtigt, wenn einer oder beide Werte dieses Wertepaars gleich dem entsprechenden Wert zumindest eines Wertepaars sind, wel ches zu einem vorhergehenden Zeitpunkt erfasst wurde. Voltage or be relatively defined, for example by a limit for a rate of voltage change. All pairs of measured values are then checked to determine whether their values are within the previously defined Measuring range and sorted out if they do not fall within the defined measuring ranges. This can be done, for example, by analyzing the degree of certainty R 2 of the values in the jump range, in that the change in R 2 is determined by omitting the measured value. 3. A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being applied continuously for the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time. A value pair is not taken into account if one or both values of this value pair are equal to the corresponding value of at least one value pair which was recorded at a previous point in time.
Mit dieser Methode können sogenannte hängende Messwerte eliminiert werden, die sich insbesondere dadurch ergeben, dass bei der Datenüber tragung von der Traktionsbatterie bzw. der OBD Übertragungsfehler und insbesondere Verzögerungen ergeben. Diese Daten können zu Fehlern im Bewertungsergebnis führen, welche im Nachhinein nur noch schwer bis gar nicht zu identifizieren sind. Derartige "hängende Messwerte" lassen sich je doch nach festen Kriterien aussortieren, da sich diese fehlerhaften Daten vor allem dadurch auszeichnen, dass sich die Messwerte über einen be stimmten Zeitraum nicht ändern. Aufgrund der Eigenheit des erfindungsge mäßen Verfahrens, wonach eine Systemantwort auf eine sprunghafte Sys temanregung festgestellt werden soll, können alle Messwerte, die sich vom vorherigen Messwert nicht unterscheiden, aussortiert werden. Wenn sich beispielsweise innerhalb einer Messsequenz vom einen zum nächsten Messwertepaar zumindest ein Wert, d.h. Spannung oder Strom nicht än dert, kann das betreffende zum späteren Zeitpunkt erfasste Wertepaar aus dem auswertenden Datensatz gelöscht werden. Betrifft der Fehler eines hängenden Messwerts nur einen Wert eines Wertepaars, kann dieser aber auch mit Hilfe einer Interpolation aus den übrigen entsprechenden Werten ersetzt werden. Es wird eine Messsequenz von Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messsequenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist. Die Messsequenz umfasst mehrere an kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfasste Wertepaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms. Die Messsequenz wird einer Tiefpassfilterung unterzogen. Oftmals lassen sich mit einer derart ein fachen Filterung überraschend gute Verbesserungen bei der Genauigkeit der Bestimmung des Innenwiderstands erzielen. With this method, so-called hanging measured values can be eliminated, which result in particular from the fact that transmission errors and, in particular, delays occur during data transmission from the traction battery or the OBD. This data can lead to errors in the evaluation result, which are difficult or even impossible to identify in retrospect. Such “hanging measured values” can, however, be sorted out according to fixed criteria, since this erroneous data is primarily characterized by the fact that the measured values do not change over a certain period of time. Due to the peculiarity of the method according to the invention, according to which a system response to an abrupt system excitation is to be determined, all measured values that do not differ from the previous measured value can be sorted out. If, for example, at least one value, ie voltage or current, does not change within a measurement sequence from one pair of measured values to the next, the relevant value pair recorded at a later point in time can be deleted from the evaluating data record. If the error of a hanging measured value only affects one value of a value pair, it can can also be replaced with the help of an interpolation from the remaining corresponding values. A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence. The measurement sequence comprises several pairs of values for the output voltage and the load current that are recorded at times in quick succession. The measurement sequence is subjected to low-pass filtering. With such a simple filtering it is often possible to achieve surprisingly good improvements in the accuracy of the determination of the internal resistance.
Eine Tiefpassfilterung bietet sich insbesondere dann an, wenn eine wieder holte Durchführung von mehreren Messdurchgängen (siehe Methode 1.) nicht möglich ist. Der Tiefpassfilter kann dabei so eingesetzt werden, als wären mehrere wiederholte Messungen zu einem ähnlichen Zeitpunkt durchgeführt worden, jedoch unter Berücksichtigung der ungenügenden Messauflösung und somit einen virtuellen Mittelwert bilden. Dieses Verfah ren kann bevorzugt bei Prüfanordnungen angewendet werden, welche kei ne Sprünge aufweisen, sondern stetig sind. Auch hier wird eine Messsequenz von Wertepaaren der Ausgangsspan nung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dauer der Messsequenz die Prüfbelastung durchgängig aufgeschaltet ist. Die Mess sequenz erfasst auch hier mehrere an kurz aufeinanderfolgenden Zeitpunk ten erfasste Wertepaare der Ausgangsspannung und des Belastungs stroms. a) Aus den Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungs stroms der Messsequenz wird ein gleitender Mittelwert des ohm schen Innenwiderstands ermittelt. Diese Methode eignet sich insbe sondere bei einer rampenförmigen Anregung, d.h. kontinuierlicher Belastungszu- oder abnahme. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, dass für zwei jeweilige unmittelbar nacheinander erfasste Wertepaare der jeweilige ohmsche Innenwiderstand aus der Differenz der beiden Ausgangsspannungen dividiert durch die Differenz der beiden Belas tungsströme ermittelt wird und der gleitende Mittelwert des ohm schen Innenwiderstands durch den Mittelwert der derart ermittelten jeweiligen ohmschen Widerstände gebildet wird. Es wird also aus je weils zwei zueinander benachbarten Wertepaaren der Messsequenz der zugehörige Innenwiderstand ermittelt und anschließend ein Mit telwert dieser Innenwiderstände gemäß der folgenden Gleichung er rechnet: wobei n die Anzahl der Wertepaare ist, und ein jeweiliger ohmscher Widerstand Rim aus zwei unmittelbar nacheinander erfassten Werte paaren gemäß der Gleichung n _ Um+l — Um im — — lj ~J m+ 1 lm ermittelt wird, wobei Um, Um+i die jeweiligen Ausgangsspannungen und Im, lm+i die jeweiligen Belastungsströme von zwei unmittelbar nacheinander erfasste Wertepaaren m, m+1 der Messsequenz sind. Wird anstelle von Um und Im die Ruhespannung Uo und der Ru hestrom Io gewählt, kann diese Methode auch für sprungförmige An regungen eingesetzt werden. Low-pass filtering is particularly useful if it is not possible to carry out several measurement runs repeatedly (see method 1.). The low-pass filter can be used as if several repeated measurements had been carried out at a similar point in time, but taking into account the inadequate measurement resolution and thus forming a virtual mean value. This method can preferably be used for test arrangements which have no jumps but are continuous. Here, too, a measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously applied for the duration of the measurement sequence. Here, too, the measurement sequence records several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at briefly successive points in time. a) A sliding mean value of the ohmic internal resistance is determined from the pairs of values for the output voltage and the load current of the measurement sequence. This method is particularly suitable for a ramp-shaped excitation, ie more continuous Load increase or decrease. This is preferably done by determining the respective ohmic internal resistance from the difference between the two output voltages divided by the difference between the two load currents and the moving average of the ohmic internal resistance by the mean value of the respective ohmic resistances determined in this way for two respective pairs of values recorded immediately one after the other is formed. The associated internal resistance is determined from two adjacent pairs of values in the measurement sequence, and an average value of these internal resistances is then calculated according to the following equation: where n is the number of value pairs, and a respective ohmic resistance Rim is determined from two pairs of values recorded immediately one after the other according to the equation n _ Um + l - Um im - - l j ~ J m + 1 l m, where Um, Um + i are the respective output voltages and Im, Im + i are the respective load currents of two pairs of values m, m + 1 of the measurement sequence that are recorded immediately one after the other. If the open-circuit voltage Uo and the closed-circuit current Io are selected instead of Um and Im, this method can also be used for sudden excitations.
Die Anzahl n muss nicht zwingend der Anzahl aller Messwertpaare der Messsequenz repräsentieren, sondern kann auch eine Anzahl von zu berücksichtigenden Messwertpaaren sein, wenn z.B. ein oder mehrere Messwertpaare aus der Messsequenz entfernt wurden oder nicht berücksichtigt werden sollen. b) Alternativ zur Methode 5a) kann aus den jeweiligen Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms der ohmsche Innen- widerstand auf der Grundlage einer mathematischen Ausgleichs rechnung, bevorzugt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadra te, ermittelt werden. Dieser Ansatz wurde vorstehend schon mit Be zug auf Fig. 8 bis 14 beschrieben. The number n does not necessarily have to represent the number of all measured value pairs of the measurement sequence, but can also be a number of measured value pairs to be taken into account, for example if one or Several pairs of measured values have been removed from the measurement sequence or are not to be taken into account. b) As an alternative to method 5a), the ohmic internal resistance can be determined from the respective value pairs of the output voltage and the load current on the basis of a mathematical compensation calculation, preferably using the least squares method. This approach has already been described above with reference to FIGS. 8 to 14.
Ohne die vorstehend beschriebenen Methoden zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Innenwiderstandsbestimmung und der Bestimmung des Zustandswerts konnte eine deutlich größere Streuung der Ergebnisdaten beobachtet werden. Über eine Serie von verschieden Prüfdurchgängen wurde eine Varianz von bis zu rund 20% des Innenwiderstandes ermittelt. Unter Anwendung der genannten Me thoden konnte die Varianz auf bis zu 3% oder auch weniger gesenkt werden. Sofern das Zeitverhalten der Batterie in Abhängigkeit vom Batterietyp, dem Alter, der Ladezustand, der Temperatur und ggf. weiteren Parametern bekannt ist, so kann unter Verwendung der für eine Referenzbatterie ermittelten Vergleichskurve der Schaltzeitpunkt to, zu dem eine Stromfunktion einsetzt, relativ präzise be stimmt werden. Falls das nicht möglich ist, kann bei der Ermittlung der Ausgleichsfunktion der Zeitpunkt to variiert werden. Durch eine Maximierung des Bestimmtheitsmaßes R2 der Ausgleichsfunktion kann dann der Schaltzeitpunkt to abgeschätzt werden. Ein Diagramm, in dem das Bestimmtheitsmaß R2 über die Variation oder Änderung des Schaltzeitpunkts to, implizit eines Zeitversatzes toffset aufgetragen ist, ist in Fig. 14 dargestellt. Bezuaszeichenliste Without the methods described above for improving the accuracy in determining the internal resistance and determining the state value, a significantly greater scatter of the result data could be observed. A variance of up to around 20% of the internal resistance was determined over a series of different test runs. Using the methods mentioned, the variance could be reduced to up to 3% or less. If the time behavior of the battery is known as a function of the battery type, the age, the state of charge, the temperature and possibly other parameters, the switching time to, at which a current function begins, can be determined relatively precisely using the comparison curve determined for a reference battery become. If this is not possible, the time to can be varied when determining the compensation function. The switching time to can then be estimated by maximizing the coefficient of determination R 2 of the compensation function. A diagram in which the coefficient of determination R 2 is plotted against the variation or change in the switching time to, implicitly of a time offset t offset , is shown in FIG. 14. Reference list
10, 110 Diagnosevorrichtung 10, 110 diagnostic device
12 Ermittlungsmodul 14 Normierungsmodul 12 Determination module 14 Standardization module
16 Protokollausdruck 18 Puffermodul 16 Log printout 18 Buffer module
20 Elektrofahrzeug 20 electric vehicle

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Bestimmung eines Zustandswertes einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (20), welcher den Alterungszustand der Traktions batterie charakterisiert, bevorzugt eines SoH-Wertes der Traktionsbatterie, wobei die Traktionsbatterie mittels einer Prüfbelastung beaufschlagt wird und zu wenigstens einem Zeitpunkt ein jeweiliges Wertepaar einer Aus gangsspannung und eines Belastungsstroms der Traktionsbatterie erfasst wird, wobei auf der Grundlage des erfassten Wertepaars der Ausgangs spannung und des Belastungsstroms ein ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, und wobei auf der Grundlage des ermittel ten ohmschen Innenwiderstands der Zustandswert der Traktionsbatterie ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine die Trakti onsbatterie charakterisierende Normierungsgröße ermittelt wird, dass auf der Grundlage des ermittelten ohmschen Innenwiderstands und der we nigstens einen Normierungsgröße ein auf einen Referenzwert der Normie rungsgröße bezogener normierter Innenwiderstand ermittelt wird, wobei das Ermitteln des Zustandswerts der Traktionsbatterie auf der Grundlage des normierten Innenwiderstands erfolgt. 1. A method for determining a status value of a traction battery of an electric vehicle (20), which characterizes the aging status of the traction battery, preferably a SoH value of the traction battery, the traction battery being subjected to a test load and at least one point in time a respective value pair of an output voltage and a load current of the traction battery is detected, an ohmic internal resistance of the traction battery being determined on the basis of the detected value pair of the output voltage and the load current, and the state value of the traction battery being determined on the basis of the determined ohmic internal resistance, characterized in that at least one normalization variable characterizing the traction battery is determined that on the basis of the determined ohmic internal resistance and the at least one normalization variable a reference value of the normalization s variable related normalized internal resistance is determined, with the determination of the state value of the traction battery on the basis of the normalized internal resistance.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Belas tungsstrom im Rahmen einer Bewertungsfahrt des Elektrofahrzeugs (20) erzeugt wird, wobei die Prüfbelastung durch ein Aggregat des Elektrofahr zeugs (20), bevorzugt durch einen Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs (20) gebildet ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the load current is generated as part of an evaluation drive of the electric vehicle (20), the test load being formed by a unit of the electric vehicle (20), preferably by a drive motor of the electric vehicle (20) .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Normierungsgröße eine Temperatur der Trakti onsbatterie während des Erfassens der Werte der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms ist, und dass der Referenzwert der ersten Normierungsgröße eine Referenztemperatur ist. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a first normalization variable is a temperature of the traction battery during the detection of the values of the output voltage and the load current, and that the reference value of the first normalization variable is a reference temperature.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Normierungsgröße einen Typ der Traktionsbatterie charakterisiert und der Referenzwert der zweiten Normierungsgröße ein Normierungsfaktor ist, welcher unterschiedliche Typen von Traktionsbatterie zueinander in Be ziehung setzt, wobei der Normierungsfaktor auf der Grundlage wenigstens eines Batterietypparameters vorgegeben ist. 4. The method according to claim 3, characterized in that a second normalization variable characterizes a type of traction battery and the reference value of the second normalization variable is a normalization factor which relates different types of traction battery to one another, the normalization factor being specified on the basis of at least one battery type parameter is.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Zustandswerts auf der Grundlage des normierten Innenwiderstands unter Anwendung eines mathematischen Modells oder einer Tabelle, bevorzugt einer Lookup-Tabelle oder einem Kennfeld, erfolgt, wobei bevorzugt Parameter oder Werte, welche das ma thematische Modell oder die Tabelle beschreiben, von einer Datenbank abgerufen werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the state value is determined on the basis of the normalized internal resistance using a mathematical model or a table, preferably a lookup table or a characteristic field, with preferably parameters or values which describe the mathematical model or table can be retrieved from a database.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Normierungsgröße eine Temperatur der Trakti onsbatterie während des Erfassens der Werte der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms ist und der Referenzwert der ersten Normie rungsgröße eine Referenztemperatur ist, wobei die Temperatur der Trakti onsbatterie dadurch ermittelt wird, dass in einem ersten Messschritt zu ei nem ersten Zeitpunkt eine erste Umgebungstemperatur und ein erster ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, in einem zweiten Messschritt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer zu einem zweiten Zeitpunkt eine zweite Umgebungstemperatur und ein zweiter ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, dass auf der Grundlage der Differenz des ersten und des zweiten ohmschen In nenwiderstands und der vorgegebenen Zeitdauer eine Innenwiderstands änderungsrate ermittelt wird, dass auf der Grundlage der Innenwider standsänderungsrate eine Differenztemperatur zwischen der Umgebungs temperatur und der Temperatur der Traktionsbatterie ermittelt wird, und dass die Temperatur der Traktionsbatterie durch Addition einer aus der ersten und/oder der zweiten Umgebungstemperatur ermittelten Bezugs umgebungstemperatur und der ermittelten Differenztemperatur ermittelt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a first normalization variable is a temperature of the traction battery during the detection of the values of the output voltage and the load current and the reference value of the first normalization variable is a reference temperature, the temperature of the traction battery as a result it is determined that a first ambient temperature and a first ohmic internal resistance of the traction battery are determined in a first measuring step at a first point in time, in a second measuring step after a predetermined period of time at a second point in time a second ambient temperature and a second ohmic internal resistance of the traction battery are determined it is determined that an internal resistance change rate is determined on the basis of the difference between the first and the second ohmic internal resistance and the predetermined period of time, that on the basis of the internal resistance change rate a differ enztemperature between the ambient temperature and the temperature of the traction battery is determined, and that the temperature of the traction battery by adding one from the first and / or the second ambient temperature determined reference ambient temperature and the determined difference temperature is determined.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbe stimmte Zeitdauer zwischen 5 und 15 Minuten beträgt. 7. The method according to claim 6, characterized in that the predetermined period of time is between 5 and 15 minutes.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Zustandswerts der Traktionsbatterie auf der Grundlage des zweiten ohmschen Innenwiderstands erfolgt. 8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the determination of the state value of the traction battery takes place on the basis of the second ohmic internal resistance.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Belastungsstrommittels der Prüfbelastung derart er folgt, dass bei einem Aufschalten der Prüfbelastung der Belastungsstrom einen Stromsprung aufweist. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the load current by means of the test load follows such that when the test load is switched on, the load current has a current jump.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beginnend mit dem Aufschalten der Prüfbelastung eine Messsequenz von Wertpaa ren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst wird, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinander folgenden Zeitpunkten er fasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms um fasst. 10. The method according to claim 9, characterized in that starting with the activation of the test load, a measurement sequence of pairs of values of the output voltage and the load current is recorded, the measurement sequence comprising several pairs of values of the output voltage and the load current recorded at times in quick succession.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Aufschalten der Prüfbelastung zusätzlich wenigstens ein Referenz wertepaar der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms erfasst wird, auf dessen Grundlage eine Ruhespannung und ein Ruhestrom ermittelt werden, dass für ein jeweiliges Wertepaar der Messsequenz der ohmsche Innenwiderstand als Quotient der Differenz der erfassten Ausgangsspan nung und der Ruhespannung und der Differenz des erfassten Belastungs stroms und des Ruhestroms ermittelt wird, dass für die Messsequenz mit tels einer mathematischen Ausgleichungsrechnung Parameter einer loga- rithmischen Funktion ermittelt werden, welche den Verlauf der Messse- quenz modelliert, und dass auf der Grundlage der logarithmischen Funkti on der ohmsche Innenwiderstand zu einem gewünschten Zeitpunkt, be vorzugt zum Zeitpunkt des Stromsprungs, oder bei einer korrespondieren den Frequenz ermittelt wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that at least one reference value pair of the output voltage and the load current is additionally recorded before the test load is switched on, on the basis of which an open-circuit voltage and a closed-circuit current are determined that for a respective value pair of the measurement sequence the ohmic Internal resistance is determined as the quotient of the difference between the recorded output voltage and the open-circuit voltage and the difference between the recorded load current and the closed-circuit current, so that parameters of a logarithmic function are determined for the measurement sequence by means of a mathematical adjustment calculation, which determine the course of the measurement sequence. sequence, and that based on the logarithmic function, the ohmic internal resistance at a desired point in time, preferably at the point in time of the current jump, or at a corresponding frequency is determined.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die loga- rithmische Funktion durch die Gleichung 12. The method according to claim 11, characterized in that the logarithmic function is represented by the equation
^i 'i) CI ln(tj + toffset) T b bestimmt ist, wobei ti die seit dem Zeitpunkt des Aufschaltens der Last verstrichene Zeit ist, Ri(ti) ein interpolierter Innenwiderstand zum Zeitpunkt ti ist, toffset die Zeit zwischen der tatsächlichen Einschaltzeit und der ge- schätzen Einschaltzeit und a und b Parameter sind. ^ i ' i) CI ln (tj + toffset) T b is determined, where ti is the time that has elapsed since the time the load was switched on, Ri (ti) is an interpolated internal resistance at time ti, t offset is the time between the actual Switch-on time and the estimated switch-on time and a and b are parameters.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Prüfbelastung, bevorzugt durch einen ohmschen Widerstand der Prüfbelastung, und durch die Ausgangsspannung der Traktionsbatterie, ein erwarteter Belastungsstrom vorbestimmt ist, wobei diejenigen Wertepaare bei der Ermittlung des ohmschen Innenwider stands der Traktionsbatterie nicht berücksichtigt werden, bei denen eine Differenz zwischen dem erwarteten Belastungsstrom und dem erfassten Belastungsstrom einen vorbestimmten Toleranzwert überschreitet. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an expected load current is predetermined by the test load, preferably by an ohmic resistance of the test load, and by the output voltage of the traction battery, those pairs of values when determining the ohmic internal resistance of the traction battery are not taken into account in which a difference between the expected load current and the detected load current exceeds a predetermined tolerance value.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des wenigstens einen Wertepaars einer Ausgangsspannung und eines Belastungsstroms der Traktionsbatterie in mehreren Durchgängen erfolgt, wobei in jedem Durchgang die Prüfbelas- tungsaufgeschaltet und am Ende des Durchgangs wieder entfernt wird, an wenigstens einem Zeitpunkt eines Durchgangs ein jeweiliges Wertepaar erfasst wird und auf der Grundlage des erfassten Wertepaars ein jeweili ger ohmscher Innenwiderstand der Traktionsbatterie ermittelt wird, und wobei aus jeweiligen in den mehreren Durchgängen ermittelten ohmschen Innenwiderständen ein Mittelwert für den ohmschen Innenwiderstand er mittelt wird, wobei das Ermitteln des Zustandswerts der Traktionsbatterie auf der Grundlage des Mittelwerts des ohmschen Innenwiderstands er folgt. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection of the at least one value pair of an output voltage and a load current of the traction battery takes place in several passes, the test load being switched on in each pass and removed again at the end of the pass, at least a respective value pair is recorded at a point in time of a passage and a respective ohmic internal resistance of the traction battery is determined on the basis of the recorded value pair, and from the respective ohmic resistance determined in the several passes Internal resistances a mean value for the ohmic internal resistance is determined, the determination of the state value of the traction battery on the basis of the mean value of the ohmic internal resistance it follows.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des ohmschen Innenwiderstands der Trakti onsbatterie ferner wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: für zumindest einen Wert eines Wertepaars wird ein jeweiliger gül tiger Messbereich definiert, wobei ein Wertepaar nicht berücksich tigt wird, wenn einer oder beide Werte außerhalb des jeweiligen Messbereichs liegen, wobei bevorzugt der Messbereich auf der Grundlage eines Absolutwerts oder einer Änderungsrate des zu gehörigen Werts definiert ist, es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspan nung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dau er der Messsequenz die Prüfbelastungsdurchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinander folgen den Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei ein Wertepaar nicht be rücksichtigt wird, wenn einer oder beide Werte dieses Wertepaars gleich dem entsprechenden Wert zumindest eines Wertepaars sind, welches zu einem vorhergehenden Zeitpunkts erfasst wurde, es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspan nung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dau er der Messsequenz die Prüfbelastungsdurchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinander folgen den Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei die Messsequenz einer Tiefpassfilterung unterzogen wird, es wird eine Messsequenz von Wertpaaren der Ausgangsspan nung und des Belastungsstroms erfasst, wobei während der Dau er der Messsequenz die Prüfbelastungsdurchgängig aufgeschaltet ist, wobei die Messsequenz mehrere an kurz aufeinander folgen den Zeitpunkten erfasste Wertpaare der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms umfasst, wobei aus den Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belas tungsstroms der Messsequenz ein gleitender Mittelwert des ohm schen Innenwiderstands ermittelt wird, wobei bevorzugt für zwei jeweilige unmittelbar nacheinander erfasste Wertepaare der jewei lige ohmsche Innenwiderstand aus der Differenz der beiden Aus gangsspannungen dividiert durch die Differenz der beiden Belas tungsströme ermittelt wird und der gleitende Mittelwert des ohm schen Innenwiderstands durch den Mittelwert der derart ermittel ten jeweiligen ohmschen Widerstände gebildet wird, oder aus den jeweiligen Wertepaaren der Ausgangsspannung und des Belastungsstroms der ohmsche Innenwiderstand auf der Grundla ge einer mathematischen Ausgleichsrechnung, bevorzugt nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, ermittelt wird. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that determining the ohmic internal resistance of the traction battery further comprises at least one of the following steps: a respective valid measuring range is defined for at least one value of a value pair, one value pair not being taken into account if one or both values are outside the respective measuring range, the measuring range preferably being defined on the basis of an absolute value or a rate of change of the associated value, a measuring sequence of value pairs of the output voltage and the load current is recorded, with during the duration The test load is continuously switched on to the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values of the output voltage and the load current recorded at the points in time, one pair of values not being taken into account if one or both values of this pair of values are equal to the corresponding The actual value of at least one value pair that was recorded at a previous point in time, a measurement sequence of value pairs of the output voltage and the load current is recorded, with the test load being continuously switched on during the duration of the measurement sequence, the measurement sequence being several in quick succession Pairs of values of the output voltage and the load current recorded at points in time, the measurement sequence being subjected to low-pass filtering, A measurement sequence of pairs of values for the output voltage and the load current is recorded, the test load being continuously switched on during the duration of the measurement sequence, the measurement sequence comprising several pairs of values for the output voltage and the load current recorded at times in quick succession Output voltage and the load current of the measurement sequence, a sliding mean value of the ohmic internal resistance is determined, with the respective ohmic internal resistance preferably being determined from the difference between the two output voltages divided by the difference between the two load currents and the sliding mean value of the ohmic internal resistance is formed by the mean value of the respective ohmic resistances determined in this way, or from the respective value pairs of the output voltage and the load current the ohmic internal resistance a is determined on the basis of a mathematical equalization calculation, preferably using the least squares method.
16. Diagnosevorrichtung (10, 110) zur Bestimmung eines Zustandswertes ei ner Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs (20), wobei die Diagnosevor richtung (10, 110) eine direkt oder indirekt mit der Traktionsbatterie kop pelbare Auswerteeinheit aufweist, welche zur Durchführung des Verfah rens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist. 16. Diagnostic device (10, 110) for determining a state value ei ner traction battery of an electric vehicle (20), wherein the Diagnosevor direction (10, 110) has an evaluation unit which can be coupled directly or indirectly to the traction battery and which is used to carry out the method according to a of the preceding claims is set up.
EP20801209.6A 2019-11-20 2020-11-03 Method for determining a state value of a traction battery Pending EP4061668A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019131283 2019-11-20
PCT/EP2020/080761 WO2021099102A1 (en) 2019-11-20 2020-11-03 Method for determining a state value of a traction battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4061668A1 true EP4061668A1 (en) 2022-09-28

Family

ID=73131721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20801209.6A Pending EP4061668A1 (en) 2019-11-20 2020-11-03 Method for determining a state value of a traction battery

Country Status (11)

Country Link
US (1) US11892517B2 (en)
EP (1) EP4061668A1 (en)
JP (1) JP7422227B2 (en)
KR (1) KR102704888B1 (en)
CN (1) CN114786991A (en)
AU (1) AU2020385550B2 (en)
BR (1) BR112022009736A2 (en)
CA (1) CA3162747C (en)
IL (1) IL293176B2 (en)
WO (1) WO2021099102A1 (en)
ZA (1) ZA202205456B (en)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT524131B1 (en) * 2021-04-20 2022-03-15 Aviloo Gmbh Determining the state of health of a vehicle battery
DE102021116579A1 (en) 2021-06-28 2022-12-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for operating a charging system for a vehicle with a galvanically non-separated charging device
DE102021208170A1 (en) 2021-07-29 2023-02-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for data completion of operating variable profiles of electrical energy storage devices in the event of missing profile data
US20210356528A1 (en) * 2021-07-30 2021-11-18 Yu Min Chen Method for evaluating state of health of battery
DE102021209054A1 (en) 2021-08-18 2023-02-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method and device for data completion of operating variable profiles of electrical energy storage devices in the event of missing profile data
CN113820615B (en) * 2021-09-30 2024-05-07 国网福建省电力有限公司龙岩供电公司 Battery health degree detection method and device
DE102021125478B4 (en) 2021-09-30 2023-11-02 TWAICE Technologies GmbH DETERMINATION OF AN AGING VALUE FOR BATTERIES WITH CURRENT-VOLTAGE TIME SERIES IN TIME DOMAIN AND LOAD DOMAIN
CN113804948B (en) * 2021-10-15 2024-06-21 无锡江南计算技术研究所 Current sampling method suitable for multipath parallel circuit
DE102021129351A1 (en) 2021-11-11 2023-05-11 TWAICE Technologies GmbH DETERMINING THE HEALTH STATUS OF BATTERIES WITH DYNAMIC DIAGNOSTIC LOAD PROFILE
CN114252771B (en) * 2021-12-13 2024-05-07 北京经纬恒润科技股份有限公司 Battery parameter online identification method and system
EP4369472A1 (en) * 2022-05-18 2024-05-15 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Battery swapping method, system and apparatus, storage medium, and computer program product
DE102022117271A1 (en) 2022-07-12 2024-01-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for monitoring a traction battery of an electrified motor vehicle during a standstill phase of the motor vehicle
CN115339330B (en) * 2022-09-07 2024-08-09 武汉理工大学 Energy output management method of hybrid electric vehicle based on battery aging
DE102022210471A1 (en) 2022-10-04 2024-04-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for analyzing a condition of a battery pack, analysis device, system and computer program
AT526653B1 (en) * 2022-12-19 2024-06-15 Avl List Gmbh Test procedure for determining a characteristic of a drive component of a drive system of a motor vehicle
CN116566007B (en) * 2023-05-16 2024-04-12 深圳三晖能源科技有限公司 Automatic regulation method and device for battery charge and discharge and intelligent outdoor power supply system

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423378A (en) 1981-12-04 1983-12-27 Bear Automotive Service Equipment Company Automotive battery test apparatus
US6307377B1 (en) * 1999-11-05 2001-10-23 Dell Usa, L.P. Battery charge determination
DE10118916A1 (en) * 2001-04-19 2002-10-24 Bosch Gmbh Robert Method and arrangement for determining the condition of a battery
DE10161640A1 (en) 2001-12-14 2003-07-10 Vb Autobatterie Gmbh Method for determining the operating state of a storage battery
DE10328721A1 (en) 2003-06-25 2005-01-13 Robert Bosch Gmbh Method for predicting a residual life of an electrical energy store
JP4888577B2 (en) 2010-04-12 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 Non-aqueous electrolyte type lithium ion secondary battery system, method for determining lithium deposition in the system, and vehicle equipped with the system
JP5786324B2 (en) * 2010-11-17 2015-09-30 日産自動車株式会社 Battery control device
JP5342583B2 (en) 2011-03-08 2013-11-13 三菱重工業株式会社 Battery cell control device and battery cell
US20120310565A1 (en) * 2011-05-31 2012-12-06 Laszlo Redey Apparatus and method for determining battery/cell's performance, age, and health
JP6026120B2 (en) 2012-03-19 2016-11-16 株式会社東芝 Secondary battery internal resistance calculation device and internal resistance calculation method thereof, secondary battery abnormality detection device and abnormality detection method thereof, secondary battery degradation estimation device and degradation estimation method thereof
JP6119402B2 (en) 2012-05-29 2017-04-26 株式会社Gsユアサ Internal resistance estimation device and internal resistance estimation method
TWI460453B (en) * 2012-09-28 2014-11-11 Metal Ind Res & Dev Ct Estimating system for state of charge of battery by additive synthesis of two components of mutually perpendicular and estimating method thereof
CN105247379B (en) * 2013-05-03 2019-04-09 力博特公司 The system and method analyzed for uninterruptible power supply battery detection and data
DE102014220914B4 (en) * 2014-10-15 2022-10-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for determining an operating point-dependent resistance change factor and vehicle
JP2017099221A (en) * 2015-11-27 2017-06-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Charging control system
JP2018170144A (en) 2017-03-29 2018-11-01 三菱自動車工業株式会社 Battery temperature estimation device and method, and battery state estimation device
EP3812781B1 (en) 2019-10-23 2022-11-30 Novum engineerING GmbH Estimating a battery state of an electrochemical battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023506706A (en) 2023-02-20
AU2020385550A1 (en) 2022-06-16
BR112022009736A2 (en) 2022-08-09
ZA202205456B (en) 2023-03-29
US11892517B2 (en) 2024-02-06
NZ788908A (en) 2024-03-22
AU2020385550B2 (en) 2023-11-23
IL293176B2 (en) 2023-10-01
WO2021099102A1 (en) 2021-05-27
US20230152385A1 (en) 2023-05-18
CN114786991A (en) 2022-07-22
KR102704888B1 (en) 2024-09-11
IL293176A (en) 2022-07-01
CA3162747C (en) 2023-04-11
CA3162747A1 (en) 2021-05-27
IL293176B1 (en) 2023-06-01
KR20220100684A (en) 2022-07-15
JP7422227B2 (en) 2024-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021099102A1 (en) Method for determining a state value of a traction battery
DE102007061130B4 (en) Method and device for monitoring an electrical energy storage device
DE102014214010B4 (en) Apparatus for estimating open circuit battery voltage based on transient resistance effects
DE10231700B4 (en) Method for determining the aging state of a storage battery with regard to the removable amount of charge and monitoring device
EP3766120B1 (en) Characterisation of lithium plating in rechargeable batteries
DE102009038663B4 (en) Motor vehicle with a plurality of batteries and method for battery diagnosis
AT524131B1 (en) Determining the state of health of a vehicle battery
DE102011116779A1 (en) Adaptive on-board battery core temperature estimation
DE102011102360A1 (en) Dynamic nuclear temperature estimation by simple external measurements
DE102017119420A1 (en) STATUS ESTIMATION OF AN ENERGY SYSTEM
DE102006033629B4 (en) Method and device for determining the state of a battery
EP1896864A1 (en) Battery state recognition for kfz-accumulators
DE102019205843A1 (en) Procedure for assessing the health of a high-voltage battery and battery tester
DE102013018405A1 (en) Determination of the condition of a battery characteristic estimation parameters
WO2016012196A1 (en) Method for operating a secondary battery
WO2015106974A1 (en) Method for monitoring a battery
WO2024099513A1 (en) Method and device for determining capacity, internal resistance and open-circuit voltage curve of a battery
DE102019129468A1 (en) Fast charging method
DE102019129902B4 (en) METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTING AN ENGINE START-UP PERFORMANCE OF AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE SYSTEM
WO2024208513A1 (en) Control device and method for determining a measure for an ageing state of at least one battery cell
DE102020128639A1 (en) Resistance estimation for battery cells of a rechargeable battery
DE102013017061A1 (en) Method for determining actual wear state of e.g. traction battery of e.g. passenger car, involves determining actual wear state as function of actual value and reference value of each output variable
EP4430413A1 (en) Determining the state of health of batteries with dynamic diagnostic load profile
DE102014200684A1 (en) Method for monitoring a battery
DE102019202461A1 (en) Method and battery state detection device for determining a usable energy content of an energy store of a motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220620

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RAX Requested extension states of the european patent have changed

Extension state: BA

Payment date: 20220620

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230703