WO2005031380A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des ladezustandes einer batterie - Google Patents

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WO2005031380A1
WO2005031380A1 PCT/EP2004/010783 EP2004010783W WO2005031380A1 WO 2005031380 A1 WO2005031380 A1 WO 2005031380A1 EP 2004010783 W EP2004010783 W EP 2004010783W WO 2005031380 A1 WO2005031380 A1 WO 2005031380A1
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battery
frequency
charge
state
impedance
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PCT/EP2004/010783
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rik W. De Doncker
Abderrezak Hammouche
Eckhard Karden
Birger Fricke
Original Assignee
Rheinisch-Westfälisch-Technische Hochschule
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the state of charge (SOG) of a battery.
  • a battery is to be understood here to mean a general electrochemical generator which contains one or more galvanic cells in which electrical energy is obtained by means of chemical reactions.
  • the method and the device according to the invention are particularly suitable for determining the state of charge of rechargeable lead, nickel-cadmium (Ni-Cd) and nickel-metal hydride (Ni-MH) batteries.
  • the invention further relates to a device suitable for carrying out the method.
  • Known methods for determining the state of charge of a battery are based on determining the concentration of the electrolyte in the battery by directly measuring the properties of the electrolyte. For example, the density, pH value or conductivity of the electrolyte can be measured and its concentration can be inferred from this. These procedures are only applicable to battery types where the electrical lyt actually takes part in the overall reaction, such as with lead acid batteries. They are complex because they require access to the inside of the battery. After all, they cannot be carried out with sufficient accuracy under all conditions, since the electrolyte concentration in the battery is not uniform. An overview of frequently used methods for determining the state of charge for various areas of application for batteries can be found in the publication by S. Piller, M. Perrin and A. Jossen: “Methods for state-of-charge determination and their applications", Journal of Power Sour - ces 96 (2001) 113-120.
  • a known method for examining electrochemical systems such as rechargeable batteries is impedance spectroscopy.
  • the complex impedance of the battery is measured at many frequencies, i.e. in a complete frequency spectrum.
  • Locus also known as the Nyquist diagram.
  • the imaginary part of the complex impedance is plotted over the real part of the complex impedance.
  • the typical locus of a commercially available battery is plotted in FIG. 1. It is common to plot the imaginary axis in reverse order, ie positive values of Z "below and negative values of Z" above the real axis.
  • the internal resistance of the battery was identified as a useful parameter for predicting the state of charge using impedance spectroscopy [RT Barton and PJ Mitchell: "Estimation of the residual capacities of maintenance-free lead-acid batteries - Identification of a parameter for the prediction of state-of-charge", Journal of Power Sources 27 (1989) 287-295].
  • RT Barton and PJ Mitchell "Estimation of the residual capacities of maintenance-free lead-acid batteries - Identification of a parameter for the prediction of state-of-charge", Journal of Power Sources 27 (1989) 287-295].
  • German patent application DE 102 05 120 AI describes a method and a device for determining the internal resistance of a battery.
  • the battery is excited by existing high-frequency current fluctuations, and the resulting voltage response is measured.
  • the internal resistance of the battery is determined via a performance analysis.
  • German patent DE 197 25 204 CI describes a method and a device for determining the SOC of a lithium battery in a remote control application. The method is based on the simultaneous measurement of the internal cell resistance and the voltage at the terminals of the battery.
  • the internal resistance of the device under test can be easily extracted from the locus of the impedance.
  • the internal resistance corresponds to the magnitude of the impedance at the intersection of the locus with the real axis. This relationship is also used, for example, as an indicator of the electrical efficiency of fuel cells, as described in international patent application WO 02/27342 A2. Presentation of the invention
  • the invention has for its object to further develop a generic method so that a quick and reliable determination of the state of charge of a battery is made possible and thus the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • this object is also achieved by a device according to claim 14.
  • a crossover frequency for an impedance of the battery excited by an AC signal is determined, and the crossover frequency is assigned to the state of charge of the battery.
  • the crossover frequency is the frequency at which the locus of the complex impedance of the battery intersects the real axis in an impedance diagram, and is referred to below as f ⁇ , since the imaginary part of the impedance changes its sign there.
  • the AC signal that excites the battery is generated by an AC power source connected to the battery.
  • the method is preferably used to determine the state of charge of batteries in operation.
  • the AC power source is therefore preferably a load located in the power grid supplied by the battery or an AC power source located in the power grid that is not necessarily controllable.
  • the power grid supplied by the battery often contains loads that emit interference signals to the power grid. These interference signals present in the power network overlay the direct current supplied by the battery with an alternating current component.
  • resistors in the power network that are switched at a certain frequency are used as alternating current sources.
  • AC sources that excite the battery may be present in the power network that contains the battery.
  • the method according to the invention can thus be carried out as a purely passive method in the sense that no additional current source, which is necessary specifically and exclusively for carrying out the method, is required to excite the battery.
  • the battery for carrying out the method with a controllable alternating current source is also provided to be connected if the alternating current signals present in the power supply system supplied by the battery do not have sufficiently high amplitudes in a frequency range including the crossover frequency.
  • a voltage drop across the battery and a current intensity of an alternating current flowing through the battery are measured.
  • the crossover frequency determined according to the invention is the frequency at which the locus of the complex impedance of the battery intersects the real axis in an impedance diagram.
  • the invention makes use of the surprising discovery that there is a clear relationship between the crossover frequency and the state of charge of the battery.
  • the crossover frequency thus corresponds to the crossover frequency of a circuit consisting of the battery and an alternating current source.
  • the resonance conditions only the properties of the battery and not the internal resistances, internal capacities or inductances present in the AC power source should determine the resonance conditions.
  • determining the passage frequency as precisely as possible is particularly expedient, other frequencies with comparable properties can of course also be used to implement the invention.
  • the crossover frequency used according to the invention therefore not only denotes the exact intersection between the locus of the complex impedance of the battery and the real axis, but also other frequencies with comparable properties, especially the resonance frequency.
  • the method is based on a clear relationship between the penetration frequency and the state of charge of the battery.
  • the measurements of the alternating voltage dropping across the battery and the current strength of the alternating current flowing through the battery are carried out for different alternating current frequencies.
  • a frequency range is preferably specified which typically contains crossover frequencies that occur. This frequency range can then be scanned at predetermined frequency intervals or continuously.
  • a phase difference between the phase of the AC voltage is provided and to determine the phase of the alternating current.
  • phase difference is determined for each scanned frequency value in order to determine the frequency at which this phase difference disappears.
  • This frequency is the crossover frequency and is assigned to a charge level on the basis of the relation between crossover frequency and state of charge.
  • the state of charge determined in this way can then be displayed to a user of the battery or transmitted to a system which monitors the operating states of the battery.
  • the complex-value impedance of the battery is determined as a function of the AC frequency.
  • a fast Fourier transformation is preferably carried out.
  • the frequency at which the imaginary part of the impedance disappears is then determined from the results of the impedance calculation.
  • the relationship between penetration frequency and state of charge is additionally influenced by the operating temperature of the battery and the direct current flowing through the battery.
  • the operating temperature and the current intensity of the direct current flowing through the battery are therefore recorded and taken into account in the relationship between the passage frequency and the state of charge.
  • the relationship between the penetration frequency and the state of charge is influenced to a small extent by the aging state of the battery, but is accessible to measurement.
  • the accuracy with which the state of charge is determined can therefore be further increased by taking the aging state of the battery into account in the relationship between the penetration frequency and the state of charge.
  • Another aspect of the invention is to provide an apparatus for performing the method.
  • the object underlying the invention is achieved by a device according to the preamble of claim 14, which is a means for
  • the means for determining the crossover frequency detects and processes the alternating voltage dropping across the battery and the current strength of the alternating current flowing through the battery.
  • the means for determining the crossover frequency preferably contains further means for determining the phases and
  • Figure 1 Typical locus of the impedance of a commercially available battery in a medium state of charge.
  • Figure 2 Changes in the imaginary part of the impedance as a function of frequency.
  • Figure 3 The correlation between the crossover frequency and the state of charge for a 70 Ah lead-acid battery during discharge at a temperature of -18 ° C.
  • Figure 4 An illustration of the impedance parameters as a locus in the complex plane.
  • Figure 5 A block diagram of a device for determining the state of charge of a battery with phase comparator without a controllable AC power source in one embodiment.
  • FIG. 6 A block diagram of a device for determining the state of charge of a battery with a phase comparator without a controllable AC power source in another embodiment.
  • Figure 7 A block diagram of a device for determining the state of charge of a battery with phase comparator and adjustable AC power source.
  • Figure 8 A block diagram of a device based on the determination of the impedance for determining the state of charge of a battery without a controllable current source.
  • Figure 9 A block diagram of a device based on the determination of the impedance for determining the state of charge of a battery with a controllable current source.
  • Figure 1 shows a typical impedance diagram of a commercial battery, which is shown for frequencies between 6000 and 10 "3 Hz as a locus in the complex plane.
  • the imaginary part of the impedance is designated as usual with Z "and the real part with Z '.
  • Measured values are represented in this, as in the following figures, by dots; the line shown is the regression curve on these measured values.
  • the diagram shows a significant inductive behavior of the battery for frequencies above 100 Hz. This corresponds to the range with -Z " ⁇ 0.
  • R ⁇ The real part of the intersection of the curve shown with the Z 'axis is denoted by R ⁇ . It corresponds to the internal ohmic resistance of the battery and is made up of the ohmic resistances of the electrolyte, the electrodes and the connections of the battery.
  • the value of the parameter R ⁇ allows conclusions to be drawn about the state of charge of a lead accumulator, since a decrease in the sulfuric acid concentration in the electrolyte during the discharge changes the ohmic internal resistance.
  • the crossover frequency f + of batteries was considered. This corresponds to the frequency at which the imaginary part Z "of the impedance disappears and thus represents the frequency belonging to the impedance value R ⁇ .
  • the crossover frequency f + is, as can also be seen from the further description, an easily accessible parameter of the battery.
  • FIG. 3 shows the dependency of the frequency f + on the state of charge of a lead accumulator.
  • the state of charge of the The battery is designated SOC and is given in%.
  • the percentage values relate to the ratio of the amount of charge present in the battery to the nominal capacity of the battery. This ratio is usually referred to as the state of charge of the battery.
  • the nominal capacity of the lead accumulator under consideration was 70 Ah and the results shown in FIG. 3 relate to a discharge process which was carried out at -18 ° C.
  • a change in the crossover frequency of 3000 Hz was measured for a complete discharge process at room temperature.
  • the parameter f ⁇ can thus serve as a reliable and precise tool for determining the state of charge of a battery.
  • Measurements were carried out shortly after interim discharging and charging, during discharging and charging and at temperatures between -18 and 50 ° C.
  • the method according to the invention is based on the fact that the inductive behavior of the battery changes into a capacitive behavior at the passage frequency and thus all properties and processes of the battery have an influence on the impedance parameters at the passage frequency.
  • the method according to the invention can therefore basically
  • Charge determination can be used with all batteries that show sufficient inductive behavior.
  • these are batteries with a nominal capacity of at least 1 Ah.
  • FIG. 4 shows a graphic representation of the parameters associated with the impedance in the complex plane.
  • the impedance can be determined for each frequency f either in polar coordinates by the module
  • FIG. 5 shows a block diagram of a device for determining the state of charge of a battery (40).
  • the device is connected to a battery (40) which is excited by interference signals which are present in the power network supplied by the battery (40). These fault signals are AC signals, which are caused by existing loads (10) or current sources (20).
  • the device includes a sensor (50) for detecting the AC voltage signal of the AC voltage dropping across the battery (40).
  • the interference signals generally contain signals of different frequencies.
  • the voltage and current signals are each processed in a bandpass filter (80.90), which can only be passed by a harmonic component of the signals that has a frequency that lies within a very narrow frequency band.
  • the mean frequency of the frequency band can preferably be set and changed so that the relevant frequency range can be scanned.
  • the device also has a phase comparator (100) which determines the phases of the components of the voltage and current signals which have passed the bandpass filters (80, 90) and the phase difference ⁇ (f) between the signal components for those on the bandpass filters ( 80.90) set frequency f is determined.
  • a phase comparator 100 which determines the phases of the components of the voltage and current signals which have passed the bandpass filters (80, 90) and the phase difference ⁇ (f) between the signal components for those on the bandpass filters ( 80.90) set frequency f is determined.
  • phase difference is transmitted to a control unit (110) which determines the average pass frequency of the
  • Bandpass filter (80.90) controls depending on the value of the phase difference.
  • the pass frequency of the bandpass filter (80.90) is preferably readjusted until it matches the frequency -E ⁇ at which the phase difference ⁇ (f ⁇ ) determined in the phase comparator (100) disappears.
  • the frequency f ⁇ which corresponds to the crossover frequency, • is transmitted to a computing unit (120).
  • the device also has a sensor (70) which detects the operating temperature of the battery (40) and sends it to the computing unit (120).
  • the sensor (60) for detecting the current strength of the alternating current flowing through the battery (40) also contains a means for detecting the current strength of the direct current flowing through the battery (40), the value of which is transferred to the computing unit (120).
  • the assignments between the crossover frequencies and the state of charge of the battery (40) f for different types of batteries, for different operating temperatures and depending on further operating conditions of the battery (40) are stored in the form of functions or tables in the computing unit (120).
  • the other operating conditions include the current of the direct current flowing through the battery (40) and information on whether the battery (40) is being discharged or charged.
  • the computing unit (120) is preferably able to determine from the current whether the battery (40) is being discharged or charged.
  • the functions and tables for assignment are determined in separate measurements and implemented in the form of calculation or assignment instructions in the computing unit (120).
  • the measurements for determining the assignment rules can be carried out, for example, during several operating cycles using methods known from the prior art.
  • the arithmetic unit (120) determines the state of charge of the battery (40) on the basis of these regulations and the information transmitted to them about the passage frequency, the temperature and the further operating parameters of the battery (40).
  • the state of charge is preferably output by the computing unit (120) and can be transmitted to a display device (130) and / or to a system for monitoring the battery parameters (140).
  • the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 5 can be used particularly advantageously if the loads (10) and current sources (20) present in the power supply system supply AC signals with sufficient amplitudes in the relevant frequency range.
  • resistors are connected to the power network at a known frequency and separated from it.
  • Control unit that regulates the switching frequency and, if necessary, also measures the current. Therefore, in a modification of the embodiment of the device according to FIG. 5, it is also possible to use the current signal recorded by the existing control devices directly and to transmit it to the phase comparator (100).
  • the current signal typically contains a superposition of harmonic AC signals of different frequencies, so that it has to be filtered by a controllable bandpass filter (90), which in turn is controlled by the control unit (110).
  • FIG. 7 shows a block diagram of a device for determining the state of charge of a battery (40) with phase
  • This embodiment of the device according to the invention can advantageously be used to determine the state of charge of a battery (40) which is not excited by interference signals.
  • the use of a device according to this embodiment is provided if the loads and current sources present in the power network do not deliver signals with sufficient amplitudes in the relevant frequency range.
  • the embodiment shown in FIG. 7 initially differs from the embodiment shown in FIG. 5 in that it does not have a bandpass filter (90) for that
  • the battery is connected to an additional controllable current source (30) which generates an alternating current of known frequency and phase which excites the battery (40).
  • the frequency and phase of the alternating current flowing through the battery (40) can therefore be sent directly from the current source (30) to the phase comparator (100).
  • An additional recording is not necessary. However, it can be provided.
  • the voltage signal of the alternating voltage dropping across the battery is in turn detected by a corresponding sensor (50) and processed in the bandpass filter (80).
  • phase difference between the current and voltage signals determined by the phase comparator (100) is in turn transmitted to the control unit (110).
  • the pass frequency of the bandpass filter (80) is preferably readjusted until it reaches the frequency f + matches, at which the determined phase difference ⁇ (f + ) disappears.
  • the bandpass filter (80) is in particular controlled in such a way that the average pass frequency corresponds to the frequency that is set at the current source (30).
  • the computing unit (120) determines the state of charge of the battery (40) from the frequency f ⁇ which is transferred to it, as shown in connection with FIG. 5.
  • FIG. 8 A device without a controllable current source, on which this likewise preferred method is based, is shown in FIG. 8 in the form of a block diagram.
  • the device is connected to a battery (40) which is excited by interference signals which are present in the power network supplied by the battery (40). These interference signals are AC signals, which are caused by existing loads (10) or current sources (20).
  • This embodiment of the device according to the invention is therefore preferably used for determining the state of charge if the loads (10) and current sources (20) present in the power supply system supply AC signals with sufficient amplitudes in the relevant frequency range.
  • the amplitudes, frequencies and phases of these interference signals can, in many cases, be determined on the loads (10) or current sources (20) themselves, as was explained in connection with FIG.
  • Control units of the loads (10) and current sources (20) can be designed such that they transmit current signals to the device.
  • the device includes a sensor (50) for detecting the AC voltage signal of the AC voltage dropping across the battery (40).
  • the voltage signal is processed in a low-pass filter (150), whereby this can only be passed by the portions of the signal that have a frequency in the relevant frequency range.
  • the portion of the voltage signal that has passed the low-pass filter is transmitted to a means (160) for Fourier transformation, to which the information about the
  • the amplitude, the frequency and the phase position of the current strength of the alternating current signal caused by the loads (10) or sources (20) are transmitted.
  • the means (160) for carrying out the Fourier transformation are thus provided with all information for the intended transformation of the signals.
  • the means (160) for the Fourier transformation determines the impedance and carries out a Fourier transformation of the impedance or determines the transformed impedance from the transformed current and voltage signals.
  • the means for the Fourier transformation preferably carries out a fast Fourier transformation.
  • a signal which contains information about the Fourier transform of the impedance is transmitted to an evaluation unit (170) which determines the frequency f + at which the imaginary part of the impedance disappears.
  • the two frequency values are preferably chosen such that the imaginary part of the impedance for one frequency is very little less than zero and the imaginary part for the other frequency is very little larger than zero, and the two associated values of the imaginary part of the impedance are connected in a straight line. The zero point of this straight line then corresponds to the passage frequency f ⁇ .
  • the crossover frequency, as well as the current intensity of the direct current flowing through the battery (40) and the operating temperature are made available to the computing unit (120).
  • the device has sensors (60, 70) which determine the current intensity of the direct current flowing through the battery (40) and the operating temperature of the battery (40). believe it.
  • the computing unit (120) again determines the state of charge of the battery (40) as shown in the context of FIG. 5.
  • the embodiment of the device according to the invention shown in the block diagram in FIG. 9 is preferably used if the battery (40) is not integrated in a power supply system or if the loads and power sources in the power supply system do not supply signals with sufficient amplitudes in the relevant frequency range.
  • the battery (40) is connected to a controllable current source (30) which is controlled by the evaluation unit (170).
  • the frequency of the current supplied by the current source is changed by the evaluation unit (170) until the frequency is found at which the imaginary part of the impedance of the battery (40) disappears.
  • the frequency and phase of the alternating current supplied by the source (30) are checked by the evaluation unit (110) and the information about frequency, phase and amplitude of the voltage and the current intensity are sent to the means (160) for carrying out the Fourier transformation transmitted, or partially determined by this.
  • the device in Figure 9 has the same components as the device in Figure 8 and operates in the same manner.
  • configurations of the device according to the invention can also be provided, which contain means for detecting and determining further parameters of the battery which can be determined from the impedance spectrum.
  • the determination of the state of charge of the battery using the method according to the invention can be further improved by determining the state of charge using other methods, and the accuracy and reliability of the state of charge determination can be further improved.
  • the amplitudes of the alternating voltage dropping across the battery and the current strength of the direct currents flowing through the battery are recorded for the passage frequency f ⁇ .
  • the parameter R + can be calculated from the ratio of these amplitudes and used for an additional determination of the state of charge. This can be done in the control unit (110) or in the evaluation unit (170).
  • the crossover frequency f ⁇ also depends to a small extent on the aging condition of the battery.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass eine Durchtrittsfrequenz (f±) für eine Impedanz der durch ein Wechselstromsignal angeregten Batterie ermittelt wird und die Durchtrittsfrequenz (f±) dem Ladezustand der Batterie zugeordnet wird, wobei die Durchtrittsfrequenz (f±) eine Frequenz des Wechselstromsignals ist, bei welcher ein Imaginärteil der Impedanz der Batterie verschwindet. Die Erfindung betrifft ferner eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie
Beschreibung:
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Ladezustandes (state of charge, SOG) einer Batterie.
Unter einer Batterie soll hier ein allgemeiner elektrochemischer Generator verstanden werden, der eine oder mehrere gal- vanische Zellen enthält, in denen elektrische Energie anhand von chemischen Reaktionen gewonnen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich insbesondere zur Bestimmung des Ladezu- Standes von wieder aufladbaren Blei-, Nickel- Cadmium- (Ni- Cd-) und Nickel- Metallhydrid- (Ni-MH-) Batterien.
Die Erfindung betrifft ferner eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Stand der Technik
Bekannte Methoden zur Bestimmung des Ladezustandes von Batterie beruhen auf der Bestimmung der Konzentration des Elektro- lyten der Batterie durch direkte Messung von Eigenschaften des Elektrolyten. So kann u.a. die Dichte, der pH-Wert oder die Leitfähigkeit des Elektrolyten gemessen werden und daraus auf seine Konzentration geschlossen werden. Diese Verfahren sind nur bei Batterietypen anwendbar, bei denen der Elektro- lyt tatsächlich an der Gesamtreaktion teilnimmt, wie z.B. bei Bleibatterien. Sie sind aufwändig, da sie den Zugang zum Inneren der Batterie erfordern. Schließlich sind sie nicht unter allen Bedingungen mit ausreichender Genauigkeit durch- führbar, da die Elektrolytkonzentration in der Batterie nicht gleichmäßig ist. Eine Übersicht häufig benutzter Methoden zur Bestimmung des Ladezustands für verschiedene Einsatzgebiete von Batterien findet sich in der Veröffentlichung von S. Piller, M. Perrin und A. Jossen: "Methods for state-of-charge determination and their applications" , Journal of Power Sour- ces 96 (2001) 113-120.
Andere Verfahren beruhen auf elektrischen Messungen, die ausschließlich eine Kontaktierung der Batteriepole erfordern. Die genaueste Möglichkeit der Bestimmung des Ladezustands ist die vollständige Entladung der Batterie. Dabei wird üblicherweise ein Gleichstrom eingeprägt und die Zeitdauer bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung gemessen. Daraus kann die Batteriekapazität berechnet werden. Anschließend muss die Batterie wieder aufgeladen werden, bevor sie wieder eingesetzt werden kann. Da Batterien nur eine begrenzte Anzahl von vollständigen Entladungen und Wiederaufladungen überstehen, wird die Lebensdauer einer Batterie durch dieses Messverfahren reduziert. Das Verfahren ist also nicht verwendbar, wenn eine fortlaufende Überwachung der Batterie gefordert ist, insbesondere wenn Betriebsunterbrechungen zu vermeiden sind.
Weitere elektrische Messverfahren bestimmen den Innenwiderstand der Batterie. Dies kann durch eine Betrachtung des Spannungsverlaufs bei gepulste Entladungen geschehen oder durch Auswertung der Batterieimpedanz, die bei einer bestimmten Frequenz gemessen wird. Die Veränderung des Innenwiderstands beruht im Wesentlichen auf der Änderung der Leitfähigkeit des Elektrolyten. Daher gelten für dieses Messverfahren die gleichen Einschränkungen wie bei der direkten Messung der Elektrolyteigenschaften. Die Methode ist bei alkalischen Batterien nicht anwendbar, da ihr Elektrolyt nicht an der Gesamtreaktion teilnimmt. Auch bei Bleibatterien gibt es Einschränkungen. Die Nebenreaktionen bei der Ladung der Batterie haben einen deutlichen Einfluss auf den Innenwiderstand der Batterie. Dadurch ist der Zusam- menhang zwischen Innenwiderstand und SOG nicht monoton. Darüber hinaus ändert der Innenwiderstand sich nur wenig, die Empfindlichkeit des Messverfahrens ist also gering.
Ein bekanntes Verfahren zur Untersuchung von elektrochemi- sehen Systemen wie wiederaufladbaren Batterien ist die Impedanzspektroskopie. Hierbei wird die komplexe Impedanz der Batterie bei vielen Frequenzen gemessen, also in einem kompletten Frequenzspektrum.
Eine typische Darstellungsweise der Messergebnisse ist die
Ortskurve, auch bekannt als Nyquist-Diagramm. Hier wird der Imaginärteil der komplexen Impedanz über den Realteil der komplexen Impedanz aufgetragen. In Fig. 1 ist die typische Ortskurve einer handelsüblichen Batterie aufgetragen. Es ist üblich die imaginäre Achse in umgekehrter Reihenfolge aufzutragen, also positive Werte von Z" unterhalb und negative Werte von Z" oberhalb der reellen Achse.
Aus dem Impedanzspektrum einer Batterie können einzelne Para- meter abgeleitet werden, die von SOC abhängen. So untersuchten F. Huet ["A review of impedance measurements for determi- nation of the state-of-charge or state-of-health of secondary batteries", Journal of Power Sources 70 (1998) 59-69] sowie S. Rodrigues, N. Munichandraiah und A.K. Shukla ["A review of state-of-charge indication of batteries by means of ac impedance measurements" , Journal of Power Sources 87 (2000) 12-20] die veröffentlichten Daten über Impedanz-Untersuchungen an Batterien und Batterieelektroden, die zur Bestimmung des SOC vorgenommen wurden. Es zeigte sich, dass mehrere Parameter des ImpedanzSpektrums zur Bestimmung des SOC bei unterschiedlichen experimentellen Bedingungen nutzbar sind, sowohl unter Last wie auch unbelastet nach einer Ruhezeit .
Frühere Messungen an alkalischen Batterien [Ph. Blanchard: "Electrochemical impedance spectroscopy of small Ni-Cd sealed batteries: application to state-of-charge determinations" , Journal of Applied Electrochemistry 22 (1992) 1121-1128] und an Lithium-Ionen Batterien [S. Rodrigues, N. Munichandraiah and A.K. Shukla: "AC impedance and state-of-charge analysis of a sealed lithium-ion rechargeable battery", Journal of Solid State Electrochemistry 3 (1999) 397-405] , bei denen das Verhalten der Zelle bei hohen Frequenzen untersucht wurde, erbrachten keine brauchbaren Ergebnisse, da der Elektrolyt nicht an der Gesamtreaktion der Batterie teilnimmt. Stattdessen wurde ein deutlicher Einfluss des SOC auf den niederfrequenten Bereich der Ortskurve festgestellt . So ändern sich der Betrag der Impedanz, der Phasenwinkel sowie der Wert des in Reihe geschalteten und des parallel geschalteten Kondensators im elektrischen Ersatzschaltbild der Zelle. Messungen bei niedrigen Frequenzen dauern jedoch sehr lange und sind daher für die andauernde Überwachung von Zellen während der Nutzung weniger geeignet.
Für verschlossene Bleibatterien wurde der Innenwiderstand der Batterie als nützlicher Parameter zur Vorhersage des Ladezustands mittels Impedanzspektroskopie identifiziert [R.T. Barton and P.J. Mitchell: "Estimation of the residual capac- ity of maintenance-free lead-acid batteries - Identification of a parameter for the prediction of state-of-charge", Journal of Power Sources 27 (1989) 287-295] . Allerdings war es dafür erforderlich, die Batterie vor der Messung einige Zeit ruhen zu lassen.
Da Messungen bei hohen Frequenzen wesentlich schneller ein Ergebnis liefern, wird dieser Frequenzbereich bevorzugt. Der einzige Parameter des Impedanzspektrums, der bei hohen Frequenzen ermittelt werden kann, allgemein bekannt ist und ausgewertet wird, ist der Innenwiderstand der Batterie.
Die deutschen Patentanmeldung DE 102 05 120 AI beschreibt ei- ne Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Innenwiderstand einer Batterie. Die Batterie wird von vorhandenen hochfrequenten Stromschwankungen angeregt, und die daraus resultierende Spannungsantwort gemessen. Der Innenwiderstand der Batterie wird über eine Leistungsbetrachtung bestimmt.
Die deutsche Patentschrift DE 197 25 204 CI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des SOC einer Lithium-Batterie in einer Fernsteuer-Anwendung. Das Verfahren beruht auf der gleichzeitigen Messung des Zellen-Innenwider- Stands und der Spannung an den Anschlüssen der Batterie.
Aus der Ortskurve der Impedanz kann sehr einfach der Innenwiderstand des Prüflings entnommen werden. Der Innenwiderstand entspricht dem Betrag der Impedanz am Schnittpunkt der Ortskurve mit der reellen Achse. Dieser Zusammenhang wird beispielsweise auch als Indikator für die elektrische Effizienz von Brennstoffzellen eingesetzt, wie in der internationalen Patentanmeldung WO 02/27342 A2 beschrieben wird. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiter zu entwickeln, dass eine schnelle und zuverlässige Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie ermöglicht wird und somit die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist, und mithin ebenfalls die genannten Vorteile eines weiterentwickelten Verfahrens aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
Efindungsgemäß wird diese Aufgabe zudem durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch 14 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Durchtrittsfrequenz für eine Impedanz der durch ein Wechselstromsignal angeregten Batterie ermittelt wird, und die Durchtrittsfrequenz dem Ladezustand der Batterie zugeordnet wird. Dabei ist die Durchtrittsfrequenz die Frequenz, bei der in einem Impedanzdiagramm die Ortskurve der komplexen Impedanz der Batterie die reelle Achse schneidet, und wird nachfolgend mit f± bezeichnet, da dort der Imaginärteil der Impedanz sein Vorzeichen ändert . Das die Batterie anregende Wechselstromsignal wird dabei durch eine mit der Batterie verbundene Wechselstromquelle erzeugt .
Das Verfahren wird vorzugsweise dafür genutzt, den Ladezustand von in Betrieb befindlichen Batterien zu bestimmen.
Die Wechselstromquelle ist daher vorzugsweise eine in dem von der Batterie versorgten Stromnetz befindliche Last oder eine in dem Stromnetz befindliche Wechselstromquelle, die nicht notwendig regelbar ist .
Das von der Batterie versorgte Stromnetz enthält oft Lasten, welche Störsignale an das Stromnetz abgeben. Diese im Strom- netz vorhandenen Störsignale überlagern den von der Batterie gelieferten Gleichstrom mit einer WechselStromkomponente .
Es ist besonders bevorzugt, in dem Stromnetz vorhandene mit einer gewissen Frequenz geschaltete Widerstände als Wechsel- Stromquellen zu nutzen.
Zudem sind in dem die Batterie beinhaltenden Stromnetz unter Umständen zusätzliche Wechselstromquellen vorhanden, welche die Batterie anregen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit als rein passives Verfahren in dem Sinne durchgeführt werden, dass keine zusätzliche, speziell und ausschließlich zur Durchführung des Verfahrens notwendige Stromquelle zur Anregung der Batterie benötigt wird.
Es ist jedoch ebenfalls vorgesehen die Batterie zur Durchführung des Verfahrens mit einer regelbaren Wechselstromquelle zu verbinden, falls die in dem von der Batterie versorgten Stromnetz vorhandenen Wechselstromsignale in einem die Durchtrittsfrequenz beinhaltenden Frequenzbereich keine ausreichend hohen Amplituden aufweisen.
Zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz der Batterie werden eine über der Batterie abfallende Spannung und eine Stromstärke eines durch die Batterie fließenden Wechselstroms gemessen.
Die erfindungsgemäß ermittelte Durchtrittsfrequenz ist die Frequenz, bei der in einem Impedanzdiagramm die Ortskurve der komplexen Impedanz der Batterie die reelle Achse schneidet.
Die Erfindung macht so Gebrauch von der überraschenden Entdeckung, dass eine eindeutige Relation zwischen der Durchtrittsfrequenz und dem Ladezustand der Batterie besteht.
Die Durchtrittsfrequenz entspricht damit der Durchtrittsfre- quenz eines aus der Batterie und einer Wechselstromquelle bestehenden Stromkreises.
Dabei sollen jedoch nur die Eigenschaften der Batterie und nicht in der Wechselstromquelle vorhandene Innenwiderstände, innere Kapazitäten oder Induktivitäten die Resonanzbedingungen bestimmen. Obwohl eine möglichst exakte Bestimmung der Durchtrittsfrequenz besonders zweckmäßig ist, können selbstverständlich auch andere Frequenzen mit vergleichbaren Eigenschaften zur Durchführung der Erfindung eingesetzt werden. Die erfindungsgemäß eingesetzte Durchtrittsfrequenz bezeichnet daher nicht nur den ermittelten exakten Schnitt zwischen der Ortskurve der komplexen Impedanz der Batterie und der reellen Achse, sondern auch andere Frequenzen mit vergleich- baren Eigenschaften, insbesondere die Resonanzfrequenz.
Dem Verfahren liegt eine eindeutige Relation zwischen der Durchtrittsfrequenz und dem Ladezustand der Batterie zugrun- de .
Es wird anhand der Figur 3 dargelegt werden, dass diese Relation zwischen dem Ladezustand einer Batterie und der Durchtrittsfrequenz besteht und in einem sehr weit gefassten Be- reich von Betriebsbedingungen einer Batterie gültig ist.
Die Durchtrittsfrequenz kann auf zweierlei Weisen charakterisiert werden:
Sie entspricht zum einen der Frequenz, bei der die über der Batterie abfallende WechselSpannung und die Stromstärke des durch die Batterie fließenden Wechselstroms in Phase sind. Zum anderen verschwindet für einen durch die Batterie fließenden Wechselstrom mit Frequenz f+ der Imaginärteil der kom- plexwertigen Impedanz.
Zur Bestimmung von f+ werden die Messungen der über der Batterie abfallenden WechselSpannung und der Stromstärke des durch die Batterie fließenden Wechselstromes für verschiedene Wechselstromfrequenzen durchgeführt.
Vorzugsweise wird dafür ein Frequenzbereich vorgegeben, der typischerweise auftretende Durchtrittsfrequenzen enthält . Dieser Frequenzbereich kann dann mit vorgegebenen Frequenzab- ständen oder kontinuierlich abgescannt werden.
Es ist in einer vorteilhaften Durchführungsform vorgesehen, eine Phasendifferenz zwischen der Phase der WechselSpannung und der Phase der Stromstärke des Wechselstroms zu bestimmen.
Die Phasendifferenz wird für jeden gescannten Frequenzwert ermittelt, um die Frequenz zu bestimmen, bei der diese Pha- sendifferenz verschwindet.
Diese Frequenz ist die Durchtrittsfrequenz und wird anhand der Relation zwischen Durchtrittsfrequenz und Ladezustand einem Ladezustand zugeordnet.
Der auf diese Weise ermittelte Ladezustand kann dann einem Benutzer der Batterie angezeigt oder an ein System übertragen werden, das die Betriebszustände der Batterie überwacht.
In einer ebenfalls sehr bevorzugten Durchführungsform des
Verfahrens wird die komplexwertige Impedanz der Batterie in Abhängigkeit der Wechselstromfrequenz ermittelt.
Es ist zweckmäßig hierfür eine Fourier-Transformation des SpannungsSignals und des Stromstärkesignals vorzunehmen oder die Impedanz direkt zu berechnen und anschließend zu transformieren.
Vorzugsweise wird dabei eine schnelle Fourier-Transformation durchgeführt .
Aus den Resultaten der Impedanzberechnung wird dann die Frequenz ermittelt, bei welcher der Imaginärteil der Impedanz verschwindet .
Dies ist die Durchtrittsfrequenz f± der anhand des zwischen ihr und dem Ladezustand der Batterie bestehenden Zusammen- hangs der aktuelle Ladezustand zugeordnet werden kann.
Die Relation zwischen Durchtrittsfrequenz und Ladezustand wird zusätzlich durch die Betriebstemperatur der Batterie und den durch die Batterie fließenden Gleichstrom beeinflusst .
In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher die Betriebstemperatur und die Stromstärke des durch die Batterie fließenden Gleichstroms erfasst und in der Relation zwischen Durchtrittsfrequenz und Ladezustand berücksichtigt.
Zudem wird die Relation zwischen Durchtrittsfrequenz und Ladezustand in einem geringem aber einer Messung zugänglichen Maße vom Alterungszustand der Batterie beeinflusst .
Die Genauigkeit mit welcher der Ladezustand bestimmt wird kann also dadurch weiter erhöht werden, dass der Alterungszustand der Batterie in der Relation zwischen Durchtrittsfre- quenz und Ladezustand berücksichtigt wird.
Es ist somit ebenfalls möglich, den Alterungszustand der Batterie aus der Durchtrittsfrequenz zu bestimmen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Hinsichtlich dieser Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14 gelöst, die ein Mittel zur
Bestimmung einer Durchtrittsfrequenz der durch ein Wechsel- Stromsignal angeregten Batterie und ein Mittel zur Zuordnung der Durchtrittsfrequenz zu dem Ladezustand der Batterie enthält.
Das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz erfasst und verarbeitet die über der Batterie abfallende WechselSpannung und die Stromstärke des durch die Batterie fließenden Wechselstroms .
Vorzugsweise enthält das Mittel zur Bestimmung der Durch- trittsfrequenz weitere Mittel zur Ermittlung der Phasen und
Amplituden der Spannungs- und Stromsignale und zur Bestimmung der Impedanz der Batterie.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbil- düngen der Erfindung und insbesondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen. Beschreibung der Zeichnungen
Von den Zeichnungen zeigt:
Figur 1: Typische Ortskurve der Impedanz einer handelsübli- chen Batterie in einem mittleren Ladezustand.
Figur 2 : Änderungen des Imaginärteils der Impedanz in Abhängigkeit der Frequenz.
Figur 3: Die Korrelation zwischen der Durchtrittsfrequenz und des Ladezustandes für einen 70Ah-Bleiakku- mulator während des Entladens bei einer Temperatur von -18°C. Figur 4: Eine Veranschaulichung der Impedanzparameter als Ortskurve in der komplexen Ebene.
Figur 5 : Ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie mit Phasen-Kompa- rator ohne regelbare Wechselstromquelle in einer Ausführungsform.
Figur 6: Ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie mit Phasen-Kompa- rator ohne regelbare Wechselstromquelle in einer anderen Ausführungsform.
Figur 7: Ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie mit Phasen-Kompa- rator und regelbarer Wechselstromquelle.
Figur 8 : Ein Blockdiagramm einer auf der Bestimmung der Impedanz basierenden Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie ohne regelbare Stromquelle.
Figur 9 : Ein Blockdiagramm einer auf der Bestimmung der Impedanz basierenden Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie mit regelbarer Stromquelle .
Figur 1 zeigt ein typisches Impedanzdiagramm einer kommerziellen Batterie, das für Frequenzen zwischen 6000 und 10"3 Hz als Ortskurve in der komplexen Ebene dargestellt ist. In dieser Darstellung wird der negative Imaginärteil der Impedanz für die betrachteten Frequenzen gegen den Realteil der Impedanz aufgetragen. Der Imaginärteil der Impedanz ist dabei wie üblich mit Z" und der Realteil mit Z' bezeichnet.
Messwerte sind in dieser, wie auch in den folgenden Figuren durch Punkte dargestellt; die dargestellte Linie ist die Regressionskurve an dieser Messwerte.
Dem Diagramm kann ein signifikant induktives Verhalten der Batterie für Frequenzen oberhalb von 100 Hz entnommen werden. Dieses entspricht dem Bereich mit -Z"<0.
Es ist bekannt, dass dieses Verhalten von der Geometrie der in der Batterie enthaltenen galvanischen Zellen und der Porosität der Elektrodenplatten bestimmt wird.
Der Realteil des Schnittpunktes der dargestellten Kurve mit der Z ' -Achse wird mit R± bezeichnet. Er entspricht dem inneren ohmschen Widerstand der Batterie und setzt sich aus den ohmschen Widerständen des Elektrolyts, der Elektroden und der Anschlüsse der Batterie zusammen.
Wie eingangs bereits erwähnt, lässt der Wert des Parameters R± Rückschlüsse auf den Ladezustand eines Bleiakkumulators zu, da ein während des Entladens erfolgendes Absinken der Schwefelsäurekonzentration im Elektrolyt den ohmschen Innenwiderstand verändert .
Das kapazitive Verhalten der Batterie bei kleineren Frequenzen (Bereich mit -Z">0) wird im Wesentlichen von den ver- schiedenen an den elektrochemischen Reaktionen beteiligten
Prozessen bestimmt .
Inwieweit eine Untersuchung der Impedanzparameter in den einzelnen Bereichen einer Bestimmung des Ladezustandes dienen kann und welche Nachteile mit einer Ladezustandsbestimmung anhand dieser Parameter verbunden sind, wurde eingangs dargelegt .
Im Rahmen der Forschungsarbeiten, die zu der Entwicklung der vorliegenden Erfindung führten, wurde die Durchtrittsfrequenz f+ von Batterien betrachtet. Diese entspricht der Frequenz bei welcher der Imaginärteil Z" der Impedanz verschwindet und stellt damit die zu dem Impedanzwert R± gehörende Frequenz dar.
Die Abhängigkeit des Imaginärteils der Impedanz von der Frequenz einer über der Batterie abfallende Wechselspannung ist in der Figur 2 grafisch veranschaulicht.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die Durchtrittsfrequenz f± auf einfache Weise durch eine Interpolation der in der Figur 2 gezeigten Messkurve am Punkt mit -Z"=0 bestimmt werden kann.
Die Durchtrittsfrequenz f+ ist, wie sich auch anhand der weiteren Beschreibung ergibt, ein einfach zugänglicher Parameter der Batterie.
Sie ist ferner dadurch ausgezeichnet, dass sie den Übergang vom induktiven zum kapazitiven Verhalten markiert.
Es wurde in den durchgeführten Versuchen festgestellt, dass f± als Funktion des Ladezustandes der Batterie monoton vari- iert.
In Figur 3 ist die Abhängigkeit der Frequenz f+ vom Ladezustand eines Bleiakkumulators dargestellt. Der Ladezustand der Batterie wird dabei mit SOC bezeichnet und in % angegeben. Die Prozentwerte beziehen sich dabei auf das Verhältnis der in der Batterie vorhanden Ladungsmenge zur Nennkapazität der Batterie. Dieses Verhältnis wird üblicherweise als Ladezu- stand der Batterie bezeichnet.
Die Nennkapazität des betrachteten Blei-Akkumulators betrug 70 Ah und die in der Figur 3 dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf einen Entladevorgang, der bei -18°C durchgeführt wurde .
Während der Ladezustand des Akkumulators von 100% auf 0% sinkt, variiert die Durchtrittsfrequenz f+ um etwa 600 Hz.
Für einen vollständigen Entladevorgang bei Raumtemperatur wurde eine Veränderung der Durchtrittsfrequenz von 3000 Hz gemessen.
Die Variationen von f+ in Abhängigkeit des Ladezustandes sind damit so groß, dass eine genaue Bestimmung der Ladekapazität vorgenommen werden kann.
Der Parameter f± kann somit als verlässliches und präzises Werkzeug für die Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie dienen.
Die Korrelation zwischen f+ und dem Ladezustand einer Batterie wurde für eine Vielzahl von Batterietypen unter verschiedenen Betriebsbedingungen untersucht . Dabei konnten die Er- gebnisse, die hier für den speziellen Fall des Entladens eins Blei-Akkumulators beispielhaft veranschaulicht sind, qualitativ bestätigt werden. Es wurden beispielsweise eingehende Untersuchungen an Ni-Cd- Batterien, Ni-MH- Batterien und an geschlossenen Blei- Gel- Batterien vorgenommen.
Dabei wurden Messungen kurz nach einem zwischenzeitlichen Ent- und Aufladen, während des Ent- und Aufladens und bei Temperaturen zwischen -18 und 50°C durchgeführt.
Alle Messungen erbrachten eine reproduzierbare Relation zwi- sehen Durchtrittsfrequenz und Ladezustand der Batterie. Es wurde lediglich ein geringfügiger Hysterese-Effekt bei der Durchtrittsfrequenz festgestellt .
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass bei der Durchtrittsfrequenz das induktive Verhalten der Batterie in ein kapazitives Verhalten übergeht und somit an der Durchtrittsfrequenz alle Eigenschaften und Prozesse der Batterie Einfluss auf die Impedanzparameter haben.
Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich zur
Ladungsbestimmung bei allen Batterien genutzt werden, die ein ausreichend ausgeprägtes induktives Verhalten zeigen.
Dies beinhaltet insbesondere, dass die Ortskurve der Impedanz der Batterien in der komplexen Ebene einen Ast im Bereich negativer Werte von -Z" aufweist.
Typischerweise sind dies Batterien mit einer Nennkapazität von mindestens 1 Ah.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit prinzipiell auch für Primärzellen durchgeführt werden. Figur 4 zeigt eine graphische Darstellung der mit der Impedanz verknüpften Parameter in der komplexen Ebene .
Die Impedanz kann für jede Frequenz f entweder in Polarkoor- dinaten durch den Modul |_Z(f) | und den Phasenwinkel φ(f) oder in kartesischen Koordinaten durch den Realteil Z' (f) und den negativen Imaginärteil -Z" (f) dargestellt werden.
Die Durchtrittsfrequenz f± eines Reihenschwingkreises ist da- durch charakterisiert, dass der Strom durch die Batterie und die Spannung an der Batterie in Phase sind. Es gilt also φ(f±)=0.
Aus der Figur 4 ist ersichtlich, dass es äquivalent ist, die Durchtrittsfrequenz durch die Bedingung Z"(f+)=0 zu beschreiben.
Beide angegebenen Gleichungen zeigen jeweils eine Methode zur Bestimmung von f± auf.
Im Rahmen der Erfindung wird von beiden Methoden Gebrauch gemacht .
Figur 5 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestim- mung des Ladezustandes einer Batterie (40) .
Die Vorrichtung ist mit einer Batterie (40) verbunden, die von Störsignalen angeregt wird, die in dem von der Batterie (40) versorgten Stromnetz vorhanden sind. Diese Stδrsignale sind Wechselstromsignale, welche von vorhandenen Lasten (10) oder Stromquellen (20) verursacht werden. Die Vorrichtung beinhaltet einen Sensor (50) zum Erfassen des Wechselspannungssignals der über der Batterie (40) abfallenden WechselSpannung.
Sie beinhaltet ebenfalls einen Sensor (60) zum Erfassen der Stromstärke des durch die Batterie (40) fließenden Wechselstroms .
Die Störsignale beinhalten im allgemeinen Signale verschiede- ner Frequenzen.
Das Spannungs- und das Stromsignal werden jeweils in einem Bandpassfilter (80,90) bearbeitet, das nur von einem harmonischen Anteil der Signale passiert werden kann, der eine Fre- quenz aufweist, die innerhalb eines sehr schmalen Frequenzbandes liegt.
Die mittlere Frequenz des Frequenzbandes kann vorzugsweise eingestellt und verändert werden, so dass der relevante Fre- quenzbereich abgescannt werden kann.
Die Vorrichtung verfügt ebenfalls über einen Phasenkomparator (100) , der die Phasen der Anteile der Spannungs- und Stromsignale, welche die Bandpassfilter (80,90) passiert haben, ermittelt und die Phasendifferenz φ(f) zwischen den Signalanteilen für die an den Bandpassfiltern (80,90) eingestellte Frequenz f bestimmt .
Der Wert dieser Phasendifferenz wird an eine Kontrolleinheit (110) übermittelt, welche die mittlere Durchlassfrequenz der
Bandpassfilter (80,90) in Abhängigkeit des Wertes der Phasendifferenz steuert. Dabei wird die Durchlassfrequenz der Bandpassfilter (80,90) "vorzugsweise solange nachjustiert, bis sie mit der Frequenz -E± übereinstimmt, bei welcher die im Phasenkomparator (100) ermittelte Phasendifferenz φ (f±) verschwindet.
Die Frequenz f±, welche der Durchtrittsfrequenz entspricht, •wird an eine Recheneinheit (120) übermittelt.
Die Vorrichtung verfügt ebenfalls über einen Sensor (70) , der cäie Betriebstemperatur der Batterie (40) erfasst und an die Recheneinheit (120) sendet.
Der Sensor (60) zur Erfassung der Stromstärke des durch die Batterie (40) fließenden Wechselstromes enthält ebenfalls ein Mittel zur Erfassung der Stromstärke des durch die Batterie (40) fließenden Gleichstroms, deren Wert an die Recheneinheit (120) übergeben wird.
In der Recheneinheit (120) sind die Zuordnungen zwischen den Durchtrittsfrequenzen und dem Ladezustand der Batterie (40) ffür verschiedene Batterietypen, für verschiedene Betriebstemperaturen und in Abhängigkeit weiterer Betriebsbedingungen der Batterie (40) in Form von Funktionen oder Tabellen gespeichert .
Die weiteren Betriebsbedingungen umfassen die Stromstärke des ciureh die Batterie (40) fließenden Gleichstroms und Angaben clazu, ob die Batterie (40) entladen oder aufgeladen wird.
Die Recheneinheit (120) ist dabei vorzugsweise in der Lage, a.u.s der Stromstärke zu ermitteln, ob die Batterie (40) entladen oder aufgeladen wird. Die Funktionen und Tabellen zur Zuordnung werden in gesonderten Messungen ermittelt und in Form von Rechen- oder Zuord- nungsvorschriften in die Recheneinheit (120) implementiert.
Die Messungen zur Ermittlung der ZuOrdnungsvorschriften können beispielsweise während mehrerer Betriebszyklen anhand aus dem Stande der Technik bekannter Verfahren durchgeführt werden.
Anhand dieser Vorschriften und der ihr übermittelten Informationen über die Durchtrittsfrequenz, die Temperatur und die weiteren Betriebsparameter der Batterie (40) bestimmt die Recheneinheit (120) den Ladezustand der Batterie (40) .
Der Ladezustand wird vorzugsweise von der Recheneinheit (120) ausgegeben und kann an eine Anzeigevorrichtung (130) und/oder an ein System zur Überwachung der Batterieparameter (140) übermittelt werden.
Die in der Figur 5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, falls die in dem Stromnetz vorhandenen Lasten (10) und Stromquellen (20) Wechselstromsignale mit ausreichenden Amplituden im relevanten Frequenzbereich liefern.
In typischen Stromnetzen in welche die Vorrichtung integriert werden kann, werden Widerstände dem Stromnetz mit einer bekannten Frequenz zugeschaltet und von diesem getrennt.
Die Schaltung dieser Widerstände erfolgt oftmals durch ein
Steuergerät, das die Schaltfrequenz regelt und gegebenenfalls darüber hinaus die Stromstärke misst. Daher ist es in einer Abwandlung der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 5 auch möglich, das durch die vorhandenen Steuergeräte aufgezeichnete Stromstärkesignal direkt zu nutzen und es an den Phasenkomparator (100) zu übermitteln.
Diese Ausgestaltung ist in Figur 6 dargestellt.
Das Stromsignal enthält typischerweise eine Überlagerung von harmonischen Wechselstromsignalen verschiedener Frequenz, so dass es durch ein regelbares Bandpassfilter (90) gefiltert werden muss, dass wiederum durch die Kontrolleinheit (110) gesteuert wird.
Figur 7 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestim- mung des Ladezustandes einer Batterie (40) mit Phasen-
Komparator (100) und regelbarer Wechselstromquelle (30) .
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorteilhaft zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie (40) verwendet werden, die nicht durch Störsignale angeregt wird.
Der Einsatz einer Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist vorgesehen, falls die in dem Stromnetz vorhandenen Lasten und Stromquellen keine Signale mit ausreichenden Amplituden im relevanten Frequenzbereich liefern.
Die in Figur 7 dargestellte Ausgestaltung unterscheidet sich von der in der Figur 5 dargestellten Ausführungsform zunächst dadurch, dass sie kein Bandpassfilter (90) für das von dem
Sensor (60) erfasste Stromstärkesignal aufweist. Das von dem Sensor (50) erfasste Signal der WechselSpannung wird jedoch, wie im Zusammenhang mit der Figur 5 erläutert, über das Bandpassfilter (80) an den Phasenkomparator (100) übermittelt .
Die Batterie ist in dieser Ausführungsform mit einer zusätzlichen regelbaren Stromquelle (30) verbunden, die einen die Batterie (40) anregenden Wechselstrom bekannter Frequenz und Phase generiert .
Die Frequenz und die Phase des durch die Batterie (40) fließenden Wechselstroms können daher direkt von der Stromquelle (30) an den Phasenkomparator (100) gesendet werden.
Eine zusätzliche Erfassung ist nicht erforderlich. Sie kann jedoch vorgesehen sein.
Das Spannungssignal der über der Batterie abfallenden Wechselspannung wird wiederum von einem entsprechenden Sensor (50) erfasst und in dem Bandpassfilter (80) bearbeitet.
Die durch den Phasenkomparator (100) ermittelte Phasendiffe- -trenz zwischen dem Strom- und dem Spannungssignal wird wiederum an die Kontrolleinheit (110) übermittelt.
Diese steuert die Frequenz des von der regelbaren Stromquelle (30) gelieferten Wechselstroms und die mittlere Durchlassfrequenz des Bandpassfilters (80) in Abhängigkeit des Wertes der Phasendifferen .
Dabei wird die Durchlassfrequenz des Bandpassfilters (80) vorzugsweise solange nachjustiert, bis sie mit der Frequenz f+ übereinstimmt, bei welcher die ermittelte Phasendifferenz φ (f+) verschwindet .
Das Bandpassfilter (80) wird dabei insbesondere so gesteuert, dass die mittlere Durchlassfrequenz mit der Frequenz übereinstimmt, die an der Stromquelle (30) eingestellt ist.
Wenn die Durchtrittsfrequenz anhand der verschwindenden Phasendifferenz ermittelt wurde, bestimmt die Recheneinheit (120) aus der ihr übergebenen Frequenz f± den Ladezustand der Batterie (40) so wie im Zusammenhang der Figur 5 dargestellt.
Wie erläutert ist es ebenfalls möglich, die Durchtrittsfrequenz aus der Frequenzabhängigkeit des Imaginärteils der Im- pedanz zu bestimmen.
Eine Vorrichtung ohne regelbare Stromquelle, der diese ebenfalls bevorzugte Methode zugrunde liegt, ist in Figur 8 in Form eines Blockdiagramms dargestellt.
Die Vorrichtung ist mit einer Batterie (40) verbunden, welche von Störsignalen angeregt wird, die in dem von der Batterie (40) versorgten Stromnetz vorhanden sind. Diese Störsignale sind Wechselstromsignale, welche von vorhandenen Lasten (10) oder Stromquellen (20) verursacht werden.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also vorzugsweise zur Ladezustandsbestimmung eingesetzt, falls die in dem Stromnetz vorhandenen Lasten (10) und Strom- quellen (20) Wechselstromsignale mit ausreichenden Amplituden im relevanten Frequenzbereich liefern. Die Amplituden, Frequenzen und Phasen dieser Störsignale können, dabei in vielen Fällen an den Lasten (10) oder Stromquellen (20) selber ermittelt werden, wie im Zusammenhang der Figur- 6 erläutert wurde.
So können Kontrolleinheiten der Lasten (10) und Stromquellen (20) so ausgelegt sein, dass sie Stromsignale an die Vorrichtung übermitteln.
Die Vorrichtung beinhaltet einen Sensor (50) zum Erfassen des Wechselspannungssignals der über der Batterie (40) abfallenden WechselSpannung.
Das Spannungssignal wird in einem Tiefpassfilter (150) bear- bei et, wobei dieses nur von den Anteilen des Signals passiert werden kann, die eine Frequenz im relevanten Frequenzbereich aufweisen.
Der- Anteil des SpannungsSignals der das Tiefpassfilter passiert hat, wird an ein Mittel (160) zur Fourier-Trans- formation übermittelt, dem auch die Informationen über die
Amplitude, die Frequenz und die Phasenlage der Stromstärke des von den Lasten (10) oder Quellen (20) verursachten Wechselstromsignals übermittelt werden.
Dem Mittel (160) zur Durchführung der Fourier-Transformation stehen damit alle Information für die bestimmungsgemäße Transformation der Signale zu Verfügung.
Das Mittel (160) zur Fourier-Transformation bestimmt die Im- pedanz und führt eine Fourier-Transformation der Impedanz durch oder ermittelt die Transformierte der Impedanz aus den transformierten Strom- und SpannungsSignalen. Vorzugsweise führt das Mittel zur Fourier-Transformation eine schnelle Fourier-Transformation durch .
Nach der Durchführung der Transformation wird ein Signal , das Informationen über die Fourier-Transf ormierte der Impedanz enthält , an eine Auswerteeinheit ( 170 ) übermittelt , welche die Frequenz f+ bestimmt , bei welcher der Imaginärteil der Impedanz verschwindet .
Die Frequenz f± mit -Z" ( f+) =0 ist die Durchtrittsfrequenz der Batterie (40 ) .
Falls der Imaginärteil der Impedanz bei keiner der in dem Spannungs signal vorhandenen Frequenzen verschwindet , kann vorgesehen sein, f+ mit Hilfe von zwei Frequenzwerten zu interpolieren .
Die beiden Frequenzwerte werden vorzugsweise so gewählt , dass der Imaginärteil der Impedanz für die eine Frequenz sehr we- nig kleiner als Null und der Imaginärteil für die andere Frequenz sehr wenig größer als Null ist und die beiden zugehörigen Werte des Imaginärteils des Impedanz werden Gerade verbunden . Die Nullstelle dieser Geraden entspricht dann der Durchtrittsfrequenz f± .
Die Durchtrittsfrequenz , sowie die Stromstärke des durch die Batterie (40 ) fließenden Gleichstroms und die Betriebstemperatur werden der Recheneinheit ( 120 ) zur Verfügung gestellt .
Die Vorrichtung verfügt hierfür über Sensoren ( 60 , 70 ) , welche die Stromstärke des durch die Batterie (40 ) fließenden Gleichstroms und die Betriebstemperatur der Batterie (40 ) er- fassen.
Die Recheneinheit (120) bestimmt den Ladezustand der Batterie (40) nun wiederum so, wie im Zusammenhang der Figur 5 darge- stellt.
Die in der Figur 9 im Blockdiagramm gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorzugsweise eingesetzt, falls die Batterie (40) nicht in ein Stromnetz integ- riert ist oder falls die im dem Stromnetz vorhandenen Lasten und Stromquellen keine Signale mit ausreichenden Amplituden im relevanten Frequenzbereich liefern.
Sie unterscheidet sich von der in Figur 8 dargestellten Aus- führungsform dadurch, dass die Batterie (40) mit einer regelbaren Stromquelle (30) verbunden ist, die von der Auswerteeinheit (170) gesteuert wird.
Die Frequenz des von der Stromquelle gelieferten Stromes wird von der Auswerteeinheit (170) solange verändert, bis die Frequenz gefunden ist, bei welcher der Imaginärteil der Impedanz der Batterie (40) verschwindet.
Dabei werden Frequenz und Phase des von der Quelle (30) ge- lieferten Wechselstroms von der Auswerteeinheit (110) kontrolliert und die Informationen über Frequenz, Phase und Amplitude der Spannung und der Stromstärke werden an das Mittel (160) zur Durchführung der Fourier-Transformation übermittelt, bzw. teilweise von diesem ermittelt.
Von diesen Unterschieden abgesehen, verfügt die Vorrichtung in Figur 9 über die gleichen Komponenten wie die Vorrichtung in Figur 8 und arbeitet in der gleichen Weise. Zusätzlich zu den bisher dargestellten Ausführungsformen können ebenfalls Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, die Mittel zur Erfassung und Bestimmung von weiteren aus dem Impedanzspektrum ermittelbaren Parame- tern der Batterie beinhalten.
Damit kann die Bestimmung des Ladezustandes der Batterie anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens durch die Bestimmung des Ladezustandes anhand weiterer Methoden ergänzt die Genau- igkeit und Verlässlichkeit der LadeZustandbestimmung weiter verbessert werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, das im Bereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Amplituden der über der Batterie abfallenden WechselSpannung und der Stromstärke des durch die Batterie fließenden Gleichströme für die Durchtrittsfrequenz f± erfasst werden.
Aus dem Verhältnis dieser Amplituden kann der Parameter R+ berechnet werden und für eine zusätzliche Bestimmung des Ladezustandes verwendet werden. Dies kann in der Kontrolleinheit (110) oder in der Auswerteeinheit (170) vorgenommen werden .
Darüber hinaus erlaubt der Wert von R+ Rückschlüsse auf verschiedene in der Batterie ablaufende Alterungsprozesse.
Die Durchtrittsfrequenz f± hängt ebenfalls in geringem Maße vom Alterungszustand der Batterie ab.
Um eine besonders präzise Bestimmung des Ladezustandes der Batterie vornehmen zu können, kann es daher vorgesehen sein, den Alterungszustand der Batterie in der Zuordnung zwischen der Durchtrittsfrequenz und dem Ladezustand zu berücksichti- gen .
Ebenso ist es möglich den Alterungszustand der Batterie zu ermitteln.
Bezugszeichenliste
Z' Realteil der komplexwertigen Impedanz
Z" Imaginärteil der komplexwertigen Impedanz f± Durchtrittsfrequenz der Batterie
R± Realteil des Wertes der Impedanz für den der Imaginärteil Null ist. f Frequenz des durch die Batterie fließenden Wechselstroms
SOC Ladezustand der Batterie
Z Impedanz φ Argument der Impedanz
10 Last
20 Stromquelle
30 Regelbare Stromquelle
40 Batterie
50 Sensor zur Erfassung der über der Batterie abfallenden Spannung
60 Sensor zur Erfassung der Stromstärke des durch die Batterie fließenden Stroms
70 Sensor zur Erfassung der Betriebstemperatur der Batterie
80 Bandpassfilter
90 Bandpassfilter
100 Phasenkomparator
110 Kontrolleinheit
120 Recheneinheit
130 Anzeigevorrichtung
140 System zur Batterieüberwachung 150 Tiefpassfilter
160 Mittel zur Fourier-Transformation 170 Auswerteeinheit

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustandes einer Batterie, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass eine Durchtrittsfrequenz (f+) für eine Impedanz (Z) der durch ein Wechselstromsignal angeregten Batterie (40) ermittelt wird und die Durchtrittsfrequenz (f+) dem Ladezustand (SOC) der Batterie (40) zugeordnet wird, wobei die Durchtrittsfrequenz (f+) eine Frequenz (f) des Wechselstromsignals ist, bei welcher ein Imaginärteil (Z") der Impedanz (Z) der Batterie (40) verschwindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Batterie (40) durch Störsignale, die von Lasten (10) in einem die Batterie (40) enthaltenden Stromnetz verursacht werden und/oder durch eine in dem Stromnetz enthaltene Wechselstromquelle (20) angeregt wird.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2 , d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass eine über die Batterie (40) abfallende Wechselspannung gemessen wird
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche , d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass eine Stromstärke eines durch die Batterie (40) fließenden Wechselstroms gemessen wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass eine Phasendifferenz zwischen einer Phase einer WechselSpannung und einer Phase einer Stromstärke eines Wechselstroms ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur c h gekenn z e i chne t, dass die Frequenz (f±) des Wechselstroms ermittelt wird, bei der die Phasendifferenz zwischen der Phase der Wechselspannung und der Phase der Stromstärke des Wechselstroms verschwindet .
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne t, dass die komplexwertige Impedanz (Z) der Batterie (40) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch gekenn z e i c hne t, dass die Frequenz (f±) des Wechselstroms ermittelt wird, bei welcher ein Imaginärteil (Z") der komplexwertigen Impedanz (Z) verschwindet.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadu r ch gekenn z e i chne t, dass eine Frequenz (f) des die Batterie (40) anregenden Wechselstroms variiert wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur ch gekenn z e i chne , dass eine Betriebstemperatur der Batterie (40) bei der Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f+) zu dem Ladezustand (SOC) berücksichtigt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadur c h gekennz e i chne t, dass eine Stromstärke eines durch die Batterie (40) fließenden Gleichstroms bei der Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f+) zu dem Ladezustand (SOC) berücksichtigt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche , dadu r ch gekennz e i chne t, dass ein Alterungszustand der Batterie (40) bei der Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f±) zu dem Ladezustand SOC berücksichtigt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennz e i chne t, dass ein AIterungszustand der Batterie (40) bestimmt wird.
14. Vorrichtung zur Bestimmung des Ladezustandes einer Batterie, dadu r ch gekennz e i chne t, dass sie ein Mittel zur Bestimmung einer Durchtrittsfrequenz (f+) für eine Impedanz (Z) der durch ein Wechselstromsignal angeregten Batterie (40) und eine Recheneinheit (120) zur Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f+) zu dem Ladezustand (SOC) der Batterie (40) aufweist, wobei die Durchtrittsfrequenz (f±) eine Frequenz (f) des Wechselstromsignals ist, bei welcher ein Imaginärteil (Z") der Impedanz (Z) der Batterie (40) verschwindet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie über eine regelbare Wechselstromquelle (30) verfügt.
16. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 14 und 15, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f+) einen Sensor (50) zur Erfassung eines Wechselspannungssignals einer über der Batterie (40) abfallenden WechselSpannung enthält.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f±) einen Sensor (50) zur Erfassung einer Stromstärke eines durch die Batterie (40) fließenden Wechselstroms enthält.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e , dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f+) mindestens ein regelbares Frequenzfilter (80, 90, 150) zur Filterung der erfassten Strom- und Spannungssignale enthält .
19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f±) einen Phasenkomparator (100) enthält, der eine Phasendifferenz zwischen den gefilterten Strom- und Spannungssignalen ermittelt.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f±) eine Kontrolleinheit (110) enthält, die den Wert der Phasendifferenz überprüft und eine Durchlassfrequenz der Frequenzfilter (80, 90) und/oder eine Frequenz der Wechselstromquelle (30) verändert, bis die Phasendifferenz Null ist.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 20, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f+) ein Mittel (160) zu einer Fourier-Transformation der erfassten Stromstärke- und Spannungssignale aufweist.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 21, d a du r c h g e ke nn z e i c hn e t, dass das Mittel zur Bestimmung der Durchtrittsfrequenz (f±) eine Auswerteeinheit (170) zur Auswertung der transformierten Signale und zur Ermittlung einer Frequenz aufweist, bei der ein Imaginärteil (Z") einer Impedanz (Z) der Batterie (40) verschwindet.
23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 22, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass sie einen Sensor (70) zur Erfassung einer Betriebstemperatur der Batterie (40) aufweist.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 23, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass sie einen Sensor (60) zur Erfassung der Stromstärke eines durch die Batterie (40) fließenden Gleichstroms aufweist .
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 24, da du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass die Recheneinheit (120) Rechenvorschriften zur Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f+ ) zu dem Ladezustand (SOC) einer Batterie (40) für mehrere Betriebstemperaturen der Batterie (40) enthält.
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 25, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass die Recheneinheit (120) Rechenvorschriften zur Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f±) zu dem Ladezustand (SOC) einer Batterie (40) für mehrere Stromstärken des durch die Batterie (40) fließenden Gleichstroms enthält.
27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 26, d a du r c h g ek enn z e i c hn e t, dass die Recheneinheit (120) Rechenvorschriften zur Zuordnung der Durchtrittsfrequenz (f+) zu dem Ladezustand (SOC) einer Batterie für mehrere Alterungszustände der Batterie (40) enthält.
28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 27, d a du r c h g e k enn z e i c hn e t, dass sie eine Anzeigevorrichtung (130) zur Anzeige des Ladezustandes (SOC) der Batterie aufweist.
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