WO2010118912A1 - Erweiterte batteriediagnose bei traktionsbatterien - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for determining properties of a battery, in particular a traction battery, according to the preambles of claims 1 and 10.
  • battery and battery system are used in the present description, the usual parlance used for accumulator or Akkumulatorsystem.
  • FIG. 1 The basic functional structure of a battery system according to the prior art is shown in FIG.
  • individual battery cells 1a are connected in series in a battery and sometimes additionally in parallel.
  • a so-called safety & fuse unit 11 Between the battery cells 1 a and the poles of the battery system is a so-called safety & fuse unit 11, which eg takes on and off the battery 1 to external systems and the protection of the battery system against excessive currents and voltages and provides security functions such as that unipolar disconnection of the battery cells 1a from the battery system poles upon opening of the battery system housing.
  • Another functional unit is the battery management 12, which, in addition to the battery condition detection 12a, also carries out the communication with other systems as well as the thermal management of the battery 1.
  • the 2 has the task of determining the current state of the battery 1 and of predicting the future behavior of the battery 1, for example a service life prediction and / or a range prediction.
  • the prediction of future behavior is also called prediction.
  • the basic structure of a model-based battery state detection is shown in FIG.
  • the illustrated model-based battery state detection and prediction is based, for example, on an evaluation of the electrical quantities of battery current and voltage as well as the temperature of the battery.
  • the battery state detection can be done for individual cells 1 a of a battery 1. This then takes place on the basis of the corresponding cell voltage, the cell current and the cell temperature.
  • the battery condition detection can also be carried out for the entire battery 1. This is then - depending on the requirements of the accuracy - either by evaluating the states of the individual cells 1a of the battery 1 and based thereon aggregation for the entire battery 1 or directly through
  • FIG. 4 shows the functional principle of an arrangement for the so-called resistive balancing of battery cells.
  • the task of cell balancing is, at one
  • Battery cells 1a are discharged via the connection of an ohmic resistor Rss a- n arranged parallel to the cell, by connecting the resistor R b a i n via the transistor T nai n parallel to the cell n. By discharging those cells 1 a, which have a higher state of charge or a higher voltage than the cell (s) 1 a with the lowest state of charge or lowest
  • Voltage can be brought about a symmetrization of the charge states or voltages across all cells 1 a of the battery 1.
  • resistive cell balancing is state of the art.
  • cell balancing can work almost lossless, for example, the so-called inductive cell balancing, in which a transhipment of energy stored in individual cells 1a, for example via an inductance.
  • the model-based battery state detection and prediction presented above is based on an evaluation of the electrical quantities battery current and voltage as well as the temperature of the battery. It is common to all prior art methods that the current, voltage and temperature profiles of the battery occurring during normal operation of the battery are used for determining the battery condition and for predicting the future behavior. In vehicles, the battery condition detection works automatically.
  • Vehicle operating procedures can be used for the diagnosis of the characteristics of the battery, but a diagnosis not in normal operation or main operation, but e.g. when the vehicle is parked.
  • a diagnosis not in normal operation or main operation but e.g. when the vehicle is parked.
  • the diagnosis of the characteristics of the battery larger current changes and / or
  • the method according to the invention and the device according to the invention particularly preferably include the fact that the consumer is supplied by the battery in the main mode and is switched on, that is not switched off, and is not in standby mode, in particular that the determination of the characteristics of a vehicle as a consumer the battery is only started when the vehicle is parked.
  • the method according to the invention comprises, alternatively or additionally, that the determination of the properties of the battery is only started when an operator of the consumer initiates the determination of the properties of the battery.
  • the corresponding preferred development of the device according to the invention for this purpose comprises an operator interface, which is connected to the first control module, via which an operator can initiate the determination of the properties of the battery and which passes a corresponding control signal to the first control module.
  • the method according to the invention further comprises, alternatively or additionally, that the determination of the properties of the battery is only started if a behavioral prediction via the user of the consumer indicates that the consumer does not have a probability above a specific limit within a predetermined following period of time is placed in the main operation.
  • the corresponding preferred development of the device according to the invention for this purpose comprises a probability module which is connected to the first control module, which performs a behavioral prediction about the operator of the consumer to the effect that the consumer with a probability lying above a certain threshold in a predetermined subsequent period of time in the Main operation is set, and which passes a corresponding control signal to the first control module.
  • the diagnosis of the battery is therefore preferred by the
  • This concept is based on the fact that the driver can specifically start the diagnosis of the battery via the human-machine interface of the vehicle if he intends to drive the vehicle for a defined minimum duration - e.g. at least two hours - turn off. Assuming that the vehicle only after the
  • Restart minimum shutdown can be carried out over the current state of the art extended diagnosis of the battery, in the essential parameters for the battery state detection and prediction can be reliably determined with high accuracy. This represents a significant improvement compared to previous systems.
  • the method according to the invention comprises, for determining the capacity of the battery, the following steps: transferring at least one cell of the battery into a first defined charging state, discharging or charging the at least one cell of the battery from the first defined charging state to a second defined state of charge, wherein during discharge or charging, a charge taken or supplied to the at least one cell is determined, and determining the capacity of the battery system based on the particular charge taken or supplied from the at least one cell.
  • the corresponding preferred development of the device according to the invention comprises a second control module for transferring at least one cell of the battery into a first defined charge state and for discharging or charging the at least one cell of the battery from the first defined charge state to a second defined charge state
  • Charge measurement module to one of the at least one cell removed or to determine supplied charge
  • a capacity determination module for determining the capacity of the battery system based on the determined removed or supplied charge the at least one cell.
  • the method according to the invention and the device according to the invention particularly preferably comprise the charge taken or conducted during the discharging or charging of the at least one cell on the basis of the discharge current or charging current and / or during the discharging or charging at the at least one cell voltage applied and / or the rest voltage change of the at least one cell is determined.
  • the method according to the invention and the device according to the invention particularly preferably comprise that the first defined state is a fully charged state and the second defined state is a completely discharged state, or the first defined state is any state of the state Cell having at least 20% higher or lower charge than the second defined state.
  • the method according to the invention and the device according to the invention comprise alternatively or additionally particularly preferably that the capacity is determined taking into account parameters of the discharging process or charging, in particular taking into account the discharge current or charging current and / or the ambient temperature during the Discharge and / or that the specific capacity of the battery system is converted to a standard discharge. In the correspondingly preferred development of the device according to the invention, this is done by the capacity determination module.
  • the method according to the invention and the device according to the invention further, alternatively or additionally, particularly preferably, that the capacity of the battery system is determined on the basis of the determined removed or supplied charge of all cells, this being done over several operations of starting the Determining the characteristics of the battery can be done, or that the capacity of the battery system is determined based on the determined removed or supplied charge of a number of cells, which is lower than all cells of the battery system, preferably of these cells based on at least one previously performed battery state detection known is that they have a maximum and / or a minimum and / or an average capacity. In the corresponding preferred development of the device according to the invention, this is done by the second control module.
  • the inventive method and the device according to the invention further alternatively or additionally particularly preferred that transferring at least one cell of the battery in a first defined state of charge and discharging or charging the at least one cell by means of a circuit for a Cell balancing, in particular by means of an inductive method occurs.
  • the circuit for cell balancing is activated by the second control module.
  • the charge-measuring module is preferably integrated in the circuit for the cell balancing.
  • a method for determining the capacity of battery cells is preferably described, which can be used in battery systems with the use of inductive cell balancing without additional electronic circuitry.
  • This method has the advantage compared with the current state of the art that the same operating sequence can always be brought about to determine the capacitance and thus a particularly robust and accurate determination becomes possible.
  • the new method has the advantage that it is used in operating phases in which the battery is not integrated into the supply of a consumer, so in this regard does not give or receive power at their terminals, i. e.g. when the vehicle is turned off. This is not possible with the currently known methods for determining the capacity.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first preferred embodiment of a device according to the invention for determining the characteristics of a battery
  • FIG. 2 shows a functional structure of a battery system according to the prior art
  • FIG. 3 is a block diagram of a model-based one
  • FIG. 4 shows a block diagram of an arrangement for a resistive cell balancing of the battery cells according to the prior art
  • Figure 5 is a schematic diagram of an inductive balancing of the battery cells according to the prior art.
  • Figure 6 is a diagram of the rest voltage of a battery cell via the
  • the basic idea of the present invention is to carry out the diagnosis of certain battery properties during longer shutdown phases.
  • the driver can be requested, for example via the human-machine interface (MMI) of the vehicle, to trigger such a battery diagnosis, if he will comply with a defined summonabstelldauer sure.
  • MMI human-machine interface
  • this is complied with, compared to the current state of the art significantly extended or more accurate diagnosis of certain battery properties can be performed without the Functionality of the battery system is adhered to after the minimum shutdown subsequently.
  • longer test procedures for determining the current capacity of the battery or individual battery cells can be carried out.
  • Limitation of the functionality of the battery system e.g. This may be manifested in the immediately subsequent journey in an electric vehicle by a reduced range.
  • a first control module 6 is provided according to the invention, which the
  • the control module 6 is, as shown in FIG. 1, connected to a polling module 5 which indicates to the first control module 6 in which operating state the consumer, in this case the vehicle, is located, ie, whether it is in a main mode, ie driving, works, including a short-term stopping, or whether it is turned off. Further, the first control module 6 is connected to an operator interface 7, e.g. integrated into the aforementioned human-machine interface, via which the operator of the consumer, here the driver of the vehicle, the determination of the characteristics of the battery can start.
  • a polling module 5 which indicates to the first control module 6 in which operating state the consumer, in this case the vehicle, is located, ie, whether it is in a main mode, ie driving, works, including a short-term stopping, or whether it is turned off.
  • the first control module 6 is connected to an operator interface 7, e.g. integrated into the aforementioned human-machine interface, via which the operator of the consumer, here the driver of the vehicle, the determination of the characteristics
  • the first control module 6 is connected to a probability module 8, which preferably allows the determination of the properties of the battery only if one of them
  • Behavioral prediction about the user of the consumer indicates that the consumer is not placed in the main mode with a probability above a certain threshold in a predetermined subsequent period of time. This can be done on vehicles e.g. then be if they are parked in a garage at night.
  • FIG. 5 shows the basic principle for so-called inductive cell balancing.
  • Inductive cell balancing is used when the circuit concept for the alignment of the cell voltages or the state of charge of the cells transported on an inductive intermediate storage of the case electrical energy is based.
  • Caching can - depending on the circuit concept - be carried out in chokes or transformers.
  • inductive cell balancing energy is taken from one or more cells in a first step and temporarily stored in the inductive storage.
  • the cached energy is stored back into one or more battery cells.
  • Examples include:
  • the charge which was taken from the cell (s) in the first step can be calculated over the voltage-time surface with known inductance of the storage medium used for energy storage as follows:
  • the maximum current at the end of the first step is denoted by l Lm a x .
  • the feeding back of the cached energy into the cell (s) can be calculated in the second step:
  • the charge transport which takes place when carrying out the cell balancing between the battery cells, can be determined.
  • the circuit for carrying out the inductive cell balancing is preferably used to determine the capacity of the battery cells.
  • Determination of the capacity takes place in phases in which the battery does not deliver or pick up power at its terminals.
  • the cell 1 a To determine the capacity of a battery cell 1 a, the cell 1 a, starting from the state of charge, it has when parking the vehicle, first fully loaded. For this purpose, this cell 1a is supplied with the aid of the inductive cell balancing circuit 4, which is taken from other battery cells 1 a. Due to the high efficiency that the circuit 4 has for inductive cell balancing with suitable dimensioning, only a small part of the transported energy is converted into heat.
  • the cell 1 a is then discharged to a defined state of charge (for example, to 0% state of charge).
  • the charge taken can be determined by the method described.
  • the extracted energy is stored in other cells 1 a.
  • the cell 1 a is then reloaded and it is a cell balancing for
  • the determined capacity thus refers to the parameters of the unloading process
  • discharge current e.g., discharge current, temperature
  • the capacity of the battery cell determined by the method according to the invention can be converted to a so-called standard discharge (for example at room temperature, discharge current 1C (discharge current corresponds to the nominal capacity value of the cell, for a cell with 4Ah capacity is the 1 C current 4A)).
  • discharge current 1C discharge current corresponds to the nominal capacity value of the cell, for a cell with 4Ah capacity is the 1 C current 4A
  • the cell 1 a is not brought into the fully charged state and then fully discharged, but it is only a certain voltage range of the cell (based on the so-called open circuit voltage OCV of the cell
  • FIG. 1 A diagram indicating the open circuit voltage of a cell via its state of charge is shown in FIG.
  • an open circuit voltage change or quiescent voltage change of ⁇ 0.2 V between about 3.85 V and 4.05 V in the ideal case corresponds to a discharged or supplied charge of 12 Ah, which in turn corresponds to a charge change of 20% for a 60 Ah cell.
  • the capacity of all individual cells 1 a may not be determined completely during a shutdown phase in a battery 1 with a large number of series-connected battery cells 1 a, but must extend over several shutdown phases. However, this is not a limitation for the method described. Often it is also quite sufficient to reduce the capacity of a few cells 1 a, e.g. the values of those cells in which, based on the performance of the battery state detection in normal operation, it is possible to assume that they have the largest or the smallest or an average capacity, are subjected to the described method in order to determine their capacity with high accuracy.
  • the reduction of the capacity of the battery cells 1a over the lifetime is one of the essential aging parameters of the battery cells 1a.
  • the capacity of the battery cells 1 a can only be determined in operating phases in which the state of charge of the cells changes appreciably during the "normal operation" (or main operation) (for example by at least
  • a second control module 9 which controls the circuit 4 for cell balancing, which includes the charge measurement module 4 a, as well as a capacitance determination module 10, which is connected to the charge measurement module 4 a, suitably.
  • the second control module 9 is connected to the first Control module 6 connected so that it can initiate the respective start of a battery diagnosis.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften einer Batterie (1), insbesondere einer Traktionsbatterie, insbesondere von einem Batteriezustand wie einer Kapazität und/oder einem Ladezustand und/oder einer verbleibenden Lebensdauer der Batterie (1), vorzugsweise mit einem Beobachter (2) und einem Batteriemodell für eine modellbasierte Zustandserkennung (3). Erfindungsgemäß sind ein Abfragemodul (5) zum Abfragen eines Betriebszustandes eines von der Batterie (1) versorgten Verbrauchers, und ein erstes Steuermodul (6) zum Starten der Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1) nur dann, wenn der Betriebszustand des versorgten Verbrauchers anzeigt, dass dieser nicht in einem Hauptbetrieb arbeitet, vorgesehen.

Description

Beschreibung
Titel
Erweiterte Batteriediaqnose bei Traktionsbatterien
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 10.
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen (z.B. bei Windkraftanlagen) als auch in Fahrzeugen (z.B. in Hybrid- und Elektrofahr- zeugen) vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Die Begriffe Batterie und Batteriesystem werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatorsystem verwendet.
Der prinzipielle funktionale Aufbau eines Batteriesystems gemäß dem Stand der Technik ist in Figur 2 dargestellt. Um die geforderten Leistungs- und Energiedaten mit dem Batteriesystem zu erzielen, werden in einer Batterie einzelne Batteriezellen 1a in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet. Zwischen den Batteriezellen 1 a und den Polen des Batteriesystems befindet sich eine sogenannte Safety&Fuse-Einheit 11 , welche z.B. das Zu- und Abschalten der Batterie 1 an externe Systeme und die Absicherung des Batteriesystems gegen unzulässig hohe Ströme und Spannungen übernimmt sowie Sicherheitsfunktionen bereitstellt wie z.B. das einpolige Abtrennen der Batteriezellen 1a von den Batteriesystempolen bei Öffnen des Batteriesystemgehäuses. Eine weitere Funktionseinheit bildet das Batteriemanagement 12, welches neben der Batteriezustandserkennung 12a auch die Kommunikation mit anderen Systemen sowie das Thermomanagement der Batterie 1 durchführt. Die in Figur 2 dargestellte Funktionseinheit Batteriezustandserkennung 12a hat die Aufgabe, den aktuellen Zustand der Batterie 1 zu bestimmen sowie das künftige Verhalten der Batterie 1 vorherzusagen, z.B. eine Lebensdauervorhersage und/oder eine Reichweitenvorhersage. Die Vorhersage des künftigen Verhaltens wird auch als Prädiktion bezeichnet. Der prinzipielle Aufbau einer modellbasierten Batteriezustandserkennung ist in Figur 3 dargestellt. Die dargestellte modellbasierte Batteriezustandserkennung und -prädiktion basiert z.B. auf einer Auswertung der elektrischen Größen Batteriestrom und -Spannung sowie der Temperatur der Batterie. Die Batteriezustandserkennung kann für einzelne Zellen 1 a einer Batterie 1 erfolgen. Dies erfolgt dann auf Basis der entsprechenden Zellspannung, des Zellstroms sowie der Zelltemperatur. Weiter kann die Batteriezustandserkennung auch für die gesamte Batterie 1 erfolgen. Dies erfolgt dann - je nach Anspruch an die Genauigkeit - entweder durch Auswertung der Zustände der einzelnen Zellen 1a der Batterie 1 und einer darauf basierenden Aggregation für die gesamte Batterie 1 oder direkt durch
Auswertung der gesamten Batteriespannung, des Batteriestroms und der Batterietemperatur. Eine der wesentlichen Informationen, welche den Alterungszustand der Batteriezellen 1 a beschreiben, ist die Verringerung der Kapazität der Zellen 1a über die Lebensdauer. Allen heutigen Verfahren zur Ermittlung der Kapazität der Zellen 1 a ist gemein, dass die im normalen Betrieb der Batterie 1 auftretenden Strom-, Spannungs- und Temperaturverläufe für die Ermittlung der Kapazität herangezogen werden. Zur Ermittlung der Kapazität müssen dazu im Normalbetrieb der Zellen Änderungen des Ladezustands von mindestens 20% auftreten um eine zufriedenstellend Genauigkeit zu erzielen. Darüber hinaus ist die Ladung, die den Batteriezellen 1a insgesamt entnommen werden kann, sehr stark von der Höhe des Entladestroms abhängig. Daher ist eine genaue Bestimmung der Kapazität der Batteriezellen 1 a, welche sich auf Normentladungsbedingungen bei Raumtemperatur und einem Entladestrom von z.B. 1 C (Entladestrom in A entspricht Nennkapazität der Batterie in Ah) beziehen, während des Normalbetriebs der Batterie 1 sehr schwierig, da hier beliebige Stromverläufe mit unterschiedliche hohen Entladeströmen und zwischendurch auftretenden Ladephasen auftreten können.
In Figur 4 ist das Funktionsprinzip einer Anordnung für das sogenannte resistive Balancing von Batteriezellen dargestellt. Aufgabe des Zellbalancings ist, bei einer
Serienschaltung von mehreren Einzelzellen 1 a dafür zu sorgen, dass die Zellen 1 a alle nahezu den gleichen Ladezustand bzw. nahezu die gleiche Zellspannung aufweisen. Aufgrund der prinzipiell vorhandenen Unsymmetrien der Batteriezellen 1a, z.B. geringfügig unterschiedliche Kapazität, geringfügig unterschiedliche Selbstentladung, wäre dies ohne zusätzliche Maßnahmen bei Betrieb der Batterie 1 nicht gegeben. Beim resistiven Zellbalancing können die
Batteriezellen 1a über Zuschaltung eines parallel zu der Zelle angeordneten ohmschen Widerstands Rßai_n entladen werden, indem der Widerstand Rßai_n über den Transistor Tßai n parallel zur Zelle n zugeschaltet wird. Durch Entladung jener Zellen 1 a, die einen höheren Ladezustand bzw. eine höhere Spannung aufweisen als die Zelle(n) 1a mit geringstem Ladezustand bzw. geringster
Spannung kann eine Symmetrierung der Ladezustände bzw. Spannungen über alle Zellen 1 a der Batterie 1 herbeigeführt werden. Die Ansteuerung des Transistors TBaLn erfolgt über eine zugeordnete Steuer- und Auswerteeinheit Sw, die die Zellenspannung über einen Filter Fn und einen Analog-Digital-Wandler A/Dn abgreift. Bei Lithium-Ionen-Batterien, die aus einer Serienschaltung mehrerer Einzelzellen bestehen, ist der Einsatz von resistivem Zellbalancing Stand der Technik. Es gibt weiter auch andere Verfahren für das Zellbalancing, welche nahezu verlustfrei arbeiten können, z.B. das sogenannte induktive Zellbalancing, bei dem ein Umladen von in einzelnen Zellen 1a gespeicherter Energie z.B. über eine Induktivität erfolgt. Eine Prinzipdarstellung des induktiven
Zellbalancings ist in Figur 5 gegeben.
Die zuvor dargestellte modellbasierte Batteriezustandserkennung und -prädiktion basiert auf einer Auswertung der elektrischen Größen Batteriestrom und -Spannung sowie der Temperatur der Batterie. Allen Verfahren gemäß Stand der Technik ist dabei gemein, dass die im normalen Betrieb der Batterie auftretenden Strom-, Spannungs- und Temperaturverläufe der Batterie für die Ermittlung des Batteriezustands sowie für die Prädiktion des künftigen Verhaltens herangezogen werden. In Fahrzeugen arbeitet die Batteriezustandserkennung automatisch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Konzept für die Durchführung der Batteriezustandserkennung (Diagnose der Batterie) vorzustellen, mit dem die Batteriezustandserkennung und -prädiktion gegenüber dem heutigen Stand der Technik robuster und genauer realisiert werden kann. - A -
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass nicht nur die im Normalbetrieb im
Fahrzeug auftretenden Betriebsabläufe für die Diagnose der Eigenschaften der Batterie herangezogen werden bzw. herangezogen werden können, sondern eine Diagnose nicht im Normalbetrieb oder Hauptbetrieb, sondern z.B. bei abgestelltem Fahrzeug erfolgt. Damit können erfindungsgemäß zur Diagnose der Eigenschaften der Batterie größere Stromänderungen und/oder
Ladezustandsänderungen durchgeführt werden, um den Diagnose durchzuführen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Besonders bevorzugt umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung, dass der Verbraucher in dem Hauptbetrieb von der Batterie versorgt wird und angeschaltet ist, also nicht ausgeschaltet ist und sich nicht im Standby-Betrieb befindet, insbesondere dass bei einem Fahrzeug als Verbraucher die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie nur dann gestartet wird, wenn das Fahrzeug abgestellt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst alternativ oder zusätzlich bevorzugt, dass die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie nur dann gestartet wird, wenn ein Bediener des Verbrauchers die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie initiiert. Die korrespondierende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst hierfür eine Bedienerschnittstelle, die mit dem ersten Steuermodul verbunden ist, über die ein Bediener die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie initiieren kann und die ein entsprechendes Steuersignal an das erste Steuermodul leitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiter alternativ oder zusätzlich bevorzugt, dass die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie nur dann gestartet wird, wenn eine Verhaltensvorhersage über den Bediener des Verbrauchers anzeigt, dass der Verbraucher mit einer über einem bestimmten Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit in einer vorbestimmten folgenden Zeitspanne nicht in den Hauptbetrieb versetzt wird. Die korrespondierende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst hierfür ein Wahrscheinlichkeitsmodul, das mit dem ersten Steuermodul verbunden ist, das eine Verhaltensvorhersage über den Bediener des Verbrauchers dahingehend durchführt, ob der Verbraucher mit einer über einem bestimmten Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit in einer vorbestimmten folgenden Zeitspanne nicht in den Hauptbetrieb versetzt wird, und das ein entsprechendes Steuersignal an das erste Steuermodul leitet.
Erfindungsgemäß wird die Diagnose der Batterie also bevorzugt durch den
Fahrer ausgelöst bei abgestelltem Fahrzeug durchgeführt. Dieses Konzept basiert darauf, dass der Fahrer die Diagnose der Batterie gezielt über das Mensch-Maschine-Interface des Fahrzeugs starten kann, wenn er beabsichtigt, das Fahrzeug für eine definierte Mindestdauer - z.B. mindestens zwei Stunden - abzustellen. Unter Annahme, dass das Fahrzeug erst nach der
Mindestabstelldauer wieder gestartet wird, kann eine gegenüber dem heutigen Stand der Technik erweiterte Diagnose der Batterie durchgeführt werden, bei der wesentliche Parameter für die Batteriezustandserkennung und -prädiktion zuverlässig mit hoher Genauigkeit ermittelt werden können. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung im Vergleich zu bisherigen Systemen dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst noch weiter alternativ oder zusätzlich bevorzugt, dass zur Ermittelung der Kapazität der Batterie die folgenden Schritte ausgeführt werden: Überführen wenigstens einer Zelle der Batterie in einen ersten definierten Ladezustand, Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle der Batterie von dem ersten definierten Ladezustand bis zu einem zweiten definierten Ladezustand, wobei während des Entladens oder Ladens eine der wenigstens einen Zelle entnommene oder zugeführte Ladung bestimmt wird, und Ermitteln der Kapazität des Batteriesystems anhand der bestimmten entnommenen oder zugeführten Ladung der wenigstens einen Zelle. Die korrespondierende bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst hierfür ein zweites Steuermodul zum Überführen wenigstens einer Zelle der Batterie in einen ersten definierten Ladezustand und zum Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle der Batterie von dem ersten definierten Ladezustand bis zu einem zweiten definierten Ladezustand, ein
Ladungsmessungsmodul, um eine der wenigstens einen Zelle entnommene oder zugeführte Ladung zu bestimmen, und ein Kapazitätsbestimmungsmodul zum Ermitteln der Kapazität des Batteriesystems anhand der bestimmten entnommenen oder zugeführten Ladung der wenigstens einen Zelle.
In diesem Fall umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bevorzugt, dass die der während des Entladens oder Ladens der wenigstens einen Zelle entnommene oder zu geführte Ladung anhand des Entladestroms oder Ladestroms und/oder einer während des Entladens oder Ladens an der wenigstens einen Zelle anliegenden Spannung und/oder der Ruhespannungsänderung der wenigstens einen Zelle bestimmt wird.
Bei der obigen Ermittlung der Kapazität der Batterie umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bevorzugt, dass der erste definierte Zustand ein voll geladener Zustand ist und der zweite definierte Zustand ein vollständig entladener Zustand ist, oder dass der erste definierte Zustand ein beliebiger Zustand der Zelle ist, der eine um wenigstens 20% höhere oder niedrigere Ladung als der zweite definierte Zustand aufweist.
Bei der obigen Ermittlung der Kapazität der Batterie umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung alternativ oder zusätzlich besonders bevorzugt, dass die Kapazität unter Berücksichtigung von Parametern des Entladevorgangs oder Ladevorgangs bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Entladestroms oder Ladestroms und/oder der Umgebungstemperatur während der Entladung und/oder dass die bestimmte Kapazität des Batteriesystems auf eine Normentladung umgerechnet wird. In der korrespondierenden bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dies durch das Kapazitätsbestimmungsmodul.
Bei der obigen Ermittlung der Kapazität der Batterie umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter alternativ oder zusätzlich besonders bevorzugt, dass die Kapazität des Batteriesystems anhand der ermittelten entnommenen oder zugeführten Ladung aller Zellen ermittelt wird, wobei dies über mehrere Vorgänge des Startens der Ermittlung der Eigenschaften der Batterie erfolgen kann, oder dass die Kapazität des Batteriesystems anhand der ermittelten entnommenen oder zugeführten Ladung einer Anzahl von Zellen ermittelt wird, die geringer ist, als alle Zellen des Batteriesystems, wobei vorzugsweise von diesen Zellen anhand wenigstens einer zuvor durchgeführten Batteriezustandserkennung bekannt ist, dass diese eine größte und/oder eine kleinste und/oder eine durchschnittliche Kapazität aufweisen. In der korrespondierenden bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dies durch das zweite Steuermodul.
Bei der obigen Ermittlung der Kapazität der Batterie umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter alternativ oder zusätzlich besonders bevorzugt, dass das Überführen wenigstens einer Zelle der Batterie in einen ersten definierten Ladezustand und das Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle mittels einer Schaltung für ein Zellbalancing, insbesondere mittels eines induktiven Verfahrens, erfolgt. In der korrespondierenden bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt eine Ansteuerung der Schaltung für das Zellbalancing durch das zweite Steuermodul. Hier ist weiter bevorzugt das Ladungsmessungsmodul in der Schaltung für das Zellbalancing integriert.
Erfindungsgemäß wird also bevorzugt ein Verfahren zur Ermittlung der Kapazität von Batteriezellen beschrieben, das bei Batteriesystemen mit Einsatz von induktivem Zellbalancing ohne zusätzlichen elektronischen Schaltungsaufwand zum Einsatz kommen kann. Dieses Verfahren hat gegenüber dem heutigen Stand der Technik den Vorteil, dass zur Ermittlung der Kapazität immer wieder der gleiche Betriebablauf herbeigeführt werden kann und dadurch eine besonders robuste und genaue Bestimmung möglich wird. Darüber hinaus hat das neue Verfahren den Vorteil, dass es in Betriebsphasen eingesetzt wird, in denen die Batterie nicht in die Versorgung eines Verbrauchers eingebunden ist, also diesbezüglich an ihren Klemmen keine Leistung abgibt oder aufnimmt, d.h. z.B. bei abgestelltem Fahrzeug. Dies ist bei den aktuell bekannten Verfahren zur Kapazitätsbestimmung nicht möglich.
Zeichnung Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften einer Batterie,
Figur 2 einen funktionalen Aufbau eines Batteriesystems gemäß dem Stand der Technik,
Figur 3 ein Prinzipschaltbild einer modellbasierten
Batteriezustandserkennung und -prädiktion nach dem Stand der
Technik,
Figur 4 ein Prinzipschaltbild einer Anordnung für ein resistives Zellbalancing der Batteriezellen nach dem Stand der Technik,
Figur 5 ein Prinzipschaltbild eines induktiven Balancing der Batteriezellen nach dem Stand der Technik, und
Figur 6 ein Diagramm der Ruhespannung einer Batteriezelle über deren
Ladezustand.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, die Diagnose bestimmter Batterieeigenschaften während längeren Abstellphasen durchzuführen. Dazu kann der Fahrer z.B. über das Mensch-Maschine-Interface (MMI) des Fahrzeugs aufgefordert werden, eine solche Batteriediagnose dann auszulösen, wenn er eine definierte Mindestabstelldauer sicher einhalten wird. Unter der Annahme, dass diese Mindestabstelldauer eingehalten wird, kann eine gegenüber dem heutigen Stand der Technik deutlich erweiterte bzw. genauere Diagnose bestimmter Batterieeigenschaften durchgeführt werden, ohne dass die Funktionalität des Batteriesystems bei Einhaltung der Mindestabstelldauer anschließend beeinträchtigt wird. So können z.B. länger dauernde Testprozeduren zur Bestimmung der aktuellen Kapazität der Batterie bzw. einzelner Batteriezellen durchgeführt werden. Je nach Ausführung der Diagnose kann es bei Nichteinhaltung der Mindestabstelldauer ggf. kurzfristig zu einer
Einschränkung der Funktionalität des Batteriesystems kommen, z.B. kann dies sich bei der unmittelbar anschließenden Fahrt in einem Elektrofahrzeug durch eine verringerte Reichweite äußern.
Hierfür ist erfindungsgemäß ein erstes Steuermodul 6 vorgesehen, welches die
Batteriediagnose, z.B. über den Beobachter 2 mit Batteriemodell initiiert. Das Steuermodul 6 ist, wie es in Figur 1 dargestellt ist, mit einem Abfragemodul 5 verbunden, welches dem ersten Steuermodul 6 anzeigt, in welchem Betriebszustand sich der Verbraucher, hier das Fahrzeug, befindet, also z.B., ob es in einem Hauptbetrieb, d.h., fahrend, arbeitet, wozu hierzu auch ein kurzfristiges Anhalten zählt, oder ob es abgestellt ist. Weiter ist das erste Steuermodul 6 mit einer Bedienerschnittstelle 7 verbunden, die z.B. in das zuvor angesprochene Mensch-Maschine-Interface integriert ist, über die der Bediener das Verbrauchers, hier der Fahrer des Fahrzeugs, die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie starten kann. Dies erfolgt erfindungsgemäß natürlich nur, wenn zu dem betreffenden Zeitpunkt der von dem Abfragemodul 5 ermittelte Betriebszustand des Verbrauchers anzeigt, dass dieser nicht in einem Hauptbetrieb arbeitet. Weiter ist das erste Steuermodul 6 mit einem Wahrscheinlichkeitsmodul 8 verbunden, das vorzugsweise die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie nur dann zulässt, wenn eine von diesem getroffene
Verhaltensvorhersage über den Bediener des Verbrauchers anzeigt, dass der Verbraucher mit einer über einen bestimmten Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit in einer vorbestimmten folgenden Zeitspanne nicht in den Hauptbetrieb versetzt wird. Dies kann bei Fahrzeugen z.B. dann sein, wenn diese nachts in einer Garage geparkt werden.
In Figur 5 ist das Grundprinzip für das sogenannte induktive Zellbalancing dargestellt. Von induktivem Zellbalancing spricht man, wenn das Schaltungskonzept zur Angleichung der Zellspannungen bzw. des Ladezustands der Zellen auf einer induktiven Zwischenspeicherung der dabei transportierten elektrischen Energie beruht. Die Zwischenspeicherung kann - abhängig vom Schaltungskonzept - in Drosseln oder Übertragern erfolgen.
Beim induktiven Zellbalancing wird in einem ersten Schritt Energie aus einer oder mehrer Zellen entnommen und in dem induktiven Speicher zwischengespeichert.
In einem zweiten Schritt wird die zwischengespeicherte Energie in eine oder mehrere Batteriezellen zurückgespeichert. Als Beispiele seien genannt:
• Energieentnahme aus einer Zelle und Zurückspeicherung in eine oder mehrere Zellen, wobei in die Zelle, aus der Energie entnommen wurde, nicht zurückgespeichert wird;
• Energieentnahme aus einer Zelle und Zurückspeicherung in eine oder mehrere Zellen, wobei ein Teil der Energie in die Zelle, aus der Energie entnommen wurde, zurückgespeichert wird; • Energieentnahme aus mehreren Zelle und Zurückspeicherung in eine oder mehrere Zellen, wobei in die Zellen, aus denen Energie entnommen wurde, nicht zurückgespeichert wird;
• Energieentnahme aus mehreren Zellen und Zurückspeicherung in eine oder mehrere Zellen, wobei ein Teil der Energie in die Zellen, aus denen Energie entnommen wurde, zurückgespeichert wird.
Die Ladung, die im ersten Schritt aus der oder den Zellen entnommen wurde, kann über die Spannungszeitfläche bei bekannter Induktivität des zur Zwischenspeicherung der Energie eingesetzten Speichers wie folgt berechnet werden:
• Der zeitliche Verlauf des Stroms in dem induktiven Bauelement ergibt sich zu
IL = UuLdt (1)
Der Maximalstrom an Ende des ersten Schritt und sei mit lLmax bezeichnet.
• Die im ersten Schritt entnommene Ladung kann wie folgt berechnet werden:
Qent =
Figure imgf000012_0001
(2) Die Spannung UL an dem induktiven Bauelement kann dabei - unter Annahme idealer elektronischer Schalter mit Durchlasswiderstand gegen 0 sowie eines idealen induktiven Bauelements welches keinen ohmschen Innenwiderstand aufweist - einfach aus der oder den Spannungen jener Zellen, aus den die Energie entnommen wird, ermittelt werden. Über die Gleichungen (1 ) und (2) kann somit den Zellen entnommen Ladung bestimmt werden. Die nichtidealen Eigenschaften der für das Zellbalancing eingesetzten elektronischen Schalter sowie der induktiven Bauelemente bewirken bei geeigneter Dimensionierung der Bauelemente nur geringe Fehler bei der Ermittlung der Ladung, die der oder den Zellen entnommen wird.
In äquivalenter Form kann im 2. Schritt das Zurückspeisen der zwischengespeicherten Energie in die Zelle(n) berechnet werden:
• Der zeitliche Verlauf des Stroms in dem induktiven Bauelement ergibt sich zu
IL , wobei UL < 0 (3a)
Figure imgf000013_0001
Nachdem der Strom IL den Wert 0 angenommen hat, gilt:
IL = 0 (3b)
• Die im zweiten Schritt zurückgespeiste Ladung kann wie folgt berechnet werden:
Figure imgf000013_0002
Somit kann der Ladungstransport, welcher bei der Durchführung des Zellbalancing zwischen den Batteriezellen erfolgt, bestimmt werden.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt die Schaltung zur Durchführung des induktiven Zellbalancing dazu genutzt, die Kapazität der Batteriezellen zu ermitteln. Die
Bestimmung der Kapazität erfolgt dabei in Phasen, in denen die Batterie an ihren Klemmen keine Leistung abgibt oder aufnimmt.
Zur Ermittlung der Kapazität einer Batteriezelle 1 a kann die Zelle 1 a ausgehend von dem Ladezustand, den sie beim Abstellen des Fahrzeugs aufweist, zunächst voll geladen werden. Dazu wird dieser Zelle 1a mit Hilfe der Schaltung 4 für das induktive Zellbalancing Ladung zugeführt, die aus anderen Batteriezellen 1 a entnommen wird. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades, den die Schaltung 4 für das induktive Zellbalancing bei geeigneter Dimensionierung aufweist, wird dabei nur ein geringer Teil der transportierten Energie in Wärme umgewandelt.
Ausgehend von dem vollgeladenen Zustand wird die Zelle 1 a dann bis zu einem definierten Ladezustand (z.B. bis auf den Ladezustand 0%) entladen. Die dabei entnommene Ladung kann mit dem beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Die entnommene Energie wird in anderen Zellen 1 a gespeichert. Die Zelle 1 a wird anschließend wieder geladen und es wird ein Zellbalancing zur
Symmetrierung der Zellspannungen bzw. der Ladezustände durchgeführt. Auf diese Weise kann die Kapazität einer Batteriezelle 1 a sehr genau ermittelt werden. Die Höhe des Entladestroms hat Einfluss auf die Ladung, die der Batteriezelle 1 a während der Entladung insgesamt entnommen werden kann. Die ermittelte Kapazität bezieht sich somit auf die Parameter des Entladevorgangs
(z.B. Entladestrom, Temperatur). Ein großer Vorteil des hier vorgestellten Verfahrens ist, dass immer wieder die gleichen Entladeströme zur Ermittlung der Kapazität herangezogen werden können und der Normalbetrieb (Hauptbetrieb) mit seinen von dem Batteriesystem nicht beeinflussbaren Stromverläufen keinen negativen Einfluss nimmt.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Kapazität der Batteriezelle kann auf eine sogenannte Normentladung (erfolgt z.B. bei Raumtemperatur, Entladestrom 1C (Entladestrom entspricht dem Nennkapazitätswert der Zelle, bei einer Zelle mit 4Ah Kapazität beträgt der 1 C-Strom 4A)) umgerechnet werden.
In einer abgewandelten Form des bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zelle 1 a nicht in den vollgeladenen Zustand gebracht und anschließend voll entladen, sondern es wird ein nur bestimmter Spannungsbereich der Zelle (bezogen auf die sogenannte Open Circuit Voltage OCV der Zelle
(Leerlaufspannung)) bei der Entladung durchfahren und die dabei entnommene Ladung ausgewertet. Der Ladezustand der Zelle sollte sich dabei mindestens in der Größenordnung von 20% ändern, damit eine ausreichend genaue Bestimmung der Kapazität möglich wird. Ein Diagramm, das die Leerlaufspannung einer Zelle über deren Ladezustand angibt, ist in Figur 6 gezeigt. Hier kann entnommen werden, dass eine Leerlaufspannungsänderung oder Ruhespannungsänderung von ~ 0,2 V zwischen ca. 3,85 V und 4,05 V im Idealfall einer entnommenen bzw. zugeführten Ladung von 12 Ah entspricht, was wiederum bei einer 60 Ah-ZeIIe einer Ladungsänderung von 20% entspricht. Anhand der Abweichung von tatsächlicher entnommener bzw. zugeführter Ladung zu der gemäß dem Idealfall (= neue Zelle) kann z.B. auf die verbleibende
Lebensdauer geschlossen werden.
Die Kapazität aller Einzelzellen 1 a kann bei einer Batterie 1 mit sehr vielen in Reihe geschalteten Batteriezellen 1 a ggf. nicht komplett während einer Abstellphase ermittelt werden, sondern muss sich über mehrere Abstellphasen erstrecken. Dies stellt für das beschriebene Verfahren jedoch keine Einschränkung dar. Häufig ist es auch völlig ausreichend, die Kapazität einiger weniger Zellen 1 a, z.B. die Werte jener Zellen, bei denen man aufgrund der Durchführung der Batteriezustandserkennung im Normalbetrieb davon ausgehen kann, dass Sie die größte bzw. die kleinste oder eine durchschnittliche Kapazität aufweisen, dem beschriebenen Verfahren zu unterziehen, um deren Kapazität mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.
Die Verringerung der Kapazität der Batteriezellen 1 a über der Lebensdauer ist einer der wesentlichen Alterungsparameter der Batteriezellen 1a. Eine genaue
Kenntnis der aktuellen Kapazität der Zellen 1 a ist für die Batteriezustandserkennung und -prädiktion von wesentlicher Bedeutung. Bei den bisher bekannten Verfahren kann die Kapazität der Batteriezellen 1 a nur in Betriebsphasen ermittelt werden, bei denen der Ladzustand der Zellen sich während des „Normalbetriebs" (oder Hauptbetriebs) nennenswert ändert (z.B. um mindestens
30%) und während dieser Ladezustandsänderung keine extrem hohen Entladeströme auftreten. Daher kann die Ermittlung der Kapazität der Batteriezellen mit dem beschriebenen Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich robuster und genauer durchgeführt werden.
Für diese erfindungsgemäß bevorzugt durchgeführte Ermittlung der Kapazität der Batteriezellen ist ein zweites Steuermodul 9 vorgesehen, welches die Schaltung 4 für das Zellbalancing, die das Ladungsmessungsmodul 4a umfasst, sowie ein Kapazitätsbestimmungsmodul 10, das mit dem Ladungsmessungsmodul 4a verbunden ist, geeignet ansteuert. Das zweite Steuermodul 9 ist mit dem ersten Steuermodul 6 verbunden, damit dieses den jeweiligen Start einer Batteriediagnose initiieren kann.
Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird hier ausdrücklich auf die Offenbarung in den Figuren verwiesen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung von Eigenschaften einer Batterie (1 ), insbesondere einer Traktionsbatterie, insbesondere von einem Batteriezustand wie einer Kapazität und/oder einem Ladezustand und/oder einer verbleibenden Lebensdauer der Batterie (1 ), insbesondere mittels einer modellbasierten Zustandserkennung (2, 3), gekennzeichnet durch die Schritte
Abfragen eines Betriebszustandes eines von der Batterie (1 ) versorgten Verbrauchers, und. - Starten der Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann, wenn der Betriebszustand des versorgten Verbrauchers anzeigt, dass dieser nicht in einem Hauptbetrieb arbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher in dem Hauptbetrieb von der Batterie (1 ) versorgt wird und angeschaltet ist, also nicht ausgeschaltet ist und sich nicht im Standby- Betrieb befindet, insbesondere bei einem Fahrzeug als Verbraucher die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann gestartet wird, wenn das Fahrzeug (1 ) abgestellt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann gestartet wird, wenn ein Bediener des Verbrauchers die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) initiiert.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann gestartet wird, wenn eine Verhaltensvorhersage über den Bediener des Verbrauchers anzeigt, dass der Verbraucher mit einer über einem bestimmten Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit in einer vorbestimmten folgenden Zeitspanne nicht in den Hauptbetrieb versetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Ermittelung der Kapazität der Batterie (1 ) die folgenden Schritte ausgeführt werden: - Überführen wenigstens einer Zelle (1 a) der Batterie (1 ) in einen ersten definierten Ladezustand,
Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle (1 a) der Batterie (1 ) von dem ersten definierten Ladezustand bis zu einem zweiten definierten Ladezustand, wobei während des Entladens oder Ladens eine der wenigstens einen Zelle (1 a) entnommene oder zugeführte
Ladung bestimmt wird, und
Ermitteln der Kapazität der Batterie (1 ) anhand der bestimmten entnommenen oder zugeführten Ladung der wenigstens einen Zelle (1 a).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die der während des Entladens oder Ladens der wenigstens einen Zelle entnommene oder zu geführte Ladung anhand des Entladestroms oder Ladestroms und/oder einer während des Entladens oder Ladens an der wenigstens einen Zelle anliegenden Spannung und/oder der
Ruhespannungsänderung der wenigstens einen Zelle bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste definierte Zustand ein voll geladener Zustand ist und der zweite definierte Zustand ein vollständig entladener Zustand ist, oder dass der erste definierte Zustand ein beliebiger Zustand der Zelle (1 a) ist, der eine wenigstens 20% höhere Ladung oder niedrigere als der zweite definierte Zustand aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität unter Berücksichtigung von Parametern des Entladevorgangs oder Ladevorgangs bestimmt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Entladestroms oder Ladestroms und/oder der Umgebungstemperatur während der Entladung oder Ladung und/oder dass die bestimmte Kapazität der Batterie (1 ) auf eine Normentladung umgerechnet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der Batterie (1 ) anhand der ermittelten Ladung aller Zellen (1 a) ermittelt wird, wobei dies über mehrere Vorgänge des Startens der Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) erfolgen kann, oder dass die Kapazität der Batterie (1 ) anhand der ermittelten Ladung einer Anzahl von Zellen (1 a) ermittelt wird, die geringer ist, als alle Zellen (1 a) der Batterie (1 ), wobei vorzugsweise von diesen Zellen (1 a) anhand wenigstens einer zuvor durchgeführten Batteriezustandserkennung bekannt ist, dass diese eine größte und/oder eine kleinste und/oder eine durchschnittliche Kapazität aufweisen.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überführen wenigstens einer Zelle (1 a) der Batterie (1 ) in einen ersten definierten Ladezustand und das Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle (1 a) mittels einer Schaltung (4) für ein Zellbalancing, insbesondere mittels eines induktiven Verfahrens, erfolgt.
1 1. Vorrichtung zur Ermittlung von Eigenschaften einer Batterie (1 ), insbesondere einer Traktionsbatterie, insbesondere von einem Batteriezustand wie einer Kapazität und/oder einem Ladezustand und/oder einer verbleibenden Lebensdauer der Batterie (1 ), vorzugsweise mit einem
Beobachter (2) und einem Batteriemodell für eine modellbasierte Zustandserkennung (3), gekennzeichnet durch einem Abfragemodul (5) zum Abfragen eines Betriebszustandes eines von der Batterie (1 ) versorgten Verbrauchers, und - ein erstes Steuermodul (6) zum Starten der Ermittlung der
Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann, wenn der Betriebszustand des versorgten Verbrauchers anzeigt, dass dieser nicht in einem Hauptbetrieb arbeitet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher in dem Hauptbetrieb von der Batterie (1 ) versorgt wird und angeschaltet ist, also nicht ausgeschaltet ist und sich nicht im Standby- Betrieb befindet, insbesondere bei einem Fahrzeug als Verbraucher die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) nur dann gestartet wird, wenn das Fahrzeug abgestellt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, gekennzeichnet durch eine Bedienerschnittstelle (7), die mit dem ersten Steuermodul (6) verbunden ist, über die ein Bediener die Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) initiieren kann und die ein entsprechendes Steuersignal an das erste Steuermodul (6) leitet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch ein Wahrscheinlichkeitsmodul (8), das mit dem ersten Steuermodul (6) verbunden ist, das eine Verhaltensvorhersage über den Bediener des Verbrauchers dahingehend durchführt, ob der Verbraucher mit einer über einem bestimmten Grenzwert liegenden Wahrscheinlichkeit in einer vorbestimmten folgenden Zeitspanne nicht in den Hauptbetrieb versetzt wird, und das ein entsprechendes Steuersignal an das erste Steuermodul (6) leitet.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch ein zweites Steuermodul (9) zum Überführen wenigstens einer Zelle (1 a) der Batterie (1 ) in einen ersten definierten Ladezustand und zum Entladen oder Laden der wenigstens einen Zelle (1 a) der Batterie (1 ) von dem ersten definierten Ladezustand bis zu einem zweiten definierten Ladezustand, ein Ladungsmessungsmodul (4a), um eine der Zelle (1 a) entnommene oder zugeführte Ladung zu bestimmen, und ein Kapazitätsbestimmungsmodul (10) zum Ermitteln der Kapazität der Batterie (1 ) anhand der bestimmten entnommenen oder zugeführten Ladung der wenigstens einen Zelle (1 a).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsmessmodul die der während des Entladens oder Ladens der wenigstens einen Zelle entnommene oder zugeführte Ladung anhand des Entladestroms oder Ladestroms und/oder einer während des Entladens oder Ladens an der wenigstens einen Zelle anliegenden Spannung und/oder der Ruhespannungsänderung der wenigstens einen Zelle bestimmt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste definierte Zustand ein voll geladener Zustand ist und der zweite definierte Zustand ein vollständig entladener Zustand ist, oder dass der erste definierte Zustand ein beliebiger Zustand der Zelle (1 a) ist, der eine wenigstens 20% höhere Ladung oder niedrigere als der zweite definierte Zustand aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapazitätsbestimmungsmodul (10) die Kapazität unter Berücksichtigung von Parametern des Entladevorgangs oder Ladevorgangs bestimmt, insbesondere unter
Berücksichtigung des Entladestroms oder Ladestroms und/oder der
Umgebungstemperatur während der Entladung oder Ladung, und/oder die bestimmte Kapazität der Batterie (1 ) auf eine Normentladung umrechnet.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuermodul (9) alle Zellen (1 a) der Batterie (1 ) in einen ersten definierten Ladezustand bringt und bis zu einem zweiten definierten
Ladezustand entlädt oder lädt, damit die Kapazität der Batterie (1 ) anhand der ermittelten Ladung aller Zellen ermittelt wird, wobei dies über mehrere von dem ersten Steuermodul (6) gesteuerte Vorgänge des Startens der Ermittlung der Eigenschaften der Batterie (1 ) erfolgen kann, oder dass eine Anzahl von Zellen (1 a), die geringer ist, als alle Zellen (1 a) der Batterie (1 ), wobei vorzugsweise von diesen Zellen (1 a) anhand wenigstens einer zuvor durchgeführten Batteriezustandserkennung bekannt ist, dass diese eine größte und/oder eine kleinste und/oder eine durchschnittliche Kapazität aufweisen, in einen ersten definierten Ladezustand bringt und bis zu einem zweiten definierten
Ladezustand entlädt, damit die Kapazität der Batterie (1 ) anhand der geringeren Anzahl von Zellen (1 a) ermittelt wird.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuermodul (9) eine Schaltung (4) für ein Zellbalancing, insbesondere für ein induktives Zellbalancing, ansteuert, um die wenigstens eine Zelle (1 a) der Batterie (1 ) in einen ersten definierten Ladezustand zu bringen und bis zu einem zweiten definierten Ladezustand zu entladen.
21. Vorrichtung nach der Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Ladungsmessungsmodul (4a) in der Schaltung (4) für ein Zellbalancing integriert ist.
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