WO2013053724A2 - Verfahren zum bestimmen einer ladekapazität einer speicherzelle - Google Patents

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WO2013053724A2
WO2013053724A2 PCT/EP2012/069992 EP2012069992W WO2013053724A2 WO 2013053724 A2 WO2013053724 A2 WO 2013053724A2 EP 2012069992 W EP2012069992 W EP 2012069992W WO 2013053724 A2 WO2013053724 A2 WO 2013053724A2
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Marcelo Gabriel BACHER
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Continental Automotive Gmbh
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    • 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]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
    • 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]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Definitions

  • Such vehicles which are wholly or partly electrically driven, are steadily increasing in importance. This is due to people's desire for mobility, the need to reduce C02 emissions and the limited availability of oil.
  • Such vehicles have at least one electrostatic or electrochemical energy store, which is equipped to supply a starter, a drive or the electrical system of the motor vehicle with electrical energy.
  • Ty ⁇ pically, such energy storage in vehicles are designed as batteries or as double-layer capacitors and include a plurality of memory cells, which are usually at least partially connected in series. In operation, these memory cells are repeatedly charged and discharged.
  • Memory cells of the energy storage differ in their charge capacity in the charging and / or discharging.
  • the charge capacity of a memory cell is a measure of the electrical charge, usually measured in ampere hours, which can accommodate this memory cell.
  • the mentioned fluctuations in the characteristics of the storage cells generally increase even further.
  • the charge states of the storage cells of an energy store are regularly matched to one another. Appropriate procedures will be Symmetrization or balancing method called.
  • the matching of the charge states can be z. B. be done by memory cells with higher states of charge over
  • Discharge resistors are partially discharged, wherein energy is dissipated in the form of heat (passive balancing), or by charge from the memory cells with higher states of charge is transferred in whole or in part to memory cells with lower states of charge (active balancing).
  • a desired state of charge is determined, to which a given storage cell is to be equalized by partial loading or unloading. Since the charge capacity of a memory cell in particular decisively influences a charging and discharging process of the memory cell (for example, it determines a charging time for charging or discharging the memory cell), the more accurate the charging capacity of the memory cell, the more efficient and efficient the balancing can be performed , which is subject to manufacturing and operational fluctuations, is known.
  • the present invention thus has for its object to propose a method which allows to determine a Ladeka ⁇ capacity of a memory cell configured to store electrical and / or chemical energy, and as accurately as possible in the simplest possible way.
  • the invention is further based on the object of developing a corresponding storage system for carrying out the method.
  • the memory cell is designed as a memory cell of a battery or as a double-layer capacitor.
  • the memory cell can be a lead acid, a nickel-Me ⁇ tallhydrid-, a zinc-air, zinc or a lithium, a lithium-ion storage cell.
  • a lead acid a nickel-Me ⁇ tallhydrid-, a zinc-air, zinc or a lithium, a lithium-ion storage cell.
  • Memory cell with a plurality of other memory cells at least partially connected in series.
  • a quiescent voltage applied between electrical poles of the memory cell is typically at most 50 V, at most 20 V, at most 10 V or at most 5 V.
  • the charge capacity of the memory cell is typically between 3 and 50 amp hours, depending on cell type and on Age of the cell.
  • the determination of the initial state of charge of the memory cell can be made by detecting an initial resting voltage of the memory cell.
  • an initial resting voltage of the memory cell there is usually a characteristic relationship between the open-circuit voltage and the state of charge of the memory cell. This characteristic relationship is referred to as the SOC-OCV curve (SOC: state of charge, OCV: open circuit voltage).
  • SOC-OCV curve SOC: state of charge
  • OCV open circuit voltage
  • the at least partial charging or discharging of the storage cell is usually carried out with the aid of a charging device.
  • the loading device comprises we ⁇ iquess an electrical resistance which can be switched in parallel to the memory cell, for example by means of an electric switch.
  • the charging device can also comprise any other active and / or passive electrical components.
  • the charging time period is the time that elapses until the memory cell has transitioned from the initial charging state to the final charging state, preferably by continuous charging or discharging.
  • the initial charge state may be higher or lower than the final charge state.
  • the nominal power level is typically predetermined and ent ⁇ speaks a charging state to which the memory cell is to be equalized.
  • a difference between the approximate value and the charge capacity continuously depends on a difference between the final charge state and the target state of charge.
  • the charging time period is preferably selected such that the final charging state coincides as exactly as possible with the desired charging state.
  • the difference between the final state of charge and the desired power level is then a measure of near ⁇ realizable value corresponds exactly how the loading capacity.
  • the determination of the charging capacity is thus preferably carried out in the form of a correction of the approximate value.
  • the approximate value can ⁇ at play, a specified by a manufacturer nominal loading capacity and be be determined by their design and / or of chemical composition of the memory cell. However, the approximate value may also be a value of the charging capacity of the memory cell determined at an earlier time by means of the method proposed here.
  • the desired state of charge is determined as a function of a reference state of charge of at least one reference memory cell different from the memory cell.
  • the charging ⁇ states of a plurality of memory cells of an energy storage can be compared, the reference memory cell then z. B. is that memory cell with the lowest state of charge.
  • the target state of charge is then set equal to the reference charge state ⁇ and the charge states of the remaining memory cells can then, for example, by passive symmetrizing (Passive balancing) are aligned with the reference state of charge.
  • Passive balancing passive symmetrizing
  • the method described here can thus be combined in a particularly advantageous manner with a method for balancing the memory cells of an energy store or during a balancing process of the memory cells of an energy store.
  • the presently be ⁇ prescribed method can then be combined with both the passivity ve-balancing as well as an Active-balancing process.
  • the charging period is dependent on
  • the charging period is selected such that the final charging state after charging or discharging as closely as possible corresponds to the desired state of charge. Characterized in that when determining the charging time according to this embodiment, a plurality of
  • Parameters can be taken into account, the determination of the charging time can be made with great accuracy. A deviation of the final charge state from the desired state of charge can then serve with great accuracy as a measure of a deviation of the charge capacity of the approximate value, whereby the Be ⁇ mood of the charge capacity is improved. In a further specific embodiment, this includes
  • Target state of charge A sign of the correction value is thus selected in this embodiment, depending on whether the final charge is greater than or less than the desired state of charge.
  • the correction value depends linearly on a difference between the final charge state and the desired charge state and / or the correction value depends linearly on the approximate value.
  • a magnitude great ab ⁇ deviation of EndladeSullivans from the expected target state of charge can therefore draw a correspondingly large correction of the approximate value by itself.
  • the determination of the charge capacity can thus be carried out particularly quickly and effectively.
  • the correction value depends linearly on the approximate value, the large fluctuations in the charge capacity to be expected in the case of large values of the charge capacity can be adequately taken into account and thus be corrected quickly and effectively.
  • the correction value may also depend on higher powers of the difference between the final charge state and the desired state of charge and / or depend on higher powers of the approximate value. Higher powers should be all powers whose degree is greater than one. This can be a Accuracy of determining the charge capacity can be further improved.
  • the correction value is only different from zero, that is, a correction of the charge capacitance is only performed if an absolute value of the difference between the final charge state and the desired charge state is greater than a tolerance value. This ensures that such deviations of EndladeSullivans from the expected target state of charge are not included that go only to the always limited accuracy in determining the initial state of charge and / or the EndladeSullivans back ⁇ .
  • the tolerance value is selected such that it represents a measure of the measurement accuracy when determining the final charge state and / or the initial charge state.
  • Tolerance value can be z. B. be determined based on a variety of measurements of the initial state of charge and / or the final charge.
  • the tolerance value may be set equal to one standard deviation from the mean value of these plurality of measurements of the initial charge state and / or the final charge state. The tolerance value may therefore depend on the standard deviation and / or be correlated therewith.
  • This storage system comprises at least
  • a memory cell for storing electrical and / or chemical energy
  • a measuring device for determining at least one charge state of the memory cell
  • a loading or unloading device for at least partially loading and / or unloading the memory cell
  • the measuring device can be designed, for example, as a voltage measuring device.
  • the charging or discharging device typically comprises at least one discharge resistor, which is switchable parallel to the memory cell.
  • the control and processing unit can, for. B. be designed as a programmable microcontroller or FPGA.
  • the storage cell may be part of an energy storage device of a motor vehicle, wherein the energy storage device is set up to supply a drive, a generator or a vehicle electrical system of the motor vehicle with energy.
  • the energy storage then includes a plurality of memory cells that are at least partially switchable in series or are connected.
  • Memory cells can store very large amounts of energy.
  • FIG. 1 shows an inventive storage system with an energy storage device, a measuring device, an unloading device and a control and computing unit,
  • FIGS. 3a-c a determination of a charge capacity of one of the memory cells of Fig. 1 and
  • Fig. 4 steps of a method for determining a Ladeka ⁇ capacity of a memory cell shown in a revieweddia ⁇ program.
  • the storage system 101 shows a storage system 101 with an energy store 102, a measuring device 103, an unloading device 104 and with a control and computing unit 105.
  • the storage system 101 is arranged in a motor vehicle (not shown here).
  • the energy storage device 102 serves to supply a drive, a generator or a vehicle electrical system of the motor vehicle with electrical energy.
  • the energy storage 102 includes a plurality of memory cells 102a to 102n connected in series. A dashed line between the memory cells 102c and 102n is intended to indicate that further memory cells of the same type are in each case arranged between these memory cells 102c and 102n and connected in series.
  • the memory cells 102a to 102n are each lithium-ion memory cells.
  • the measuring device 103 includes a plurality of voltage ⁇ measuring devices 103 a to 103 n. Each of the voltage measuring devices 103a to 103n is connected in parallel with in each case one of the memory cells 102a to 102n of the energy store 102.
  • the voltmeter 103a is configured to measure a voltage between electric poles of the memory cell 102a.
  • the voltage meter 103b is configured to measure an electric voltage between electric poles of the memory cell 102b, etc.
  • the discharge device 104 is formed as a printed circuit board (PCB) and includes a plurality of discharge resistors 106a to 106n.
  • PCB printed circuit board
  • Discharge resistors 106a to 106n each be of the same type and each have an electrical resistance of 30 ⁇ . Via electrical switches 107a to 106n, the discharge resistors 106a to 106n can each be connected in parallel to one of the memory cells 102a to 102n. In this way, the memory cells 102a to 102n can each be discharged via at least one of the discharge resistors 106a to 106n. Via electrical connections 108a-108n + l, the memory cells 102a-102n is respectively directed ⁇ , other components not shown here, the
  • the control and processing unit 105 is designed as a programmable microcontroller. It is connected to the measuring device 103 via an electrical connection 111. Thus, the control and computing unit 105 is set up to read electrical voltages measured by the voltage measuring devices 103a to 103n between the poles of the memory cells 102a to 102n. By means of a characteristic SOC-OCV curve of the memory cells 102a to 102n stored in the control and arithmetic unit 105, certain rest voltages can be converted into charge states of the respective memory cells between the electrical poles of the memory cells 102a to 102n.
  • control and Re ⁇ chenech 105 is further connected to the unloading device 104.
  • control and computing unit 105 is set up to control the electrical switches 107a to 107n and thus to control and control a discharge of the memory cells 102a to 102n.
  • initial charge states 210a to 210n of the memory cells 102a to 102n are determined by means of the voltage measuring devices 103a to 103n, as shown in FIG.
  • recurrent features are each provided with identical reference numerals.
  • the respective state of charge is measured at least 20 times directly after each other, and then the mean value is formed from these measurements.
  • the initial charge states 210a to 210n shown in FIG. 2 correspond to the average values determined in this way and are illustrated by way of example for the cells 102a, 102b, 102c and 102n.
  • a standard deviation from the respectively determined mean value of the initial charge states 210a to 210n in each case defines a tolerance value for the respective memory cell. The meaning of these tolerance values will be described later. It can be seen from FIG. 2 that the initial charge states 210a to 210n of the memory cells 102a to 102n are different, respectively. They are given as a percentage and refer to
  • the rated charging capacitances 211a to 211n each serve as approximate values for the charging capacitances of the memory cells 102a to 102n to be determined. In the present case, the
  • the fact that the initial charge states 210a to 210n of the memory cells 102a to 102n are respectively different may be e.g. due to variations in the manufacturing process. In operation of the energy storage device 102, these fluctuations may occur e.g. be reinforced by an inhomogeneous temperature distribution in the energy storage 102.
  • the memory cell 102b has the lowest initial charging state 210b. Passive balancing is intended to equalize the charge states of the remaining memory cells with the initial charge state 210b of the memory cell 102b. By the initial charging state 210b is thus a
  • Set charge state 212 set which is shown in Fig. 2 by a dashed line.
  • the desired state of charge 212 is also called the reference state of charge and the memory cell 102b is a reference memory cell.
  • the state of charge of the memory cells 102a and 102c to 102n is matched to the desired state of charge 212 by partially discharging the memory cells 102a and 102c to 102n via the discharge resistors 106a and 106c to 106n.
  • the unloading of the memory cells 102a and 102c to 102n is controlled by the control and processing unit 105 by driving the elekt ⁇ step switches 107a and 107c to 107n.
  • FIG. 3a again shows the initial charging state 210c of the memory cell 102c with the nominal charging capacity 211c already shown in FIG. 2, represented here by a dashed line.
  • the control and computation unit 105 first determines a charging period ⁇ t c , which is required in order to transfer the storage cell 102c from its initial charging state 210c via the
  • Discharge resistor 106c to the desired state of charge 212 to unload.
  • the charging period At c is calculated as follows:
  • the initial charging state (State of Charge) 210c of the memory cell 102c as a function of a rest voltage U c of the memory cell 102c
  • the rated charge capacitance 211c of the memory cell 102c that is, an approximate value for the charge capacitance 317c (FIG. 3c) of the memory cell 102c
  • a discharge current during discharge of the memory cell 102c via the discharge resistor 106c an ohmic resistance of the discharge resistor 106c
  • the charging time duration At c may be given by another expression, the z. B. a decay of the discharge current I c with increasing discharge of the memory cell 102c considered. 102c may also be an internal resistance of the memory cell in the calculation of the charging period At incorporated c.
  • the current I ASIC , C is much smaller than the discharge current I c , z. B. by a factor of 50.
  • control and computing unit 105 closes the electrical switch 107c for the previously calculated charge time t c .
  • the memory cell 102c is partially discharged.
  • the electric switch 107c is opened again, whereby the
  • End charge state 313c of the memory cell 102c determined. This is shown in Fig. 3b.
  • FIG. 3b clearly shows that the final charge state 313c which the memory cell 102c occupies after the partial discharge is larger than that
  • Desired State of Charge 212 An absolute amount of a difference 314c between the final charge state 313c and the target state of charge 212 is greater than a tolerance value 315c which is equal to a standard deviation determined upon multiple measurements of the initial state of charge 210c.
  • a tolerance value 315c which is equal to a standard deviation determined upon multiple measurements of the initial state of charge 210c. The reason is that the Endlade- state 313c deviates from the desired power level 212 is located, due to the fact that the loading capacity 317c (Fig. 3c) of the SpeI ⁇ cherzelle 102c does not exactly through the nominal charge capacity 211c (L c) where , which was used to calculate the charging period At c , but deviates from this.
  • Determining the charge capacity 317c includes setting the charge capacity 317c equal to the sum of the rated charge capacity 211c and a correction value 316c.
  • the correction value 316c takes a positive value.
  • the state of charge 317c of the memory cell 102c is calculated as follows:
  • the target boost ⁇ state 212 If the final state of charge is less than 313c, the target boost ⁇ state 212 and deviates from the target boost state 212 by more than the tolerance value 315c, the plus sign 2.479i ⁇ gate is replaced by a minus sign.
  • the constant A can z. B. be determined empirically. It may also be determined depending on a type of memory cell and / or a chemical composition of the memory cell.
  • the corrected charge state 317c of memory cell 102c is provided in FIG. 3c represents ⁇ .
  • the final charge state 313c has been adjusted in FIG. 3c such that its relative value with respect to the charge capacity 317c in FIG. 3c and to the nominal charge capacity 211c in FIG. 3b are identical in each case.
  • a first step 401 initial charge states of the memory cells are determined. For this purpose, a multiplicity of measurements of the initial charge state of the individual cells are made, from which the mean value is formed in each case. A standard deviation of the plurality of measurements from this average defines a tolerance value for the particular cell.
  • a target state of charge is determined as a function of the initial charging ⁇ states of the memory cells to which the states of charge of cells are to be aligned.
  • charging time durations are calculated for the individual memory cells. These are those time periods which the individual memory cells require to be discharged from their respective initial state of charge to the desired state of charge. To calculate the charging time periods, the initial charging state, the initial charging state, the
  • Target charge state an approximate value of the charge capacity and an ohmic resistance of a discharge resistor used, over which the respective cell is discharged.
  • a fourth method step 404 the cells are at least partially discharged for the previously calculated charging period. After discharging 405 Endladezumen the memory cells are determined in a fifth process step.
  • the final charge states are compared with the desired charge state. If an absolute value of the difference between the final charge state and the desired charge state is greater than the respectively calculated tolerance value, a correction of the charge capacity of the respective cell is undertaken.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Ladekapazität (317c) einer Speicherzelle (102c), die zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, wenigstens umfassend die Schritte: - Ermitteln eines Anfangsladezustandes (210c) der Speicherzelle (102c), - wenigstens teilweises Aufladen oder Entladen der Speicherzelle (102c) für eine Ladezeitdauer, - Ermitteln eines Endladezustandes (313c) der Speicherzelle (102c), - Bestimmen der Ladekapazität (317c) der Speicherzelle (102c) abhängig von dem Endladezustand (313c) und einem Soll-Ladezustand (212) der Speicherzelle (102c) und/oder abhängig von einer Differenz (314c) zwischen dem Endladezustand (131c) und dem Soll-Ladezustand (212) und/oder abhängig von einem Näherungswert (211c) der Ladekapazität (317c). Die Erfindung betrifft ferner ein Speichersystem (101) zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bestimmen einer Ladekapazität einer Speicherzelle Kraftfahrzeuge, die ganz oder teilweise elektrisch angetrieben werden, nehmen an Bedeutung beständig zu. Ursachen hierfür sind das Verlangen der Menschen nach Mobilität, die Notwendigkeit, C02-Emissionen zu reduzieren, sowie die Begrenztheit der Ölvorkommen. Derartige Fahrzeuge verfügen über wenigstens einen elektrostatischen oder elektrochemischen Energiespeicher, der einen Starter, einen Antrieb oder das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen eingerichtet ist. Ty¬ pischerweise sind derartige Energiespeicher in Kraftfahrzeugen als Batterien oder als Doppelschichtkondensatoren ausgebildet und umfassen eine Vielzahl von Speicherzellen, die gewöhnlich wenigstens teilweise in Reihe geschaltet sind. Im Betrieb werden diese Speicherzellen wiederholt aufgeladen und entladen.
Bei der Herstellung solcher Energiespeicher treten oft
Schwankungen auf, die zur Folge haben, dass die einzelnen
Speicherzellen des Energiespeichers sich in ihrer Ladekapazität, im Lade- und/oder Entladeverhalten unterscheiden. Die Ladekapazität einer Speicherzelle ist dabei ein Maß für die elektrische Ladung, üblicherweise gemessen in Amperestunden, die diese Speicherzelle aufnehmen kann. Im Laufe des Betriebs des Energiespeichers nehmen die genannten Schwankungen der Eigenschaften der Speicherzellen in der Regel sogar noch zu. Infolge ungleicher Ladungszustände der Speicherzellen im Betrieb kann es daher insbesondere beim Laden mit konstantem Strom zur Überladung einzelner Speicherzellen kommen. Entsprechend besteht beim Entladen der Speicherzellen die Gefahr, dass einzelne von ihnen in die Tiefentladung geraten. Beides kann zur
Schädigung der Speicherzellen, zur Verkürzung ihrer Lebensdauer und/oder zur Verringerung der Ladekapazität führen.
Um derartigen Schäden vorzubeugen, werden die Ladungszustände der Speicherzellen eines Energiespeichers regelmäßig aneinander angeglichen. Entsprechende Verfahren werden Symmetrierungsverfahren oder Balancing-Verfahren genannt. Das Angleichen der Ladungszustände kann dabei z. B. dadurch erfolgen, dass Speicherzellen mit höheren Ladezuständen über
Entladewiderstände teilweise entladen werden, wobei Energie in Form von Wärme dissipiert wird (passive balancing) , oder indem Ladung von den Speicherzellen mit höheren Ladezuständen ganz oder teilweise auf Speicherzellen mit niedrigeren Ladezuständen übertragen wird (active balancing) . In beiden Fällen wird j eweils ein Soll-Ladezustand bestimmt, auf den eine gegebene Spei- cherzelle durch teilweises Auf- oder Entladen angeglichen werden soll. Da die Ladekapazität einer Speicherzelle insbesondere einen Auf- und Entladeprozess der Speicherzelle entscheidend beeinflusst (z. B. bestimmt sie eine Ladezeit zum Auf- oder Entladen der Speicherzelle) , kann das Symmetrieren mit umso größerer Genauigkeit und Effizienz durchgeführt werden, je genauer Ladekapazität der Speicherzelle, die herstellungs- und betriebsbedingt Schwankungen unterworfen ist, bekannt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, welches es gestattet, eine Ladeka¬ pazität einer Speicherzelle, die zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, möglichst genau und auf möglichst einfache Weise zu bestimmen. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Spei- chersystem zum Durchführen des Verfahrens zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Speichersystem zum Durchführen dieses Verfahrens. Spezielle Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zum Bestimmen einer Ladekapazität einer Speicherzelle, die zum Speichern elekt¬ rischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln eines Anfangsladezustandes der Speicherzelle, wenigstens teilweises Aufladen oder Entladen der Spei¬ cherzelle für eine Ladezeitdauer, Ermitteln eines Endladezustandes der Speicherzelle,
Bestimmen der Ladekapazität der Speicherzelle abhängig von dem Endladezustand und einem Soll-Ladezustand der Spei¬ cherzelle und/oder abhängig von einer Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand und/oder abhängig von einem Näherungswert der Ladekapazität.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, die Ladekapazität der Speicherzelle mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Insbesondere kann das Bestimmen der Ladekapazität ohne zusätzlichen Aufwand während eines normalen Betriebs der Speicherzelle, also beim Aufladen und/oder Entladen der Speicherzelle durchgeführt werden . Üblicherweise ist die Speicherzelle als Speicherzelle einer Batterie oder als Doppelschichtkondensator ausgebildet. Zum Beispiel kann es sich um eine Blei-Säure-, eine Nickel- Me¬ tallhydrid-, eine Zink-Luft-, eine Lithium-Zink- oder eine Lithium-Ionen-Speicherzelle handeln. Gewöhnlich ist die
Speicherzelle mit einer Vielzahl weiterer Speicherzellen wenigstens teilweise in Reihe geschaltet. In einem vollständig geladenen Zustand der Speicherzelle beträgt eine zwischen elektrischen Polen der Speicherzelle anliegende Ruhespannung typischerweise höchstens 50 V, höchstens 20 V, höchstens 10 V oder höchstens 5 V. Die Ladekapazität der Speicherzelle beträgt typischerweise zwischen 3 und 50 Amperestunden, abhängig vom Zelltyp und vom Alter der Zelle.
Das Ermitteln des Anfangsladezustands der Speicherzelle kann durch ein Erfassen einer Anfangsruhespannung der Speicherzelle vorgenommen werden. Abhängig von einer speziellen Bauart der Speicherzelle besteht gewöhnlich nämlich ein charakteristischer Zusammenhang zwischen der Ruhespannung und dem Ladezustand der Speicherzelle. Dieser charakteristische Zusammenhang wird als SOC-OCV-Kurve bezeichnet (SOC: State of Charge, OCV: open circuit voltage) . In Bezug auf das vorgeschlagene Verfahren kann das Ermitteln des Ladezustands der Speicherzelle also stets durch das Ermitteln der an der Speicherzelle anliegenden Ruhespannung ersetzt werden.
Das wenigstens teilweise Aufladen oder Entladen der Spei- cherzelle wird gewöhnlich mit Hilfe einer Ladevorrichtung vorgenommen. Typischerweise umfasst die Ladevorrichtung we¬ nigstens einen elektrischen Widerstand, der parallel zur Speicherzelle schaltbar ist, z.B. mit Hilfe eines elektrischen Schalters. Die Ladevorrichtung kann aber auch beliebige andere aktive und/oder passive elektrische Komponenten umfassen. Die Ladezeitdauer ist diejenige Zeitdauer, die verstreicht, bis die Speicherzelle von dem Anfangsladezustand in den Endladezustand übergegangen ist, vorzugsweise durch kontinuierliches Aufladen oder Entladen. Der Anfangsladezustand kann dabei höher oder geringer sein als der Endladezustand.
Der Soll-Ladezustand wird üblicherweise vorgegeben und ent¬ spricht einem Ladezustand, an den die Speicherzelle angeglichen werden soll. Typischerweise hängt eine Differenz zwischen dem Näherungswert und der Ladekapazität stetig von einer Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand ab. Mit anderen Worten wird die Ladezeitdauer vorzugsweise so gewählt, dass der Endladezustand möglichst genau mit dem Soll-Ladezustand übereinstimmt. Die Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand ist dann ein Maß dafür, wie genau der Nähe¬ rungswert mit der Ladekapazität übereinstimmt. Vorzugsweise wird das Bestimmen der Ladekapazität also in Form einer Korrektur des Näherungswertes vorgenommen. Der Näherungswert kann bei¬ spielsweise eine von einem Hersteller angegebene Nenn-Lade- kapazität der Speicherzelle sein und von deren Bauweise und/oder von deren chemischer Zusammensetzung bestimmt sein. Der Näherungswert kann aber auch ein zu einem früheren Zeitpunkt mittels des vorliegend vorgeschlagenen Verfahrens bestimmter Wert der Ladekapazität der Speicherzelle sein.
Bei einer speziellen Ausführungsform wird der Soll-Ladezustand abhängig von einem Referenzladezustand wenigstens einer von der Speicherzelle verschiedenen Referenzspeicherzelle bestimmt. r
Z. B. können zur Festlegung des Soll-Ladezustandes die Lade¬ zustände einer Vielzahl von Speicherzellen eines Energiespeichers verglichen werden, wobei die Referenzspeicherzelle dann z . B. diej enige Speicherzelle mit dem geringsten Ladezustand ist. Der Soll-Ladezustand wird dann gleich dem Referenzlade¬ zustand gesetzt und die Ladezustände der übrigen Speicherzellen können dann beispielsweise durch passives Symmetrieren (Passive Balancing) an den Referenzladezustand angeglichen werden. Das vorliegend beschriebene Verfahren kann also in besonders vorteilhafter Weise mit einem Verfahren zum Symmetrieren der Speicherzellen eines Energiespeichers kombiniert werden bzw. während eines Symmetrierungsprozesses der Speicherzellen eines Energiespeichers durchgeführt werden. Das vorliegend be¬ schriebene Verfahren kann dabei sowohl mit dem Passi- ve-Balancing- als auch mit einem Active-Balancing-Verfahren kombiniert werden.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform wird die Ladezeitdauer abhängig von
dem Anfangsladezustand und dem Soll-Ladezustand und/oder der Differenz zwischen dem Anfangsladezustand und dem Soll-Ladezustand und/oder
dem Näherungswert und/oder
elektrischen Eigenschaften wenigstens eines Ladewiderstandes, über den das Aufladen und/oder das Entladen erfolgen, und/oder
einem Entladestrom der Speicherzelle und/oder
einem Innenwiderstand der Speicherzelle und/oder
einer SOC-OCV-Kurve der Speicherzelle
bestimmt .
Vorzugsweise wird die Ladezeitdauer derart gewählt, dass der Endladezustand nach dem Aufladen oder Entladen möglichst genau dem Soll-Ladezustand entspricht. Dadurch, dass beim Bestimmen der Ladezeit gemäß dieser Ausführungsform eine Vielzahl von
Parametern berücksichtigt werden kann, kann das Bestimmen der Ladezeitdauer mit großer Genauigkeit vorgenommen werden. Eine Abweichung des Endladezustandes vom Soll-Ladezustand kann dann mit großer Genauigkeit als ein Maß für eine Abweichung der Ladekapazität von dem Näherungswert dienen, wodurch die Be¬ stimmung der Ladekapazität verbessert wird. Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform umfasst das
Bestimmen der Ladekapazität, dass die Ladekapazität gleich der Summe aus dem Näherungswert und einem Korrekturwert gesetzt wird, wobei der Korrekturwert positiv ist, wenn der Endladezustand größer ist als der Soll-Ladezustand, und wobei der Korrekturwert negativ ist, wenn der Endladezustand kleiner ist als der
Soll-Ladezustand. Ein Vorzeichen des Korrekturwertes wird bei dieser Ausführungsform also abhängig davon gewählt, ob der Endladezustand größer oder kleiner ist als der Soll-Ladezustand. Dadurch, dass gemäß dieser Ausführungsform überprüft wird, ob der nach dem Aufladen oder Entladen erreichte Endladezustand größer oder kleiner ist als der erwartete Soll-Ladezustand, kann also auf einfache Weise ermittelt werden, ob die Ladekapazität größer oder kleiner ist als der Näherungswert. Die Ladekapazität kann auf diese Weise besonders schnell und effektiv bestimmt werden.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform hängt der Korrekturwert linear von einer Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand ab und/oder der Korrekturwert hängt linear von dem Näherungswert ab. Eine betragsmäßig große Ab¬ weichung des Endladezustands von dem erwarteten Soll-Ladezustand kann also eine entsprechend große Korrektur des Näherungswerts nach sich ziehen. Das Bestimmen der Ladekapazität kann damit besonders schnell und effektiv vorgenommen werden. Dadurch, dass der Korrekturwert linear von dem Näherungswert abhängt , können die bei großen Werten der Ladekapazität zu erwartenden großen Schwankungen in der Ladekapazität adäquat berücksichtigt und damit schnell und effektiv korrigiert werden. Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann der Korrekturwert auch von höheren Potenzen der Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand abhängen und/oder von höheren Potenzen des Näherungswertes abhängen. Höhere Potenzen sollen dabei alle Potenzen sein, deren Grad größer ist als Eins. Dadurch kann eine Genauigkeit der Bestimmung der Ladekapazität noch weiter verbessert werden.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform ist der Kor- rekturwert nur dann von Null verschieden, wird also eine Korrektur der Ladekapazität nur dann vorgenommen, wenn ein Absolutbetrag der Differenz zwischen dem Endladezustand und dem Soll-Ladezustand größer ist als ein Toleranzwert. Damit wird gewährleistet, dass solche Abweichungen des Endladezustands von dem erwarteten Soll-Ladezustand nicht berücksichtigt werden, die lediglich auf die stets begrenzte Messgenauigkeit beim Ermitteln des Anfangsladezustands und/oder des Endladezustands zurück¬ gehen. Typischerweise wird der Toleranzwert derart gewählt, dass er ein Maß für die Messgenauigkeit beim Ermitteln des Endla- dezustands und/oder des Anfangsladezustands darstellt. Der
Toleranzwert kann z. B. anhand einer Vielzahl von Messungen des Anfangsladezustandes und/oder des Endladezustandes bestimmt werden. Beispielsweise kann der Toleranzwert dabei gleich einer Standardabweichung vom Mittelwert dieser Vielzahl von Messungen des Anfangsladezustandes und/oder des Endladezustands gesetzt werden. Der Toleranzwert kann also von der Standardabweichung abhängen und/oder mit dieser korrelliert sein.
Vorgeschlagen wird ferner ein Speichersystem zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dieses Speichersystem umfasst wenigstens
eine Speicherzelle zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie,
eine Messvorrichtung zum Ermitteln mindestens eines La- dungszustandes der Speicherzelle,
eine Lade- oder Entladevorrichtung zum mindestens teilweisen Auf- und/oder Entladen der Speicherzelle und
eine Steuer- und Recheneinheit zum Ansteuern der Messvorrichtung, vorzugsweise auch der Entladevorrichtung, und zum Bestimmen einer Ladekapazität der Speicherzelle aus Lade¬ zuständen der Speicherzelle. Die Messvorrichtung kann dabei z.B. als Spannungsmessgerät ausgebildet sein. Die Lade- oder Entladevorrichtung umfasst typischerweise wenigstens einen Entladewiderstand, der parallel zur Speicherzelle schaltbar ist. Die Steuer- und Recheneinheit kann z. B. als programmierbarer Microcontroller oder als FPGA ausgebildet sein.
Bei einer speziellen Ausführungsform des Speichersystems kann die Speicherzelle Teil eines Energiespeichers eines Kraft- fahrzeugs sein, wobei der Energiespeicher eingerichtet ist, einen Antrieb, einen Generator oder ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit Energie zu versorgen. Typischerweise umfasst der Energiespeicher dann eine Vielzahl von Speicherzellen, die wenigstens teilweise in Reihe schaltbar sind oder geschaltet sind. Ein derartiger Energiespeicher mit einer Vielzahl von
Speicherzellen kann besonders große Mengen an Energie speichern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Speichersystem mit einem Energiespeicher, einer Messvorrichtung, einer Entladevorrichtung und einer Steuer- und Recheneinheit,
Fig. 2 Speicherzellen des Energiespeichers aus Fig. 1, die jeweils unterschiedliche Ladezustände aufweisen,
Fign. 3a-c eine Bestimmung einer Ladekapazität einer der Speicherzellen aus Fig. 1 und
Fig. 4 Schritte eines Verfahrens zum Bestimmen einer Ladeka¬ pazität einer Speicherzelle, dargestellt in einem Ablaufdia¬ gramm.
Fig. 1 zeigt ein Speichersystem 101 mit einem Energiespeicher 102, einer Messvorrichtung 103, einer Entladevorrichtung 104 und mit einer Steuer- und Recheneinheit 105. Das Speichersystem 101 ist in einem Kraftfahrzeug angeordnet (hier nicht gezeigt) . Insbesondere dient der Energiespeicher 102 dazu, einen Antrieb, einen Generator oder ein Bordnetz des Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Energiespeicher 102 umfasst eine Vielzahl von Speicherzellen 102a bis 102n, die in Reihe geschaltet sind. Eine gestrichelte Linie zwischen den Speicherzellen 102c und 102n soll andeuten, dass zwischen diesen Speicherzellen 102c und 102n jeweils noch weitere Speicherzellen derselben Bauart angeordnet und in Reihe geschaltet sind. Bei den Speicherzellen 102a bis 102n handelt es sich jeweils um Li- thium-Ionen-Speicherzellen . Eine Ruhespannung zwischen elektrischen Polen einer dieser Lithium-Ionen-Speicherzellen beträgt in einem vollgeladenen Zustand in etwa 4 V. Die Messvorrichtung 103 umfasst eine Vielzahl von Spannungs¬ messgeräten 103a bis 103n. Jedes der Spannungsmessgeräte 103a bis 103n ist parallel zu jeweils einer der Speicherzellen 102a bis 102n des Energiespeichers 102 geschaltet. So ist beispielsweise das Spannungsmessgerät 103a eingerichtet, eine Spannung zwischen elektrischen Polen der Speicherzelle 102a zu messen. Entsprechend ist das Spannungsmessgerät 103b zum Messen einer elektrischen Spannung zwischen elektrischen Polen der Speicherzelle 102b eingerichtet etc. Die Entladevorrichtung 104 ist als Printed Circuit Board (PCB) ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Entladewiderständen 106a bis 106n. Im vorliegenden Beispiel sollen die
Entladewiderstände 106a bis 106n jeweils von gleicher Bauart sein und jeweils einen elektrischen Widerstand von 30 Ω haben. Über elektrische Schalter 107a bis 106n können die Entladewiderstände 106a bis 106n jeweils zu einer der Speicherzellen 102a bis 102n parallel geschaltet werden. Damit sind die Speicherzellen 102a bis 102n jeweils über wenigstens einen der Entladewiderstände 106a bis 106n entladbar. Über elektrische Verbindungen 108a bis 108n+l sind die Speicherzellen 102a bis 102n jeweils einge¬ richtet, weitere hier nicht gezeigte Komponenten der
Entladevorrichtung 104 mit elektrischer Energie zu versorgen, sofern die entsprechenden Schalter geschlossen werden. Die Steuer- und Recheneinheit 105 ist als programmierbarer Microcontroller ausgebildet. Über eine elektrische Verbindung 111 ist sie mit der Messvorrichtung 103 verbunden. Damit ist die Steuer- und Recheneinheit 105 eingerichtet, von den Span- nungsmessgeräten 103a bis 103n zwischen den Polen der Speicherzellen 102a bis 102n gemessene elektrische Spannungen auszulesen. Über eine in der Steuer- und Recheneinheit 105 gespeicherte charakteristische SOC-OCV-Kurve der Speicherzellen 102a bis 102n können zwischen den elektrischen Polen der Speicherzellen 102a bis 102n bestimmte Ruhespannungen in Ladezustände der jeweiligen Speicherzellen umgerechnet werden. Über eine elektrische Verbindung 112 ist die Steuer- und Re¬ cheneinheit 105 ferner mit der Entladevorrichtung 104 verbunden. Insbesondere ist die Steuer- und Recheneinheit 105 eingerichtet, die elektrischen Schalter 107a bis 107n anzusteuern und damit ein Entladen der Speicherzellen 102a bis 102n zu steuern und zu kontrollieren.
Im Folgenden soll ein Verfahren beschrieben werden, das es erlaubt, beim Symmetrieren der Speicherzellen 102a bis 102n
Ladekapazitäten der Speicherzellen 102a bis 102n zu bestimmen. In einem ersten Schritt des Verfahrens werden mittels der Spannungsmessgeräte 103a bis 103n Anfangsladezustände 210a bis 210n der Speicherzellen 102a bis 102n ermittelt, wie in Fig. 2 dargestellt. Hier und im Folgenden sind wiederkehrende Merkmale jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen. Für jede der Speicherzellen 102a bis 102n wird der jeweilige Ladezustand mindestens 20 Mal unmittelbar hintereinander gemessen und sodann der Mittelwert aus diesen Messungen gebildet. Die in Fig. 2 gezeigten Anfangsladezustände 210a bis 210n entsprechen den so bestimmten Mittelwerten und sind exemplarisch für die Zellen 102a, 102b, 102c und 102n dargestellt. Eine Standardabweichung vom jeweils bestimmten Mittelwert der Anfangsladezustände 210a bis 210n definiert jeweils einen Toleranzwert für die jeweilige Speicherzelle. Die Bedeutung dieser Toleranzwerte wird an späterer Stelle beschrieben. Fig. 2 ist entnehmbar, dass die Anfangsladezustände 210a bis 210n der Speicherzellen 102a bis 102n jeweils unterschiedlich sind. Sie werden in Prozent angegeben und beziehen sich auf
Nenn-Ladekapazitäten 211a bis 211n der Speicherzellen. Die Nenn-Ladekapazitäten 211a bis 211n dienen jeweils als Näherungswert für die zu bestimmenden Ladekapazitäten der Speicherzellen 102a bis 102n. Im vorliegenden Fall sind die
Nenn-Ladekapazitäten 211a bis 211n von einem Hersteller vorgegeben und betragen jeweils 15 Ah. Die Tatsache, dass die Anfangsladezustände 210a bis 210n der Speicherzellen 102a bis 102n jeweils unterschiedlich sind, kann z.B. auf Schwankungen beim Herstellungsprozess zurückzuführen sein. Im Betrieb des Energiespeichers 102 können diese Schwankungen z.B. durch eine inhomogene Temperaturverteilung im Energiespeicher 102 noch verstärkt werden. Vorliegend hat die Speicherzelle 102b den geringsten Anfangsladezustand 210b. Durch Passive Balancing sollen die Ladezustände der übrigen Speicherzellen an den Anfangsladezustand 210b der Speicherzelle 102b angeglichen werden. Durch den Anfangsladezustand 210b ist also ein
Soll-Ladezustand 212 festgelegt, der in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben ist. Der Soll-Ladezustand 212 heißt auch Referenzladezustand und die Speicherzelle 102b Referenzspeicherzelle. Das Angleichen der Ladezustände der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n an den Soll-Ladezustand 212 erfolgt durch teilweises Entladen der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n über die Endladewiderstände 106a und 106c bis 106n. Das Entladen der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n, wird über die Steuer- und Recheneinheit 105 durch Ansteuern der elekt¬ rischen Schalter 107a und 107c bis 107n kontrolliert.
In Verbindung mit dem Angleichen der Ladezustände der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n an den Soll-Ladezustand 212 werden die Ladekapazitäten der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n bestimmt. Dies soll exemplarisch am Beispiel der Spei- cherzelle 102c beschrieben werden. Fig. 3a zeigt noch einmal den bereits in Fig. 2 dargestellten Anfangsladezustand 210c der Speicherzelle 102c mit der Nenn-Ladekapazität 211c, hier dargestellt durch eine gestrichelte Linie. Durch teilweises Entladen über den Entladewiderstand 106c soll der Ladezustand der Speicherzelle 102c an den Soll-Ladezustand 212 angeglichen werden. Dazu bestimmt die Steuer- und Recheneinheit 105 zunächst eine Ladezeitdauer Atc, welche benötigt wird, um die Spei- cherzelle 102c von ihrem Anfangsladezustand 210c über den
Entladewiderstand 106c auf den Soll-Ladezustand 212 zu entladen. Die Ladezeitdauer Atc wird dabei wie folgt berechnet:
Figure imgf000014_0001
wobei
Dabei ist der Anfangsladezustand (state of Charge) 210c der Speicherzelle 102c in Abhängigkeit von einer Ruhespannung Uc der Speicherzelle 102c, der Soll-Ladezustand 212 in Abhängigkeit von der Referenzspannung URe f = Ub der Speicher¬ zelle 102b (siehe Fig. 2), die Nenn-Ladekapazität 211c der Speicherzelle 102c, also ein Näherungswert für die zu bestimmende Ladekapazität 317c (Fig. 3c) der Speicherzelle 102c, ein Entladestrom beim Entladen der Speicherzelle 102c über den Entladewiderstand 106c, ein ohmscher Widerstand des Entladewiderstands 106c und ein beim Entladen der Speicherzelle 102c über die elektrische Verbindung 108c abfließender
Strom. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Ladezeit-dauer Atc durch einen anderen Ausdruck gegeben sein, der z. B. ein Abklingen des Entladestroms Ic mit zunehmender Entladung der Speicherzelle 102c berücksichtigt. Auch ein Innenwiderstand der Speicherzelle 102c kann in die Berechnung der Ladezeitdauer Atc einfließen. Der Strom IASIC,C ist wesentlich kleiner als der Entladestrom Ic, z. B. um einen Faktor 50.
Im nächsten Schritt schließt die Steuer- und Recheneinheit 105 den elektrischen Schalter 107c für die zuvor berechnete La- dezeitdauer tc. Dadurch wird die Speicherzelle 102c teilweise entladen. Nach Verstreichen der Ladezeitdauer Atc wird der elektrische Schalter 107c wieder geöffnet, wodurch der
Entladeprozess beendet wird. Anschließend wird mittels des Spannungsmessgeräts 103c ein
Endladezustand 313c der Speicherzelle 102c ermittelt. Dieser ist in Fig. 3b dargestellt. Fig. 3b zeigt deutlich, dass der Endladezustand 313c, den die Speicherzelle 102c nach dem teilweisen Entladen einnimmt, größer ist als der
Soll-Ladezustand 212. Ein Absolutbetrag einer Differenz 314c zwischen dem Endladezustand 313c und dem Soll-Ladezustand 212 ist größer als ein Toleranzwert 315c, der gleich einer beim mehrfachen Messen des Anfangsladezustands 210c bestimmten Standardabweichung ist. Die Ursache dafür, dass der Endlade- zustand 313c von dem Soll-Ladezustand 212 abweicht, liegt darin begründet, dass die Ladekapazität 317c (Fig. 3c) der Spei¬ cherzelle 102c nicht exakt durch die Nenn-Ladekapazität 211c ( Lc ) gegeben ist, die zur Berechnung der Ladezeitdauer Atc herangezogen wurde, sondern von dieser abweicht.
Da der Absolutbetrag der Differenz 314c zwischen dem Endladezustand 313c und dem Soll-Ladezustand 212 größer ist als der Toleranzwert 315c, wird eine Korrektur der Ladekapazität 317c der Speicherzelle 102c vorgenommen. Das Bestimmen der Ladekapazität 317c umfasst, dass die Ladekapazität 317c gleich der Summe aus der Nenn-Ladekapazität 211c und einem Korrekturwert 316c gesetzt wird. Im vorliegenden Fall , in dem der Endladezustand 313c größer ist als der Soll-Ladezustand 212, nimmt der Korrekturwert 316c einen positiven Wert an. Der Ladezustand 317c der Speicherzelle 102c wird dabei wie folgt berechnet:
Figure imgf000016_0001
Dabei ist
Lc : der korrigierte Ladezustand 317c der Speicherzelle
102c,
"c n : die dem Endladezustand 313c entsprechende Ruhespannung der Speicherzelle 102c nach dem Entladen für die Ladezeitdauer Atc und
A: eine Konstante.
Sofern der Endladezustand 313c kleiner ist als der Soll-Lade¬ zustand 212 und von dem Soll-Ladezustand 212 um mehr als den Toleranzwert 315c abweicht, wird das Pluszeichen zweckmäßi¬ gerweise durch ein Minuszeichen ersetzt. Die Konstante A kann z. B. empirisch bestimmt werden. Sie kann auch abhängig von einer Bauart der Speicherzelle und/oder einer chemischen Zusammensetzung der Speicherzelle bestimmt werden. Der korrigierte Ladezustand 317c der Speicherzelle 102c ist in Fig. 3c dar¬ gestellt. Der Endladezustands 313c wurde in Fig. 3c derart angepasst, dass sein relativer Wert bezogen auf die Ladekapazität 317c in Fig. 3c bzw. auf die Nenn-Ladekapazität 211c in Fig. 3b jeweils identisch sind.
In Fig. 4 ist das Verfahren zum Bestimmen der Ladekapazität der Speicherzellen 102a und 102c bis 102n noch einmal schematisch anhand eines Ablaufdiagramms dargestellt. In einem ersten Schritt 401 werden Anfangsladezustände der Speicherzellen ermittelt. Dazu wird eine Vielzahl von Messungen des An- fangsladezustands der einzelnen Zellen vorgenommen, aus denen jeweils der Mittelwert gebildet wird. Eine Standardabweichung der Vielzahl von Messungen von diesem Mittelwert definiert einen Toleranzwert für die jeweilige Zelle. In einem zweiten Ver¬ fahrensschritt 402 wird in Abhängigkeit von den Anfangslade¬ zuständen der Speicherzellen ein Soll-Ladezustand ermittelt, an den die Ladezustände der Zellen angeglichen werden sollen. In einem dritten Verfahrensschritt 403 werden für die einzelnen Speicherzellen Ladezeitdauern berechnet. Dabei handelt es sich um diejenigen Zeitdauern, welche die einzelnen Speicherzellen benötigen, um von ihrem jeweiligen Anfangsladezustand auf den Soll-Ladezustand entladen zu werden. Zur Berechnung der Ladezeitdauern werden jeweils der Anfangsladezustand, der
Soll-Ladezustand, ein Näherungswert der Ladekapazität sowie ein ohmscher Widerstand eines Entladewiderstandes herangezogen, über den die jeweilige Zelle entladen wird.
In einem vierten Verfahrensschritt 404 werden die Zellen für die zuvor berechnete Ladezeitdauer wenigstens teilweise entladen. Nach dem Entladen werden in einem fünften Verfahrensschritt 405 Endladezustände der Speicherzellen ermittelt. In einem sechsten Verfahrensschritt 406 werden die Endladezustände mit dem Soll-Ladezustand verglichen. Sofern ein Absolutbetrag der Differenz zwischen den Endladezustand und dem Soll-Ladezustand größer ist als der jeweils berechnete Toleranzwert, wird eine Korrektur der Ladekapazität der jeweiligen Zelle vorgenommen.
Obwohl das Verfahren zum Bestimmen der Ladekapazität hier nur im Zusammenhang mit dem Passive Balancing beschrieben wurde, lässt es sich selbstverständlich ebenso mit dem Active Balacing verbinden. Insbesondere kann es in ganz analoger Weise in Verbindung mit einem Aufladeprozess durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Ladekapazität (317c) einer Speicherzelle (102c), die zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, wenigstens umfassend die Schritte :
Ermitteln eines Anfangsladezustandes (210c) der Spei¬ cherzelle (102c),
wenigstens teilweises Aufladen oder Entladen der Spei- cherzelle (102c) für eine Ladezeitdauer,
Ermitteln eines Endladezustandes (313c) der Speicher¬ zelle (102c),
Bestimmen der Ladekapazität (317c) der Speicherzelle (102c) abhängig von dem Endladezustand (313c) und einem Soll-Ladezustand (212) der Speicherzelle (102c) und/oder abhängig von einer Differenz (314c) zwischen dem Endladezustand (131c) und dem Soll-Ladezustand (212) und/oder abhängig von einem Näherungswert (211c) der Ladekapazität (317c) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Ladezustand (212) abhängig von einem Referenzladezustand wenigstens einer von der Speicherzelle (102c) verschiedenen Referenzspeicherzelle (102b) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezeitdauer abhängig von
dem Anfangsladezustand (210c) und dem Soll-Ladezustand (212) und/oder
der Differenz zwischen dem Anfangsladezustand (210c) und dem Soll-Ladezustand (212) und/oder
- dem Näherungswert (211c) und/oder
elektrischen Eigenschaften wenigstens eines Ladewiderstandes, über den das Aufladen oder das Entladen erfolgt, und/oder
einem Entladestrom der Speicherzelle (102c) und/oder - einem Innenwiderstand der Speicherzelle (102c) und/oder einer SOC-OCV-Kurve der Speicherzelle (102c) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Ladekapazität (317c) umfasst, dass die Ladekapazität (317c) gleich der Summe aus dem Näherungswert (211c) und einem Korrekturwert gesetzt wird, wobei der Korrekturwert positiv ist, wenn der Endladezustand (313c) größer ist als der Soll-Ladezustand (212), und wobei der Korrekturwert negativ ist, wenn der Endladezustand (313c) kleiner ist als der Soll-Ladezustand (212) .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert linear von der Differenz (214c) zwischen dem Endladezustand (313c) und dem Soll-Ladezustand (212) abhängt und/oder dass der Korrekturwert linear von dem Näherungswert (211c) abhängt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert nur dann von Null verschieden ist, wenn ein Absolutbetrag der Differenz (314c) zwischen dem Endladezustand (313c) und dem Soll-Ladezustand (212) größer ist als ein To- leranzwert (315c) .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzwert (315c) anhand einer Vielzahl von Ermittlungen des Anfangsladezustandes (210c) bestimmt wird.
8. Speichersystem (101) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens umfassend
eine Speicherzelle (102c) zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie,
eine Messvorrichtung (103) zum Ermitteln mindestens eines Ladungszustandes der Speicherzelle (102c),
- eine Lade- oder Entladevorrichtung (104) zum mindestens teilweisen Auf- oder Entladen der Speicherzelle (102c) und
eine Steuer- und Recheneinheit (105) zum Ansteuern der Messvorrichtung (103) und zum Bestimmen einer Ladekapazität (317c) der Speicherzelle (102c) aus Ladezuständen der Spei¬ cherzelle (102c) .
9. Speichersystem (101) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzelle (102c) Teil eines Energie- Speichers (102) eines Kraftfahrzeugs ist, wobei der Energie¬ speicher (102) eingerichtet ist, einen Antrieb, einen Generator oder ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit Energie zu versorgen.
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