WO2013144195A1 - Verfahren zur bestimmung der kapazität einer energiespeichervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der kapazität einer energiespeichervorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2013144195A1
WO2013144195A1 PCT/EP2013/056503 EP2013056503W WO2013144195A1 WO 2013144195 A1 WO2013144195 A1 WO 2013144195A1 EP 2013056503 W EP2013056503 W EP 2013056503W WO 2013144195 A1 WO2013144195 A1 WO 2013144195A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
current
charge
energy storage
capacity
storage device
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/056503
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yingzhe GU
Can KURTULUS
Markus DOHR
Philipp BREITEGGER
Bernhard Kortschak
Original Assignee
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Publication of WO2013144195A1 publication Critical patent/WO2013144195A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/12—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of solid wood
    • 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]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • 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]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3828—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration
    • G01R31/3832—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC using current integration without measurement of battery voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the capacitance C of an energy storage device, in particular an electrochemical battery, based on a calculated state of charge SOC and a charge Q of the energy storage device formed by the temporal integration of the current i.
  • the capacity of a battery is usually calculated according to the following equation: c AQ Q2 - QX
  • ASOC SOC2 - SOCI ' where charge Q is the charge in [Ah] and SOC is the charge state SOC (state-of-charge) normalized between 0 and 1, and C is the capacity C of the battery in [Ah].
  • the state of charge SOC is determined by an algorithm that is not based on charge integration.
  • the calculation of the state of charge is not the subject of the present invention.
  • Methods for calculating the state of charge SOC can be found z. See, for example, S. Piller, M. Perrin, A. Jossen, Methods for State-of-charge Determination and their Applications, Journal of Power Sources 96, p. 113-120, 2001.
  • One possible method according to this would be e.g. the use of a Kalman filter for the calculation of the state of charge, whereby both current and voltage values are taken into account and the capacity in the stored model is set to a constant value.
  • US Pat. No. 8,041,522 B2 presents a recursive method for estimating the capacitance, working with differential values, for example with the difference in the state of charge between two points in time or with the charge conversion in one calculation step.
  • this is achieved by iteratively calculating the capacity C of the energy storage device by measuring the current i in each calculation step for a current time k and calculating the state of charge SOC of the energy storage device, and performing a capacity estimation in each calculation step by performing integrated current Q and an integrated current measurement error Q_off is set in relation to the calculated state of charge SOC.
  • the capacitance C is calculated by means of a recursive linear regression.
  • the method presented here uses all the information present in order to establish a relationship between charge Q and state of charge SOC. All measured quantities are thus continuously recorded and taken into account in the calculation at any time.
  • integral values are used, for example with the state of charge SOC, or with the charge Q since the beginning of the measurement.
  • the evaluation of integral quantities offers the advantage that inaccurate numerical differentiation of the signal is avoided.
  • the following optimization problem is solved at any time in order to obtain a current estimate for the battery capacity:
  • the offset i_off in the current measurement is thus explicitly taken into account in the method presented here. This is important because even a small deviation in the current i over time can lead to large errors.
  • the offset i_off ' ⁇ n of the current measurement can be set to a constant value or limited to a maximum or minimum value.
  • the method uses the measured current / ' and the determined state of charge SOC at time step k.
  • the following quantities are taken from the last computation step: A k i T A k-i (a 3x3 matrix), and A k i T b k -i (a 3x1 vector).
  • the charge Q is recalculated for the time k by adding the current current / ' multiplied by the time step dt to the charge in the previous calculation step.
  • step 2 Similar to step 1, the deviation of the charge Q_off caused by the notional current of 1A in the current measurement is recalculated.
  • the system matrix A T A is updated for the calculation step k with the new values Q and Q_off.
  • the vector A T b is updated for the current calculation step k with the new values Q, Q_off and SOC.
  • the calculation of the state of charge SOC is not part of the present invention.
  • a capacity determination is only carried out if predefined boundary conditions are met.
  • the capacity determination is carried out only after a defined minimum measuring time t min , wherein preferably the minimum measuring time t min is at least 1000 seconds is. This avoids numerical problems at the beginning of the measurement.
  • An improvement in the quality of the capacity determination can be further achieved if the optimization problem is based on a truncated singular value decomposition (TSVD). is regularized.
  • TSVD truncated singular value decomposition
  • the unknown offset in the current measurement preferably between - 200mA and + 200mA, is limited.
  • the recursive calculation can possibly also be extended by means of a forgetting factor and a weighting of the measured values.
  • the measured current i can also be corrected prior to the calculation of the battery charge Q by a current i corr caused by secondary reactions (for example gassing of lead-acid batteries or NiMH batteries). This allows an even more accurate capacity determination can be performed.
  • a current i corr caused by secondary reactions (for example gassing of lead-acid batteries or NiMH batteries). This allows an even more accurate capacity determination can be performed.
  • Fig. 1a plots the calculated state of charge SOC of an energy storage device over time t;
  • FIG. 1c shows the offset i_off of the current measurement integrated over time t
  • Fig. Ld shows the initial state of charge SOCO of the energy storage device
  • FIG. 2 plots the capacity C of the energy storage device determined by the method according to the invention over the time t.
  • the vector x_opt contains the solution of the optimization problem and consists of the determined capacity C of the battery, the estimated offset in the current measurement (i_off) and the initial state of charge of the battery (SOCO).
  • TSVD True Singular Value Decomposition
  • the recursive calculation can also be extended by means of the forgetting factor and with a weighting of the measured values.
  • the measured current i can also be corrected prior to the calculation of the charge Q by a current i k orr caused by secondary reactions (for example gassing of lead-acid batteries or NiMH batteries). This allows an even more accurate capacity determination can be performed.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazität C einer Energiespeichervorrichtung, insbesondere einer elektrochemischen Batterie, basierend auf einem berechneten Ladezustand SOC und einer durch die zeitliche Integration des Stromes i gebildeten Ladung Q der Energiespeichervorrichtung. Eine verbesserte Berechnung wird erreicht, indem die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung iterativ berechnet wird, und indem in jedem Rechenschritt für einen aktuellen Zeitpunkt k der aktuelle Strom i gemessen und der Ladezustand SOC der Energiespeichervorrichtung berechnet wird und in jedem Rechenschritt eine Kapazitätsschätzung durchgeführt wird, indem der integrierte Strom Q und ein integrierter Strommessfehler Q_off in Relation zum berechneten Ladezustand SOC gesetzt wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazität C einer Energiespeichervorrichtung, insbesondere einer elektrochemischen Batterie, basierend auf einem berechneten Ladezustand SOC und einer durch die zeitliche Integration des Stromes i gebildeten Ladung Q der Energiespeichervorrichtung .
Die Kapazität einer Batterie wird üblicherweise nach folgender Gleichung berechnet: c AQ Q2 - QX
ASOC SOC2 - SOCI ' wobei Ladung Q die Ladung in [Ah] und SOC der Ladezustand SOC (State-of- Charge) normiert zwischen 0 und 1 ist, und C die Kapazität C der Batterie in [Ah] ist.
Der Ladezustand SOC wird über einen Algorithmus bestimmt, der nicht auf einer Ladungsintegration basiert. Die Berechnung des Ladezustands ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung . Methoden für die Berechnung des Ladezustands SOC findet man z. B. in der Veröffentlichung S. Piller, M. Perrin, A. Jossen, "Methods for state-of-charge determination and their applications", Journal of Power Sources 96, p. 113-120, 2001. Eine mögliche Methode wäre hier zufolge z.B. die Verwendung eines Kaiman-Filters für die Berechnung des Ladezustands, wobei sowohl Strom- als auch Spannungswerte berücksichtigt werden und die Kapazität in dem hinterlegten Modell auf einen konstanten Wert gesetzt wird.
Die Kapazitätsbestimmung anhand der angeführten Formel hat aber die folgenden Nachteile :
• Es werden jeweils nur zwei Werte für die Ladung und für den Ladezustand berücksichtigt. Eine punktuelle Ungenauigkeit verschlechtert dementsprechend das Ergebnis. Das heißt, es handelt sich nicht um ein Verfahren, in welchem alle Messgrößen über der Zeit Einfluss auf das Ergebnis haben.
• Die Berechnung ist ungenau, wenn es nur kleine Änderungen im Ladezustand SOC gibt, bzw. wenn der Anfangs- und Endwert im betrachteten Zeitraum zufällig beieinander liegen. In beiden Fällen erfolgt eine Division durch einen kleinen Wert (SOC2-SOC1). • In der Regel wird man daher über mehrere Messungen mittein, wobei idealerweise ein gewichtetes Mittel, je nach Genauigkeit der einzelnen Kapazitätsbestimmung, verwendet werden sollte.
• Weiteres kann nach der Berechnungsmethode von oben eine Abweichung in der Strommessung große Fehler verursachen.
Eine ähnliche Methode wird auch in der EP 1 220 413 Bl vorgestellt, wobei die Kapazitätsermittlung nur zu festgelegten Zeitpunkten erfolgt, so zum Beispiel erst nach einer Vollladung der Batterie.
Weiters wird in US 8,041,522 B2 eine rekursive Methode präsentiert, um die Kapazität zu schätzen, wobei mit differenziellen Werten gearbeitet wird, so zum Beispiel mit dem Unterschied im Ladezustand zwischen zwei Zeitpunkten oder mit dem Ladungsumsatz in einem Rechenschritt.
Die bekannten Methoden haben den Nachteil, dass sie relativ ungenau sind .
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine genaue Abschätzung der Kapazität einer Energiespeichervorrichtung zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung iterativ berechnet wird, indem in jedem Rechenschritt für einen aktuellen Zeitpunkt k der aktuelle Strom i gemessen und der Ladezustand SOC der Energiespeichervorrichtung berechnet wird, und in jedem Rechenschritt eine Kapazitätsschätzung durchgeführt wird, indem der integrierte Strom Q und ein integrierter Strommessfehler Q_off in Relation zum berechneten Ladezustand SOC gesetzt wird. Vorzugsweise wird die Kapazität C mittels einer rekursiven lineare Regression berechnet.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren verwendet das hier vorgestellte Verfahren die gesamte vorliegende Information, um einen Zusammenhang zwischen Ladung Q und Ladezustand SOC herzustellen. Es werden somit alle Messgrößen kontinuierlich erfasst und zu jedem Zeitpunkt in der Berechnung berücksichtigt.
Dabei wird - zum Unterschied etwa zur US 8,041,522 Bl - mit integralen Werten gearbeitet, zum Beispiel mit dem Ladezustand SOC, oder mit der Ladung Q seit dem Beginn der Messung . Die Auswertung von integralen Größen bietet den Vorteil, dass eine ungenaue, numerische Differenzierung des Signals vermieden wird . Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zu jedem Zeitpunkt das folgende Optimierungsproblem gelöst, um eine aktuelle Schätzung für die Batteriekapazität zu bekommen :
Figure imgf000005_0001
M C
mit A = \Q Q_off l] und x - i _off lC ist, wobei
soco
SOC ... ein Vektor mit dem Ladezustand über Zeit in [%/100]
Q ... ein Vektor mit dem integrierten Strom i über Zeit in [Ah]
Q_off ... ein Vektor mit der Auswirkung einer Abweichung in der
Strommessung von 1A in [h] l . . . ein Vektor, alle Elemente haben den Wert 1
C ... ein Skalar für die Kapazität der Batterie in [Ah] i_off ... ein Skalar für den Offset in der Strommessung in [A]
SOCO ... ein Skalar für dem initialen Ladezustand der Batterie in
[%/100] ist.
Ein Offset i_off in der Strommessung wird in der hier vorgestellten Methode somit explizit berücksichtigt. Dies ist insofern wichtig, da schon eine kleine Abweichung im Strom i über die Zeit hinweg zu großen Fehlern führen kann. Der Offset i_off '\n der Strommessung kann dabei auf einen konstanten Wert gesetzt werden oder auf einen maximalen oder minimalen Wert begrenzt werden.
Von Bedeutung ist, dass es nicht notwendig ist, die oben genannten Vektoren (Q, Q_off, SOC) auch abzuspeichern, da das Optimierungsproblem iterativ und sehr effizient über die Zeit gelöst werden kann. Als iterative Methode hat sich die Rekursive Lineare Regression (Rekursive Least Squares, Rekursive Kleinste Quadrate) bewährt. Hierzu kann das Optimierungsproblem umgeformt und die Berechnung von x_opt wie folgt vorgenommen werden : 1) = Qk l + ik - dt/ 3600
2) _offk = Q _offk_l + dt/ 3600
3) A A - Ak_x Ak_x +
Figure imgf000006_0001
Q_offk i]
Figure imgf000006_0002
5) x_optk = {Ak TAk )1 Ak Tbk
Als Eingangsgrößen benutzt das Verfahren den gemessenen Strom /' und den ermittelten Ladezustand SOC jeweils zum Zeitschritt k. Aus dem letzten Rechenschritt werden die folgenden Größen übernommen : Ak-iT Ak-i (eine 3x3 Matrix) und Ak-iT bk-i (ein 3x1 Vektor).
Die einzelnen Verfahrenschritte sind wie folgt (siehe Gleichungen oben) :
1. Die Ladung Q wird für den Zeitpunkt k neu berechnet, indem der aktuelle Strom /' multipliziert mit der Zeitschrittweite dt zu der Ladung im vorherigen Rechenschritt hinzugezählt wird.
2. Ähnlich wie im Schritt 1 wird die Abweichung der Ladung Q_off, verursacht durch den fiktiven Strom von 1A in der Strommessung, neu berechnet.
3. Die Systemmatrix ATA wird für den Rechenschritt k mit den neuen Werten Q und Q_off aktualisiert.
4. Der Vektor ATb wird für den aktuellen Rechenschritt k mit den neuen Werten Q, Q_off und SOC aktualisiert. Die Berechnung des Ladungszustandes SOC ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
5. Für den aktuellen Zeitschritt wird eine optimale Lösung des Optimierungsproblems berechnet. Der aktuell beste Schätzwert der Kapazität kann aus dem Lösungsvektor x_opt abgelesen werden. Die Kapazität ist gleich dem Kehrwert des ersten Eintrags in x_opt .
Um eine Verbesserung der Genauigkeit zu erreichen, kann weiters vorgesehen sein, dass eine Kapazitätsbestimmung nur dann durchgeführt wird, wenn vordefinierte Randbedingungen erfüllt sind . So ist es vorteilhaft, wenn die Kapazitätsbestimmung erst nach einer definierten Mindestmessdauer tmin, durchgeführt wird, wobei vorzugsweise die Mindestmessdauer tmin mindestens 1000 Sekunden beträgt. Dadurch können numerische Probleme zu Messbeginn vermieden werden.
Eine Verbesserung der Qualität der Kapazitätsbestimmung lässt sich weiters erreichen, wenn das Optimierungsproblem an Hand einer gekürzten Singularwertzerlegung ("Truncated Singular Value Decomposition", TSVD). regularisiert wird . Als weitere Bedingung kann vorgesehen sein, dass der unbekannte Offset in der Strommessung, vorzugsweise zwischen - 200mA und +200mA, beschränkt wird.
Die rekursive Berechnung kann eventuell auch mittels Vergessensfaktor und mit einer Gewichtung der Messwerte erweitert werden.
Der gemessene Strom i kann auch vor der Berechnung der Batterieladung Q um einen Strom ikorr, verursacht durch Sekundärreaktionen (zum Beispiel Gasung bei Bleibatterien oder NiMH Batterien) korrigiert werden. Hierdurch kann eine noch genauere Kapazitätsbestimmung durchgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen :
Fig. la den berechnete Ladezustand SOC einer Energiespeichervorrichtung, über der Zeit t aufgetragen;
Fig. lb die Ladung Q, über der Zeit t aufgetragen;
Fig. lc das über der Zeit t integrierte Offset i_off der Strommessung;
Fig. ld den Anfangs-Ladezustand SOCO der Energiespeichervorrichtung;
und
Fig. 2 die mit der erfindungsgemäßen Methode bestimmte Kapazität C der Energiespeichervorrichtung, über der Zeit t aufgetragen.
In der hier vorgestellten Berechnung wird zu jedem Zeitpunkt k das folgende Optimierungsproblem gelöst, um eine aktuelle Schätzung für die Batteriekapazität zu bekommen :
Figure imgf000007_0001
mit
Figure imgf000007_0002
Der Vektor x_opt beinhaltet die Lösung des Optimierungsproblems und besteht aus der ermittelten Kapazität C der Batterie, dem geschätzten Offset in der Strommessung (i_off) und dem anfänglichen Ladezustand der Batterie (SOCO).
Die Größen sind wie folgt definiert:
SOC ... Vektor mit dem Ladezustand über Zeit in [%/100] (Fig. la)
Q ... Vektor mit dem integrierten Strom über Zeit in [Ah] (Fig . lb)
Q_off ... Vektor mit der Auswirkung einer Abweichung in der Strommessung von 1A (in [h], Fig . lc) l . . . Vektor, alle Elemente haben den Wert 1 (Fig . ld)
C ... Skalar für die Kapazität der Batterie in [Ah] i_off ... Skalar für den Offset in der Strommessung in [A]
SOCO ... Skalar für den initialen Ladezustand der Batterie in [%/100]
Vereinfacht kann man sich die Lösung auch als grafisches Problem vorstellen, wie an Hand der Fig . 1 erläutert wird. Hierzu versucht man, die Kurve SOC in Fig. la möglichst gut als Linearkombination der Kurven Q, i_off und 1 in den Fig . b, Fig . lc und Fig. ld darzustellen. Die Koeffizienten der Linearkombination für die beste Übereinstimmung im Sinne einer quadratischen Abweichung sind dann genau die Einträge im Vektor x_opt. Diese Methode ist auch als Lineare Regression bekannt.
In den ersten 1000 Sekunden des angeführten Beispiels liegen nur sehr wenige Informationen vor. Dies äußert sich in numerischen Problemen bei der Lösung des Optimierungsproblems, das heißt, die Systemmatrix ATA ist schlecht konditioniert. Aus diesem Grund ist es notwendig, das Problem zu "regularisieren". Hierzu werden folgende Methoden vorgeschlagen (Details findet man hierzu in C R. Vogel, Computational Methods for Inverse Problems, 2002) :
• Es erfolgt nur dann eine Kapazitätsbestimmung, wenn genug Informationen vorhanden sind (Fig . 2, Kurve 2).
• Es erfolgt eine Regularisierung des Problems anhand einer "Truncated Singular Value Decomposition" (TSVD, Fig . 2, Kurve 3).
• Es wird der unbekannte Offset i_off '\n der Strommessung beschränkt, z. B. zwischen -200mA und 200mA (Fig. 2, Kurve 4), da höhere Abweichungen unrealistisch sind. Wie aus Fig . 2 ersichtlich ist, unterscheiden sich die Ergebnisse der verschiedenen Verfahren nur in den ersten Minuten der Berechnung . Nach einer gewissen Zeit erzielt man mit allen Verfahren einen guten Schätzwert für die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung.
Weiters kann die rekursive Berechnung auch mittels Vergessensfaktor und mit einer Gewichtung der Messwerte erweitert werden.
Der gemessene Strom i kann auch vor der Berechnung der Ladung Q um einen Strom ikorr verursacht durch Sekundärreaktionen (zum Beispiel Gasung bei Bleibatterien oder NiMH Batterien) korrigiert werden. Hierdurch kann eine noch genauere Kapazitätsbestimmung durchgeführt werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Verfahren zur Bestimmung der Kapazität C einer Energiespeichervorrichtung, insbesondere einer elektrochemischen Batterie, basierend auf einem berechneten Ladezustand SOC und einer durch die zeitliche Integration des Stromes i gebildeten Ladung Q der Energiespeichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung iterativ berechnet wird, indem in jedem Rechenschritt für einen aktuellen Zeitpunkt k der aktuelle Strom i gemessen und der Ladezustand SOC der Energiespeichervorrichtung berechnet wird und in jedem Rechenschritt eine Kapazitätsschätzung durchgeführt wird, indem der integrierte Strom Q und ein integrierter Strommessfehler Q_off in Relation zum berechneten Ladezustand SOC gesetzt wird .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C mittels einer rekursiven lineare Regression berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung aus der Lösung folgenden Optimierungsproblems bestimmt wird :
Figure imgf000010_0001
H C
mit A = \Q Q_off l] und x - i _off lC ist, wobei
soco ein Vektor mit dem Ladezustand über Zeit in [%/100] ein Vektor mit dem integrierten Strom i über Zeit in [Ah] ein Vektor mit der Auswirkung einer Abweichung in Strommessung von 1A in [h] ein Vektor, alle Elemente haben den Wert 1 ein Skalar für die Kapazität der Batterie in [Ah] ein Skalar für den Offset in der Strommessung in [A] SOCO ... ein Skalar für den initialen Ladezustand der Batterie in [%/100] ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladung Qk für den aktuellen Zeitpunkt k, berechnet wird, indem der aktuelle Strom i multipliziert mit der Zeitschrittweite dt zu der Ladung Qk-i des vorigen Rechenschrittes hinzugezählt wird, nach folgender Gleichung :
Qk = Qk_l + ik - dt/3600 .
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung der Ladung Q_off, verursacht durch einen definierten fiktiven Strom von vorzugsweise 1A, in der Strommessung, nach folgender Gleichung :
Q- ffk = Q_offk_l + l -dt/3m .
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemmatrix ATA für den aktuellen Rechenschritt k mit den neuen Werten für die Ladung Q und die Abweichung der Ladung Q_off aktualisiert wird, nach folgender Gleichung :
4t 4t ~ 4t -l 4t -l + Q_offk l]
Figure imgf000011_0001
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektors ATb für den aktuellen Rechenschritt k mit den neuen Werten für die Ladung Q, die Abweichung der Ladung Q_off und den Ladezustand SOC aktualisiert wird, nach folgender Gleichung :
Qk
4t bk = Ak_x bk_x + Q_offk ■SOC,
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den aktuellen Zeitpunkt eine optimale Lösung des Optimierungsproblems berechnet wird, nach folgender Gleichung : x_optk = {Ak TAk )1 Ak Tbk
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazitätsbestimmung nur dann durchgeführt wird, wenn vordefinierte Randbedingungen erfüllt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätsbestimmung erst nach einer definierten Mindestmessdauer tmin, durchgeführt wird, wobei vorzugsweise die Mindestmessdauer tmin mindestens 1000 Sekunden beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität C der Energiespeichervorrichtung aus der Lösung eines Optimierungsproblems bestimmt wird, das an Hand einer gekürzten Singularwertzerlegung regularisiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der unbekannte Offset i_off in der Strommessung, vorzugsweise zwischen - 200mA und +200mA, beschränkt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des Stromes i und/oder die ermittelten Werte der Ladung SOC mittels zumindest eines Vergessensfaktor und/oder eines Gewichtungsfaktors gewichtet werden, wobei vorzugsweise aktuellere Messwerte höher gewichtet werden, als ältere.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom i vor der Integration durch einen Korrekturstrom ikorr korrigiert wird, wobei der Korrekturstrom auf Grund von Sekundärreaktionen in der Energiespeichervorrichtung bestimmt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Offset i_off in der Strommessung auf einen konstanten Wert gesetzt wird oder auf einen maximalen oder minimalen Wert begrenzt wird.
2013 03 27
Ba
PCT/EP2013/056503 2012-03-28 2013-03-27 Verfahren zur bestimmung der kapazität einer energiespeichervorrichtung WO2013144195A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50104/2012 2012-03-28
ATA50104/2012A AT512745B1 (de) 2012-03-28 2012-03-28 Verfahren zur Bestimmung der Kapazität C einer Energiespeichervorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013144195A1 true WO2013144195A1 (de) 2013-10-03

Family

ID=48050690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/056503 WO2013144195A1 (de) 2012-03-28 2013-03-27 Verfahren zur bestimmung der kapazität einer energiespeichervorrichtung

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT512745B1 (de)
WO (1) WO2013144195A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111142025A (zh) * 2019-12-26 2020-05-12 珠海格力电器股份有限公司 一种电池soc估算方法、装置、存储介质及电动汽车
CN112240980A (zh) * 2020-12-18 2021-01-19 中海储能科技(北京)有限公司 基于学习算法的soc检测方法
DE102020209399A1 (de) 2020-07-24 2022-01-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Erfassung von elektrischen Fehlerzuständen zumindest eines Wechselakkupacks und/oder eines mit dem zumindest einen Wechselakkupack verbindbaren Elektrogeräts sowie System zur Durchführung des Verfahrens

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT515193B1 (de) 2013-11-04 2017-09-15 Avl List Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges
DE102018212545A1 (de) 2018-07-27 2020-01-30 Audi Ag Verfahren zum Überwachen eines Zustands einer Batterie, Überwachungseinrichtung und Kraftfahrzeug

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1220413B1 (de) 1999-09-09 2009-03-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vorrichtung zum messen der batterieladung und zur berechnung der verbleibenden ladung
EP2325664A1 (de) * 2008-09-02 2011-05-25 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Statuseinschätzungsvorrichtung für eine sekundärbatterie
JP2011106953A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Honda Motor Co Ltd 電池容量検出方法
US8041522B2 (en) 2009-12-02 2011-10-18 American Electric Vehicles, Ind. System and method for recursively estimating battery cell total capacity

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3432463B2 (ja) * 1999-09-09 2003-08-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 バッテリ容量計測装置
BRPI0419140B8 (pt) * 2004-11-29 2023-01-10 Lg Chemical Ltd Método e aparato para estimar os valores descritivos da presente condição operacional de uma bateria

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1220413B1 (de) 1999-09-09 2009-03-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vorrichtung zum messen der batterieladung und zur berechnung der verbleibenden ladung
EP2325664A1 (de) * 2008-09-02 2011-05-25 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Statuseinschätzungsvorrichtung für eine sekundärbatterie
JP2011106953A (ja) * 2009-11-17 2011-06-02 Honda Motor Co Ltd 電池容量検出方法
US8041522B2 (en) 2009-12-02 2011-10-18 American Electric Vehicles, Ind. System and method for recursively estimating battery cell total capacity

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.R. VOGEL: "Details findet man hierzu", COMPUTATIONAL METHODS FOR INVERSE PROBLEMS, 2002
S. PILLER; M. PERRIN; A. JOSSEN: "Methods for state-of-charge determination and their applications", JOURNAL OF POWER SOURCES, vol. 96, 2001, pages 113 - 120, XP004298736, DOI: doi:10.1016/S0378-7753(01)00560-2

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111142025A (zh) * 2019-12-26 2020-05-12 珠海格力电器股份有限公司 一种电池soc估算方法、装置、存储介质及电动汽车
DE102020209399A1 (de) 2020-07-24 2022-01-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Erfassung von elektrischen Fehlerzuständen zumindest eines Wechselakkupacks und/oder eines mit dem zumindest einen Wechselakkupack verbindbaren Elektrogeräts sowie System zur Durchführung des Verfahrens
CN112240980A (zh) * 2020-12-18 2021-01-19 中海储能科技(北京)有限公司 基于学习算法的soc检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
AT512745B1 (de) 2013-12-15
AT512745A1 (de) 2013-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013144195A1 (de) Verfahren zur bestimmung der kapazität einer energiespeichervorrichtung
DE112016006166T5 (de) Zustandsschätz-Vorrichtung und Zustandsschätz-Verfahren
DE112015005201T5 (de) Abschätzungseinheit für eine verbleibende gespeicherte energiemenge, verfahren zum abschätzen einer verbleibenden gespeicherten energiemenge einer speicherbatterie sowie computerprogramm
DE102015203789A1 (de) Batteriemodell mit Robustheit gegenüber cloud-spezifischen Kommunikationsproblemen
DE102013216200A1 (de) Online-Batteriekapazitätsschätzung
DE102015011745B3 (de) Ladezustandsbestimmung bei einer Kraftfahrzeug-Batterie
DE102012010486A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bewerten eines Alterungszustands einer Batterie
DE112019002770T5 (de) Parameterschätzvorrichtung, Parameterschätzverfahren, und Computerprogramm
DE102019111976A1 (de) Kapazitätsbestimmung bei Batterien
DE112018001790T5 (de) Vorrichtung zur verwaltung eines energiespeichergeräts und verfahren zur ver waltung eines energiespeichergeräts
EP2318853B1 (de) Verfahren zur berechnung des ladezustandes einer batterie
WO2015055454A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum einstellen einer maximal-entladetiefe eines energiespeichers für eine zeitperiode
DE102020212298A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur gerätespezifischen Bestimmung eines innenwiderstandsbasierten Alterungszustands einer Batterie
EP2856189B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum feststellen der tatsächlichen kapazität einer batterie
DE102012204957A1 (de) Verfahren zur Bestimmung eines maximal verfügbaren Konstantstroms einer Batterie, Anordnung zur Ausführung eines solchen Verfahrens, Batterie in Kombination mit einer solchen Anordnung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
DE102022211063A1 (de) Controller zum Abschätzen charakteristischer Parameter einer Batterie und Verfahren dafür
DE102013203174A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erhöhen der verfügbaren Kapazität in einem Batteriestrang durch Angleichen der Zell-Ladungsmengen, Batteriemanagementsystem, Batterie und Batterieladegerät
DE102010001529A1 (de) Adaptives Verfahren zur Bestimmung der Leistungsparameter einer Batterie
WO2012156233A2 (de) Vorrichtung und verfahren zum bestimmen eines zustandsparameters einer batterie
DE102014210603A1 (de) Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie
DE102021125478B4 (de) Bestimmung eines alterungswerts für batterien mit strom-spannungs-zeitreihen in zeitdomäne und belastungsdomäne
DE112019005423T5 (de) Parameterschätzsystem, Parameterschätzvorrichtung, Fahrzeug, Computerprogramm und Parameterschätzverfahren
DE102014215769A1 (de) Verfahren zum Bestimmen einer widerstandsbezogenen Größe einer Batteriezelle
DE102012016279A1 (de) Verfahren zur Parametrierung eines impedanzbasierten Modells eines elektrochemischen Systems
DE102012214804A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln von Qualitätsinformationen einer Batteriezelle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13714895

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13714895

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1