WO2015185348A1 - Verfahren zum schätzen einer elektrischen kapazität einer sekundärbatterie - Google Patents

Verfahren zum schätzen einer elektrischen kapazität einer sekundärbatterie Download PDF

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WO2015185348A1
WO2015185348A1 PCT/EP2015/060868 EP2015060868W WO2015185348A1 WO 2015185348 A1 WO2015185348 A1 WO 2015185348A1 EP 2015060868 W EP2015060868 W EP 2015060868W WO 2015185348 A1 WO2015185348 A1 WO 2015185348A1
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electrical capacitance
battery
electrical
capacity
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PCT/EP2015/060868
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Triantafyllos Zafiridis
Andre Boehm
Michael Rueger
Olivier Cois
Anne HEUBNER
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • 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]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Secondary batteries used which are subject to aging in principle. At the same time, as the age of a secondary battery decreases, its electric capacity tends to decrease. As a result, an electric power available from a secondary battery, and thus a range of an electrically powered motor vehicle equipped with a secondary battery, decreases over time.
  • Aging model is based on an actual aging of the
  • Remaining range of an electrically driven motor vehicle is overestimated. Such an overestimation of the remaining range of an electrically driven motor vehicle is generally accepted less than an underestimation of the remaining range, as in any case a lingering of the motor vehicle should be avoided.
  • US 2013/0085696 A1 discloses a method for obtaining a deterioration of a battery comprising the steps
  • US 2010/0036626 A1 discloses a device that exhibits a state of health CState of Health (SOH) of a battery on the basis of a battery
  • a data storage unit obtains and stores battery voltage, current, and temperature data for each SOH estimate.
  • a first state of charge (SOC) estimation unit estimates a first SOC by integration using the current data.
  • a second SOC estimation unit estimates the open circuit voltage from a voltage variation pattern and calculates and stores the second SOC, which is the open circuit voltage and temperature is assigned, taking into account correlations between the SOC.
  • the convergence calculation unit calculates and stores a convergence value for a weighted average of the ratio of the second SOC variation to the first SOC variation.
  • An SOH estimation unit estimates the capacity corresponding to the weighted average convergence value by correlation between the weighted average convergence value and the capacity, estimates a relative ratio of the estimated capacity to initial capacity, and stores it as SOH. Disclosure of the invention
  • the invention relates to a method for estimating an electrical capacity of a battery, in particular an electrically driven
  • Motor vehicle comprising the steps:
  • the invention is based on a higher-level algorithm which, in contrast to conventional algorithms, significantly reduces a probability of overestimating the electrical capacity of a secondary battery in favor of underestimating the electrical capacity of the secondary battery.
  • Aging model can have any complexity and quality and depends heavily on a test depth of battery cell aging tests
  • the weighting factors can be kept constant between estimates of the electrical capacity of a secondary battery.
  • the invention restricts a range of an electrically powered motor vehicle equipped with a secondary battery at the beginning of a vehicle
  • the electrical capacity of a secondary battery is dedicated at certain time intervals, for example in a workshop.
  • the cycles lying between two such measurements can become correspondingly longer, for example several months or years, that is to say the measurements or estimates become correspondingly rarer.
  • both the empirical aging model and the estimation algorithm can be adapted with particularity
  • Weighting can be used.
  • the estimation algorithm may be selected from the battery-specific state data such as the latest estimated electric capacity, electric current or current integral, electric voltage, voltage waveforms, ampere throughput, temperature, temperature history and the like, the electric capacity of a secondary battery or the like
  • Estimate capacity change can refer to the last operating cycle or to the entire previous life of the secondary battery.
  • battery-specific status data in addition to the battery-specific state data, which is determined during a journey If appropriate, battery-specific status data for the rest periods between the journeys can be determined or estimated.
  • battery-specific status data are, for example, the duration of a
  • a driving cycle and / or a rest cycle of the vehicle is used as the operating cycle.
  • the method is particularly suitable for those algorithms that work cycle-based and provide a result in each cycle, which consists of a successful or unsuccessful estimation of the electrical capacity of a secondary battery or a capacity change with a certain quality, when a cumulative evaluation of driving and Rest periods.
  • algorithms are used that use complete driving cycles to analyze the electrical capacity of a secondary battery or a capacitance change.
  • Estimation algorithm generates a signal that describes a quality and / or an error of a last made estimate of the electrical capacity.
  • the first value for the electrical capacitance is weighted more strongly than the second value for the electrical capacitance, the smaller the error of the last one
  • the determined first value for the electrical capacity or for the capacity change of the secondary battery can be weighted more heavily (up to 100% compared to the second value for the electrical capacitance or for the capacitance change determined from the empirical aging model of the secondary battery %) become.
  • a, for example, linear, cross-fading function can be used.
  • the first value for the electrical capacitance is completely discarded if the error of the most recent estimate of the electrical capacitance is greater than or equal to a predetermined maximum error limit value. If the first value for the electrical capacitance is correspondingly completely rejected, only the second value for the electrical capacitance or for the capacitance change determined for the next one from the empirical aging model of the secondary battery can be used
  • the greatest possible change in the electrical capacity is made using the empirical
  • the method of estimating an electric capacitance between determinations of estimated values for the electric capacity of the battery can be used. If a focus of an improvement to be achieved is that, for example, the remaining range of an electrically driven motor vehicle or the residual capacity of a secondary battery of an electrically driven motor vehicle should never be overestimated, a worst-case aging condition of the empirical aging model can be selected, in which the greatest possible change the electrical capacity is used. On the other hand, if the focus is on the most accurate estimation possible of the electrical capacity of a secondary battery at all times, an optimized calibration of the empirical aging model can be selected, which describes the expected aging of the secondary battery as precisely as possible. This minimizes the error of the overall estimate.
  • the estimated value for the electrical capacitance is used to correct the empirical aging model. This can further improve the quality of the estimation of the electric capacity of a secondary battery.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an estimate of the electrical capacity of a secondary battery according to a conventional method
  • Figure 2 is a schematic representation of an estimate of the electrical capacity of a secondary battery according to an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a block diagram for an exemplary sequence of a
  • Figure 1 shows a schematic representation of an estimate of the electrical capacity of a secondary battery according to a conventional method.
  • a curve 1 relating to the real electrical capacity of a secondary battery and a step-shaped curve 2 are shown with respect to an estimated electrical capacity of the secondary battery using an estimation algorithm.
  • an estimate of the electric capacity of the secondary battery is made using the estimation algorithm, respectively.
  • the respective estimated electrical capacity is maintained until the next estimate.
  • the actual electric capacity of the secondary battery decreases, thereby increasing an error of estimation until the next estimation.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an estimate of the electrical capacity of a secondary battery according to an embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 2 shows both a curve 1 relating to the real electrical capacity of a secondary battery and a curve 3 relating to an estimated electrical capacity of the secondary battery using the method according to the invention.
  • At the times ti to t 7 are each an estimate of the electrical capacity of the secondary battery using the method of the invention takes place.
  • the electric sinks Capacity of the secondary battery according to the data of the used empirical aging model.
  • the focus of an improvement to be achieved is that the remaining range of an electrically driven motor vehicle or the residual capacity of the
  • FIG. 3 shows a block diagram for an exemplary sequence of a
  • the estimation algorithm 4 is represented symbolically on the left of which there are several signal inputs 5 and on the right two signal outputs 6 and 7. Via a signal input 5, the estimation algorithm 4 is supplied with the last estimated electric capacity of the secondary battery. About the others
  • Condition data for example, the electric current, the electric voltage, the temperature or the like, are supplied.
  • a signal can be tapped off, which describes a quality and / or an error of a last made estimate of the electrical capacity.
  • a first value for the electrical capacitance determined using the estimation algorithm 4 and the battery-specific state data can be tapped off.
  • the empirical aging model 8 is shown symbolically, on which several signal inputs 9 and, on the right, a signal output 10 are present on the left. Via a signal input 9 is the empirical
  • battery-specific state data for example the ampere-hourly throughput, the temperature or the like, can be supplied to the estimation algorithm 4.
  • the signal output 10 is one using the empirical Aging model 8 and the battery-specific state data determined second value for the electrical capacitance tapped.
  • the signals or values for the electrical capacitance which can be tapped off at the signal outputs 6, 7 and 10 are processed in a method step 11, wherein a first weighted value for the electrical capacitance is determined by multiplying the first value for the electrical capacitance by a first weighting factor, determining a second weighted value for the electrical capacitance by multiplying the second value for the electrical capacitance by a second weighting factor, a value sum is determined by adding the weighted values for the electrical capacitance
  • Weighting sum is determined by adding the weighting factors and an estimate of the electrical capacity is determined by dividing the value sum by the weighting sum. This estimated value is present at the Singanausgang 12.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, aufweisend die Schritte: - Erfassen von batteriespezifischen Zustandsdaten; - Ermitteln eines ersten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines Schätzalgorithmus und der batteriespezifischen Zustandsdaten oder durch eine Messung der elektrischen Kapazität; - Ermitteln eines zweiten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines empirischen Alterungsmodells der Batterie und der batteriespezifischen Zustandsdaten; - Ermitteln eines ersten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des ersten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem ersten Gewichtungsfaktor; - Ermitteln eines zweiten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des zweiten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem zweiten Gewichtungsfaktor; - Ermitteln einer Wertesumme durch Addieren der gewichteten Werte für die elektrische Kapazität; - Ermitteln einer Gewichtungssumme durch Addieren der Gewichtungsfaktoren; und - Ermitteln eines Schätzwertes für die elektrische Kapazität durch Dividieren der Wertesumme durch die Gewichtungssumme.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie Stand der Technik
In elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen, Hybridelektrofahrzeugen und Plug-in-Hybridelektrofahrzeugen, werden
Sekundärbatterien eingesetzt, die prinzipbedingt einer Alterung unterliegen. Dabei nimmt mit dem Alter einer Sekundärbatterie deren elektrische Kapazität tendenziell ab. Dies führt dazu, dass eine von einer Sekundärbatterie zur Verfügung stellbare elektrische Energie und damit eine Reichweite eines mit einer Sekundärbatterie ausgestatteten, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs im Laufe der Zeit sinkt.
Es ist bekannt, zur Kapazitätsschätzung Algorithmen einzusetzen. Zum einen existieren Schätzalgorithmen, die anhand von elektrischen Eigenschaften einer Sekundärbatterie auf die elektrische Kapazität der Sekundärbatterie schließen bzw. diese schätzen. Solche Schätzalgorithmen sind in der Regel fehlerbehaftet, da einerseits zur Erfassung von von einem Schätzalgorithmus zu
berücksichtigenden Eingangsparametern eine Messelektronik mit beschränkter Genauigkeit verwendet wird und andererseits keine entsprechenden dedizierten Messungen der elektrischen Kapazität in elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen möglich bzw. gewünscht sind, sondern auftretende Fahrzyklen analysiert werden müssen. Die Fahrzyklen hängen stark von dem jeweiligen Fahrer und
Verkehrsbedingungen ab und können unter Umständen ungeeignet zur
Kapazitätsschätzung sein. Sollten dennoch dedizierte Kapazitätsmessungen vorgenommen werden, geschieht dies in der Regel in großen zeitlichen Abständen, so dass zwischen den Kapazitätsmessungen Fehler durch eine fortschreitende Alterung einer Sekundärbatterie auftreten.
Es existieren des Weiteren empirische Modelle zur Alterungsschätzung von Sekundärbatterien, sogenannte empirische Alterungsmodelle, die ebenfalls fehlerbehaftet sind. Insbesondere ist es schwierig, aus einer im Labor vorab bestimmten Alterung einer Sekundärbatterie, die einem empirischen
Alterungsmodell zugrunde liegt, auf eine tatsächliche Alterung der
Sekundärbatterie in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug zu schließen.
Prinzipbedingt haben lernende Algorithmen zur Kapazitätsschätzungen einen Rückstand gegenüber der tatsächlichen Alterung einer Sekundärbatterie, insbesondere wenn die Kapazitätsschätzungen in großen Zeitabständen erfolgen, beispielsweise weil Werkstattmessungen notwendig sind und/oder nur besonders geeignete Fahrzyklen analysiert werden, die gegebenenfalls längere Zeit nicht auftreten. Im Extremfall könnten solche besonders geeigneten
Fahrzyklen zur Analyse niemals auftreten, wenn das Verhalten des jeweiligen Fahrers hierzu ungeeignet ist. In solchen Fällen hinkt die geschätzte elektrische Kapazität der tatsächlichen elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie hinterher, wie es in Figur 1 schematisch dargestellt ist, wodurch die
Restreichweite eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs überschätzt wird. Eine solche Überschätzung der Restreichweite eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs wird allgemein weniger akzeptiert als eine Unterschätzung der Restreichweite, da in jedem Fall ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs vermieden werden soll.
Des Weiteren sind die verwendeten Algorithmen zur Kapazitätsmessung fehlerbehaftet. Solche Fehler können sowohl zu einer Überschätzung als auch zu einer Unterschätzung der Reichweite eines Kraftfahrzeugs führen. Auch hier ist eine Überschätzung dieser Reichweite weniger akzeptabel als eine
Unterschätzung der Reichweite. Wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei Kapazitätsschätzungen lang ausfällt, treten zusätzlich Fehler auf, die größer als die eigentlichen Fehler eines
Schätzalgorithmus sind und die anwachsen, je länger die Zeit bis zur nächsten Kapazitätsschätzung ist.
US 2013/0085696 AI offenbart ein Verfahren zum Erhalt einer Verschlechterung einer Batterie, umfassend die Schritte
- Sammeln von Daten von der Batterie und Daten bezüglich der
Verschlechterung der Batterie,
- Verarbeiten der gesammelten Daten, um Parameter bezüglich der
Verschlechterung der Batterie zu erhalten,
- Erstellen und Aktualisieren eines Verschlechterungsmodells für die Batterie mittels der erhaltenen Parameter und
- Berechnen der Verschlechterung der Batterie unter Verwendung des Modells und der Parameter.
US 2010/0036626 AI offenbart eine Vorrichtung, die einen Alterungszustand CState of Health"; SOH) einer Batterie auf der Basis eines
Batteriespannungsänderungsmuster schätzt. Eine Datenspeichereinheit erlangt und speichert Daten zur Batteriespannung, zum Strom und zur Temperatur von Sensoren bei jeder SOH-Schätzung. Eine erste LadungszustandC.State of Charge"; SOC)-Schätzeinheit schätzt einen ersten SOC durch Integration unter Verwendung der aktuellen Daten. Eine zweite SOC-Schätzeinheit schätzt die Leerlaufspannung aus einem Spannungsvariationsmuster und berechnet und speichert den zweiten SOC, welcher der Leerlaufspannung und der Temperatur zugeordnet ist, unter Berücksichtigung von Korrelationen zwischen der
Leerlaufspannung/Temperatur und dem SOC. Ein
Konvergenzberechnungseinheit berechnet und speichert einen Konvergenzwert für einen gewichteten Mittelwert des Verhältnisses der zweiten SOC-Variation zu der ersten SOC-Variation. Eine SOH-Schätzeinheit schätzt die Kapazität entsprechend dem gewichteten mittleren Konvergenzwert mittels Korrelation zwischen dem gewichteten mittleren Konvergenzwert und der Kapazität, schätzt ein relatives Verhältnis der geschätzten Kapazität zu Anfangskapazität, und speichert sie als SOH. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität einer Batterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren
Kraftfahrzeugs, aufweisend die Schritte:
- Erfassen von batteriespezifischen Zustandsdaten;
- Ermitteln eines ersten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines Schätzalgorithmus und der batteriespezifischen Zustandsdaten oder durch eine Messung der elektrischen Kapazität;
- Ermitteln eines zweiten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines empirischen Alterungsmodells der Sekundärbatterie und der
batteriespezifischen Zustandsdaten;
- Ermitteln eines ersten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des ersten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem ersten Gewichtungsfaktor;
- Ermitteln eines zweiten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des zweiten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem zweiten Gewichtungsfaktor;
- Ermitteln einer Wertesumme durch Addieren der gewichteten Werte für die elektrische Kapazität;
- Ermitteln einer Gewichtungssumme durch Addieren der Gewichtungsfaktoren; und
- Ermitteln eines Schätzwertes für die elektrische Kapazität durch Dividieren der Wertesumme durch die Gewichtungssumme.
Die Erfindung basiert auf einem übergeordneten Algorithmus, der im Gegensatz zu herkömmlichen Algorithmen eine Wahrscheinlichkeit einer Überschätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie maßgeblich zugunsten einer Unterschätzung der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie reduziert.
Dadurch wird eine Restreichweite eines mit einer gealterten Sekundärbatterie ausgestatteten, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs eher zu gering als zu hoch eingeschätzt, wodurch wiederum eine Wahrscheinlichkeit eines Liegenbleibens des Kraftfahrzeugs signifikant reduziert wird. Diese Vorteile werden durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung von zwei auf verschiedene Art und Weise ermittelten Werten für die elektrische Kapazität der Sekundärbatterie erreicht. Hierzu kann ein Komplementärfilter verwendet werden. Das empirische
Alterungsmodell kann eine beliebige Komplexität und Qualität haben und hängt stark von einer Testtiefe von Alterungstests der Batteriezellen einer
Sekundärbatterie ab. Die Gewichtungsfaktoren können zwischen Schätzungen der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie konstant gehalten werden.
Die Erfindung schränkt eine Reichweite eines mit einer Sekundärbatterie ausgestatteten, elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs zu Beginn eines
Batterielebens in keiner Weise ein, da zur Sicherstellung einer
NichtÜberschätzung der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie zu Beginn des Batterielebens nicht prophylaktisch ein bestimmter Kapazitätswert abgezogen werden muss.
Nach einer erfindungsgemäßen Alternative wird die elektrische Kapazität einer Sekundärbatterie in bestimmten zeitlichen Abständen dediziert, beispielsweise in einer Werkstatt, gemessen. Die zwischen zwei derartigen Messungen liegenden Zyklen können hierbei entsprechend länger, beispielsweise mehrere Monate oder Jahre, werden, das heißt, die Messungen bzw. Schätzungen werden entsprechend seltener. Zwischen den Messungen können sowohl das empirische Alterungsmodell als auch der Schätzalgorithmus mit besonders angepasster
Gewichtung verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden batteriespezifische
Zustandsdaten erfasst, die sich auf eine bis zur Erfassung der Zustandsdaten gegebene Lebensdauer der Batterie oder sich auf zumindest den letzten
Betriebszyklus vorgegebener zeitlicher Länge der Batterie beziehen. Der Schätzalgorithmus kann aus den batteriespezifischen Zustandsdaten, beispielsweise der letzten geschätzten elektrischen Kapazität, dem elektrischen Strom oder dem Stromintegral, der elektrischen Spannung, Spannungsverläufen, dem Amperestundendurchsatz, der Temperatur, Temperaturverläufen und dergleichen, die elektrische Kapazität einer Sekundärbatterie oder eine
Kapazitätsänderung schätzen. Diese Eingangssignale können sich auf den letzten Betriebszyklus oder aber auf die gesamte bisherige Lebensdauer der Sekundärbatterie beziehen. Im empirischen Alterungsmodell können zusätzlich zu den batteriespezifischen Zustandsdaten, die während einer Fahrt ermittelt werden, gegebenenfalls batteriespezifische Zustandsdaten für die Ruhepausen zwischen den Fahrten ermittelt oder geschätzt werden. Solche
batteriespezifischen Zustandsdaten sind zum Beispiel die Dauer einer
Ruhepause und eine mittlere Temperatur einer Sekundärbatterie
währenddessen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Betriebszyklus ein Fahrzyklus und/oder ein Ruhezyklus des Fahrzeugs verwendet. Das Verfahren ist für solche Algorithmen, die zyklenbasiert arbeiten und in jedem Zyklus ein Ergebnis liefern, welches aus einer erfolgreichen oder erfolgslosen Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie oder einer Kapazitätsänderung mit einer gewissen Qualität besteht, besonders geeignet, wenn eine kumulierte Auswertung von Fahr- und Ruhezeiten erfolgt. Bevorzugt werden Algorithmen verwendet, die vollständige Fahrzyklen zur Analyse der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie oder einer Kapazitätsänderung verwenden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird mittels des
Schätzalgorithmus ein Signal erzeugt, das eine Qualität und/oder einen Fehler einer zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität beschreibt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Wert für die elektrische Kapazität umso stärker als der zweite Wert für die elektrische Kapazität gewichtet wird, je kleiner der Fehler der zuletzt
vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität ist, und dass der zweite Wert für die elektrische Kapazität umso stärker als der erste Wert für die elektrische Kapazität gewichtet wird, je größer der Fehler der zuletzt
vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität ist. Ist der Fehler der letzten Schätzung gering, kann der ermittelte erste Wert für die elektrische Kapazität bzw. für die Kapazitätsänderung der Sekundärbatterie gegenüber der aus dem empirischen Alterungsmodell der Sekundärbatterie ermittelten zweiten Wert für die elektrische Kapazität bzw. für die Kapazitätsänderung stärker gewichtet (bis zu 100%) werden. Zur Realisierung dieser Ausgestaltung kann eine, beispielsweise lineare, Überblendfunktion verwendet werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der erste Wert für die elektrische Kapazität vollständig verworfen, wenn der Fehler der zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität größer oder gleich einem vorgegebenen maximalen Fehlergrenzwert ist. Wird der erste Wert für die elektrische Kapazität entsprechend vollständig verworfen, kann allein der aus dem empirischen Alterungsmodell der Sekundärbatterie ermittelte zweite Wert für die elektrische Kapazität bzw. für die Kapazitätsänderung für die nächste
Schätzung der elektrischen Kapazität verwendet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird eine größtmögliche Änderung der elektrischen Kapazität unter Verwendung des empirischen
Alterungsmodells und der batteriespezifischen Zustandsdaten ermittelt.
Hierdurch kann das Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität zwischen Ermittlungen von Schätzwerten für die elektrische Kapazität der Batterie verwendet werden. Liegt ein Fokus einer zu erzielenden Verbesserung darauf, dass beispielsweise die Restreichweite eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bzw. die Restkapazität einer Sekundärbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs niemals überschätzt werden soll, kann eine Worst- Case-Alterungsbedatung des empirischen Alterungsmodells gewählt werden, bei der die größtmögliche Änderung der elektrischen Kapazität verwendet wird. Liegt der Fokus hingegen auf einer möglichst genauen Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie zu allen Zeiten, kann eine optimierte Bedatung des empirischen Alterungsmodells gewählt werden, welche die zu erwartende Alterung der Sekundärbatterie möglichst präzise beschreibt. Dadurch wird der Fehler der gesamten Schätzung minimiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schätzwert für die elektrische Kapazität zur Korrektur des empirischen Alterungsmodells verwendet. Hierdurch kann die Qualität der Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie weiter verbessert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen
Figur 1: eine schematische Darstellung einer Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie nach einem herkömmlichen Verfahren,
Figur 2: eine schematische Darstellung einer Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie nach einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren, und
Figur 3: ein Blockdiagramm für einen beispielhaften Ablauf eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie nach einem herkömmlichen Verfahren. Es ist in Figur 1 sowohl eine Kurve 1 bezüglich der realen elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie als auch eine stufenförmige Kurve 2 bezüglich einer unter Verwendung eines Schätzalgorithmus geschätzten elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie dargestellt. Zu den Zeitpunkten ti bis t6 findet jeweils eine Schätzung der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie unter Verwendung des Schätzalgorithmus statt. Die jeweilig geschätzte elektrische Kapazität wird bis zur nächsten Schätzung beibehalten. Zwischen den Schätzungen der elektrischen Kapazität durch den Schätzalgorithmus sinkt die tatsächliche elektrische Kapazität der Sekundärbatterie, wodurch ein Fehler einer Schätzung bis zur nächsten Schätzung anwächst.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schätzung der elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie nach einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Es ist in Figur 2 sowohl eine Kurve 1 bezüglich der realen elektrischen Kapazität einer Sekundärbatterie als auch eine Kurve 3 bezüglich einer unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschätzten elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie dargestellt. Zu den Zeitpunkten ti bis t7 findet jeweils eine Schätzung der elektrischen Kapazität der Sekundärbatterie unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens statt. Zwischen den Schätzungen der elektrischen Kapazität sinkt die elektrische Kapazität der Sekundärbatterie gemäß den Daten des verwendeten empirischen Alterungsmodells. Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Fokus einer zu erzielenden Verbesserung darauf, dass die Restreichweite eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bzw. die Restkapazität der
Sekundärbatterie des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs niemals überschätzt werden soll. Hierzu wird eine Worst-Case-Alterungsbedatung des empirischen Alterungsmodells gewählt. Das heißt, dass aus dem empirischen
Alterungsmodell die größtmögliche Kapazitätsänderung ermittelt wird, die unter den jeweilig gegebenen Umständen auftreten kann.
Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm für einen beispielhaften Ablauf eines
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es ist der Schätzalgorithmus 4 symbolisch dargestellt, an dem links mehrere Signaleingänge 5 und rechts zwei Signalausgänge 6 und 7 vorhanden sind. Über einen Signaleingang 5 wird dem Schätzalgorithmus 4 die zuletzt geschätzte elektrische Kapazität der Sekundärbatterie zugeführt. Über die weiteren
Signaleingänge 5 können dem Schätzalgorithmus 4 batteriespezifische
Zustandsdaten, beispielsweise der elektrische Strom, die elektrische Spannung, die Temperatur oder dergleichen, zugeführt werden. An dem Signalausgang 6 ist ein Signal abgreifbar, das eine Qualität und/oder einen Fehler einer zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität beschreibt. An dem Signalausgang 7 ist ein unter Verwendung des Schätzalgorithmus 4 und der batteriespezifischen Zustandsdaten ermittelter erster Wert für die elektrische Kapazität abgreifbar.
Es ist des Weiteren das empirische Alterungsmodell 8 symbolisch dargestellt, an dem links mehrere Signaleingänge 9 und rechts ein Signalausgang 10 vorhanden sind. Über einen Signaleingang 9 wird dem empirischen
Alterungsmodell 8 die zuletzt geschätzte elektrische Kapazität der
Sekundärbatterie zugeführt. Über die weiteren Signaleingänge 9 können dem Schätzalgorithmus 4 batteriespezifische Zustandsdaten, beispielsweise der Amperestundendurchsatz, die Temperatur oder dergleichen, zugeführt werden. An dem Signalausgang 10 ist ein unter Verwendung des empirischen Alterungsmodells 8 und der batteriespezifischen Zustandsdaten ermittelter zweiter Wert für die elektrische Kapazität abgreifbar.
Die an den Signalausgängen 6, 7 und 10 abgreifbaren Signale bzw. Werte für die elektrische Kapazität werden in einem Verfahrensschritt 11 verarbeitet, wobei ein erster gewichteter Wert für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des ersten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem ersten Gewichtungsfaktor ermittelt wird, ein zweiter gewichteter Wert für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des zweiten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem zweiten Gewichtungsfaktor ermittelt wird, eine Wertesumme durch Addieren der gewichteten Werte für die elektrische Kapazität ermittelt wird, eine
Gewichtungssumme durch Addieren der Gewichtungsfaktoren ermittelt wird und ein Schätzwert für die elektrische Kapazität durch Dividieren der Wertesumme durch die Gewichtungssumme ermittelt wird. Dieser Schätzwert liegt an dem Singanausgang 12 vor.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Schätzen einer elektrischen Kapazität einer Batterie,
insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, aufweisend die Schritte:
Erfassen von batteriespezifischen Zustandsdaten;
Ermitteln eines ersten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines Schätzalgorithmus (4) und der batteriespezifischen Zustandsdaten oder durch eine Messung der elektrischen Kapazität;
Ermitteln eines zweiten Wertes für die elektrische Kapazität unter Verwendung eines empirischen Alterungsmodells (8) der Batterie und der batteriespezifischen Zustandsdaten;
Ermitteln eines ersten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des ersten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem ersten Gewichtungsfaktor;
Ermitteln eines zweiten gewichteten Wertes für die elektrische Kapazität durch Multiplikation des zweiten Wertes für die elektrische Kapazität mit einem zweiten Gewichtungsfaktor;
Ermitteln einer Wertesumme durch Addieren der gewichteten Werte für die elektrische Kapazität;
Ermitteln einer Gewichtungssumme durch Addieren der
Gewichtungsfaktoren; und
Ermitteln eines Schätzwertes für die elektrische Kapazität durch Dividieren der Wertesumme durch die Gewichtungssumme.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
batteriespezifische Zustandsdaten erfasst werden, die sich auf eine bis zur Erfassung der Zustandsdaten gegebene Lebensdauer der Batterie oder sich auf zumindest den letzten Betriebszyklus vorgegebener zeitlicher Länge der Batterie beziehen. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als
Betriebszyklus ein Fahrzyklus und/oder ein Ruhezyklus des Fahrzeugs verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Schätzalgorithmus (4) ein Signal erzeugt wird, das eine Qualität und/oder einen Fehler einer zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert für die elektrische Kapazität umso stärker als der zweite Wert für die elektrische Kapazität gewichtet wird, je kleiner der Fehler der zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität ist, und dass der zweite Wert für die elektrische Kapazität umso stärker als der erste Wert für die elektrische Kapazität gewichtet wird, je größer der Fehler der zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität ist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert für die elektrische Kapazität vollständig verworfen wird, wenn der Fehler der zuletzt vorgenommenen Schätzung der elektrischen Kapazität größer oder gleich einem vorgegebenen maximalen Fehlergrenzwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine größtmögliche Änderung der elektrischen Kapazität unter Verwendung des empirischen Alterungsmodells (8) und der batteriespezifischen
Zustandsdaten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzwert für die elektrische Kapazität zur Korrektur des empirischen Alterungsmodells (8) verwendet wird.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111091632B (zh) * 2018-10-24 2021-11-23 上海汽车集团股份有限公司 一种汽车蓄电池寿命预测方法和装置
CN109799461B (zh) * 2019-01-29 2021-10-22 珠海迈科智能科技股份有限公司 一种电池剩余电量的测量和估算方法
US10942223B1 (en) * 2019-07-31 2021-03-09 Cox Automotive, Inc. Systems and methods for determining vehicle battery health
DE102020201508A1 (de) 2020-02-07 2021-08-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Ermittlung der Kapazität einer elektrischen Energiespeichereinheit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030184307A1 (en) * 2002-02-19 2003-10-02 Kozlowski James D. Model-based predictive diagnostic tool for primary and secondary batteries
US20030231006A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Kazuo Tojima Deterioration degree calculating apparatus and deterioration degree calculating method for a battery
DE102013215894A1 (de) * 2012-08-15 2014-02-20 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Systeme und Verfahren zum Schätzen von Batterieparametern

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10106505A1 (de) * 2001-02-13 2002-08-29 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Zustandserfassung von technischen Systemen wie Energiespeicher
US6876175B2 (en) * 2001-06-29 2005-04-05 Robert Bosch Gmbh Methods for determining the charge state and/or the power capacity of charge store
JP4570918B2 (ja) * 2004-07-22 2010-10-27 富士重工業株式会社 蓄電デバイスの残存容量演算装置
JP2006112786A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Sanyo Electric Co Ltd 電池の残容量検出方法及び電源装置
US8264203B2 (en) * 2006-03-31 2012-09-11 Valence Technology, Inc. Monitoring state of charge of a battery
DE102007050346B4 (de) * 2007-10-11 2019-02-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Plausibilisierung mindestens einer kapazitätsbezogenen Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers
US8212532B2 (en) * 2008-07-24 2012-07-03 General Electric Company Method and system for control of a vehicle energy storage device
KR100970841B1 (ko) * 2008-08-08 2010-07-16 주식회사 엘지화학 배터리 전압 거동을 이용한 배터리 용량 퇴화 추정 장치 및방법
JP5493657B2 (ja) * 2009-09-30 2014-05-14 新神戸電機株式会社 蓄電池装置並びに蓄電池の電池状態評価装置及び方法
JP5343168B2 (ja) 2010-06-24 2013-11-13 パナソニック株式会社 電池の劣化度を取得するための方法及びそのシステム
JP5533788B2 (ja) * 2010-12-24 2014-06-25 株式会社日立製作所 充電制御システム
EP2956784A4 (de) * 2013-02-13 2016-10-26 Exide Technologies Verfahren zum bestimmen des ladezustands und der restbetriebsdauer einer batterie
CN103399279B (zh) * 2013-08-01 2015-12-09 哈尔滨工业大学 基于ekf方法和ar模型融合型锂离子电池循环寿命预测方法
US20150081237A1 (en) * 2013-09-19 2015-03-19 Seeo, Inc Data driven/physical hybrid model for soc determination in lithium batteries

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030184307A1 (en) * 2002-02-19 2003-10-02 Kozlowski James D. Model-based predictive diagnostic tool for primary and secondary batteries
US20030231006A1 (en) * 2002-06-12 2003-12-18 Kazuo Tojima Deterioration degree calculating apparatus and deterioration degree calculating method for a battery
DE102013215894A1 (de) * 2012-08-15 2014-02-20 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Systeme und Verfahren zum Schätzen von Batterieparametern

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