DE102020127773A1 - Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly - Google Patents

Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly Download PDF

Info

Publication number
DE102020127773A1
DE102020127773A1 DE102020127773.3A DE102020127773A DE102020127773A1 DE 102020127773 A1 DE102020127773 A1 DE 102020127773A1 DE 102020127773 A DE102020127773 A DE 102020127773A DE 102020127773 A1 DE102020127773 A1 DE 102020127773A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
current
value
battery
constant current
cell arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102020127773.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Benjamin Greiner
Christoph Gass
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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 Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102020127773.3A priority Critical patent/DE102020127773A1/en
Priority to CN202111227741.XA priority patent/CN114384428A/en
Publication of DE102020127773A1 publication Critical patent/DE102020127773A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • 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
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/547—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/549—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60L2260/00—Operating Modes
    • B60L2260/40—Control modes
    • B60L2260/44—Control modes by parameter estimation
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Kapazität einer Batteriezellenanordnung (16) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei während eines Betriebs der Batteriezellenanordnung (16) durch eine Prozessorschaltung (19) mittels Stromstärkedaten (22) einer Messschaltung (20) detektiert wird, dass ein von Null verschiedener Batteriestrom (I) der Batteriezellenanordnung (16) ein Konstantstrom (10) ist, der ein vorbestimmtes Konstantstromkriterium (24) erfüllt, und/oder mittels eines Steuersignals (23) für eine Steuerschaltung (S) der Konstantstrom (10) als der Batteriestrom (I) eingestellt wird, und bei detektiertem und/oder eingestelltem Konstantstrom (10) abgewartet wird, bis eine vorbestimmte Wartedauer (25) vergangen ist und nach dem Abwarten anhand von Spannungswertdaten (21) der Messschaltung (20) ein Gradientenwert (G2) eines zeitlichen Gradienten der Batteriespannung (U) ermittelt wird und der Gradientenwert (G2) mittels einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift einem Kapazitätswert (C2) zugeordnet und der Kapazitätswert (C2) als Angabe der Kapazität bereitgestellt wird.The invention relates to a method for determining a capacity of a battery cell arrangement (16) of a motor vehicle (10), wherein during operation of the battery cell arrangement (16) a processor circuit (19) uses current intensity data (22) of a measuring circuit (20) to detect that a non-zero battery current (I) of the battery cell arrangement (16) is a constant current (10) which meets a predetermined constant current criterion (24), and/or by means of a control signal (23) for a control circuit (S) the constant current (10) as the battery current (I) is set, and when the constant current (10) is detected and/or set, it is awaited until a predetermined waiting period (25) has elapsed and, after waiting, based on voltage value data (21) of the measuring circuit (20), a gradient value (G2) a time gradient of the battery voltage (U) is determined and the gradient value (G2) by means of a predetermined assignment rule a capacitance ätwert (C2) is assigned and the capacitance value (C2) is provided as an indication of the capacity.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Kapazität einer Batteriezellenanordnung eines Kraftfahrzeugs. Die Batteriezellenanordnung kann eine oder mehrere Batteriezellen oder eine ganze Batterie umfassen. Die Kapazität meint hierbei die Ladungsmenge (Ah - Amperestunden), die in der Batteriezellenanordnung gespeichert werden kann, um mittels der Batteriezellenanordnung einen elektrischen Strom zu treiben. Es handelt sich hierbei um die Ladungsmenge im vollständig aufgeladenen Zustand (State of Charge SOC = 100 Prozent). Die Erfindung umfasst auch ein Steuergerät, um in einem Kraftfahrzeug das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Steuergerät.The invention relates to a method for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle. The battery cell arrangement can include one or more battery cells or an entire battery. In this case, the capacity means the amount of charge (Ah−ampere hours) that can be stored in the battery cell arrangement in order to drive an electric current by means of the battery cell arrangement. This is the amount of charge when fully charged (State of Charge SOC = 100 percent). The invention also includes a control unit for carrying out the method according to the invention in a motor vehicle, and a motor vehicle with such a control unit.

Für die Bestimmung der Kapazität von Lithium-Ionen-Batteriezellen im Fahrzeugeinsatz wird nach dem Stand der Technik eine Bilanzierung einer Ladungsmenge zwischen zwei Punkten bekannten Ladezustands (SOC) durchgeführt. Die Punkte mit bekanntem SOC können bei Batteriezellen mit einer Kathode auf Cobaltoxid-Basis durch Messung der offenen Zellspannung (Open Circuit Voltage - OCV), also der Spannung im thermodynamischen Gleichgewichtszustand der Batteriezelle, ermittelt werden. Beispielsweise bedeutet eine bilanzierte Ladungsmenge von 60 Ah im SOC-Fenster von 20 % bis 80 % eine Gesamtkapazität der Zeile von 100 Ah (0 % bis 100 %). Dies kann gemäß dem sogenannten Dreisatz ausgerechnet werden.In order to determine the capacity of lithium-ion battery cells in vehicle use, a charge amount between two points of known state of charge (SOC) is balanced according to the prior art. The points with a known SOC can be determined for battery cells with a cathode based on cobalt oxide by measuring the open cell voltage (open circuit voltage - OCV), i.e. the voltage in the thermodynamic equilibrium state of the battery cell. For example, a balanced charge quantity of 60 Ah in the SOC window of 20% to 80% means a total cell capacity of 100 Ah (0% to 100%). This can be calculated according to the so-called rule of three.

Die Bestimmung der Kapazität nach diesem bekannten Verfahren setzt Randbedingungen voraus, die im Fahrzeugbetrieb je nach Nutzerverhalten nur mit variabler oder nicht-planbarer Häufigkeit auftreten. Limitierend wirkt dabei vor allem die Wartezeit, die nach Wegfall der Strombelastung verstreichen muss, damit sich der besagte thermodynamische Gleichgewichtszustand der Batteriezelle einstellt. Diese Bedingungen müssen zweimal auftreten und dazwischen muss zudem ein ausreichend großer Netto-Ladungsumsatz erfolgt sein. Im ungünstigsten Fall tritt die Kombination dieser Bedingungen nie ein (z.B. bei einem Dauerbetrieb eines Fahrzeugs rund um die Uhr).Determining the capacity according to this known method requires boundary conditions that only occur with variable or non-plannable frequency during vehicle operation, depending on user behavior. The main limiting factor here is the waiting time that must elapse after the current load has been removed so that the said thermodynamic equilibrium state of the battery cell is established. These conditions must occur twice and a sufficiently large net charge turnover must also have taken place in between. In the worst case, the combination of these conditions never occurs (e.g. in the case of 24/7 continuous operation of a vehicle).

Gleichzeitig ist aber die Bestimmung der verbleibenden Kapazität (Restkapazität) mit ausreichender Häufigkeit eine Anforderung, die sich aus den OBD-Vorgaben (OBD - on board diagnosis) ergibt (IUMPR - In Use Monitoring Performance Ratio, Nachweis einer Quote von Diagnoseereignissen bezogen auf eine repräsentative Auswahl von Fahrzyklen).At the same time, however, the determination of the remaining capacity (residual capacity) with sufficient frequency is a requirement that results from the OBD specifications (OBD - on board diagnosis) (IUMPR - In Use Monitoring Performance Ratio, proof of a rate of diagnostic events based on a representative selection of driving cycles).

Aus der WO 2016/148 630 A1 ist bekannt, dass während eines Ladebetriebs einer Batterie ein zeitlicher Gradient ΔV/Δt einer Batteriespannung V ermittelt werden kann. Eine Kapazität der Batterie wird hierbei auf der Grundlage von deren Leitfähigkeitswert G ermittelt.From the WO 2016/148 630 A1 It is known that a time gradient ΔV/Δt of a battery voltage V can be determined during charging of a battery. A capacity of the battery is determined here on the basis of its conductivity value G.

Aus der DE 10 2018 212 545 A1 ist bekannt, dass für eine genaue Messung der Kapazität einer Batterie eine Relaxationszeit abgewartet werden muss, während welcher sich eine an den Batteriepolen messbare elektrische Spannung an die OCV angleicht, die es für eine genaue Kapazitätsmessung zu ermitteln gilt.From the DE 10 2018 212 545 A1 It is known that for an accurate measurement of the capacity of a battery, a relaxation time must be awaited during which an electrical voltage that can be measured at the battery terminals adjusts to the OCV, which must be determined for an accurate capacity measurement.

Aus der DE 102 07 659 A1 ist ein Schätzverfahren für die OCV bekannt, das im Betrieb einer Batterie durchgeführt werden kann.From the DE 102 07 659 A1 an estimation method for the OCV is known, which can be carried out during operation of a battery.

Das Schätzen der OCV aus Messdaten, die im Betrieb einer Batterie erfasst werden, ist bisher sehr aufwendig.Up until now, estimating the OCV from measurement data recorded during battery operation has been very time-consuming.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kapazität einer Batteriezellenanordnung einer Batterie eines Kraftfahrzeugs unabhängig von Ruhephasen (Batterie nicht im Betrieb) zu ermitteln.The invention is based on the object of determining a capacity of a battery cell arrangement of a battery in a motor vehicle independently of idle phases (battery not in operation).

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are described by the dependent patent claims, the following description and the figures.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ermitteln einer Kapazität einer Batteriezellenanordnung eines Kraftfahrzeugs, wobei während eines Betriebs der Batteriezellenanordnung durch eine Prozessorschaltung mittels Stromstärkedaten einer Messschaltung detektiert wird, dass ein von Null verschiedener Batteriestrom der Batteriezellenanordnung ein Konstantstrom ist, d.h. der ein vorbestimmtes Konstantstromkriterium erfüllt. Zusätzlich oder alternativ dazu wird ein solcher Konstantstrom gezielt eingestellt, indem durch die Prozessorschaltung mittels eines Steuersignals an eine Steuerschaltung der Konstantstrom als der Batteriestrom eingestellt wird. Es wird also ein Konstantstrom abgewartet oder gezielt eingestellt.The invention includes a method for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle, wherein during operation of the battery cell arrangement it is detected by a processor circuit using current intensity data from a measuring circuit that a non-zero battery current of the battery cell arrangement is a constant current, i.e. it meets a predetermined constant current criterion. In addition or as an alternative to this, such a constant current is set in a targeted manner in that the constant current is set as the battery current by the processor circuit by means of a control signal to a control circuit. A constant current is therefore awaited or set in a targeted manner.

Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass bei detektiertem und/oder eingestelltem Konstantstrom abgewartet wird, bis die durch den Stofftransport innerhalb der Zelle bedingten Konzentrationsgradienten und die dadurch resultierenden Überspannungen näherungsweise konstant sind. Hierzu kann man eine vorbestimmte Wartedauer festlegen. Dann ist zwar immer noch eine Überspannung vorhanden, aber ihre zeitliche Veränderung lässt sich mit der Veränderung der Ruhespannung über SOC (State of Charge) in Beziehung setzen, um einen Kapazitätswert zu erhalten. Nach dem Abwarten der Wartedauer ergibt sich also eine näherungsweise konstante Überspannung. Dann wird (bei fließendem Konstantstrom) anhand von Spannungswertdaten der Messschaltung ein Gradientenwert eines zeitlichen Gradienten der Batteriespannung ermittelt und der Gradientenwert mittels einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift einem Kapazitätswert zugeordnet und der Kapazitätswert als Angabe der gesuchten Kapazität bereitgestellt. Mit anderen Worten wird abgewartet oder durch ein Steuersignal für eine Steuerschaltung dafür gesorgt oder eingestellt, dass der Batteriestrom der Batteriezellenanordnung konstant im Sinne des Konstantstromkriteriums ist. Ein geeigneter Wert für die Wartedauer kann in Versuchen durch den Fachmann an einem Prototypen der Batteriezellenanordnung gemessen oder ermittelt werden. Die Batteriezellenanordnung kann in der beschriebenen Weise eine einzelne Batteriezelle oder mehrere miteinander verschaltete Batteriezellen oder die gesamte Schaltung aller Batteriezellen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs umfassen. Beispielhafte Werte für die Wartedauer, also die Zeitdauer bis zur Einstellung einer näherungsweise konstanten Überspannung, können in einem Bereich von fünf Sekunden bis 120 Minuten liegen.Furthermore, the method includes waiting until the concentration gradients caused by the substance transport within the cell and the resulting overvoltages are approximately constant when the constant current is detected and/or set. You can set a predetermined waiting period for this. An overvoltage is then still present, but its change over time can be related to the change in open-circuit voltage via SOC (State of Charge) to obtain a capacitance value. After waiting the waiting time results in an approximately constant overvoltage. Then (when a constant current is flowing) a gradient value of a time gradient of the battery voltage is determined using voltage value data from the measuring circuit and the gradient value is assigned to a capacitance value using a predetermined assignment rule and the capacitance value is provided as an indication of the capacitance sought. In other words, it is awaited or ensured or set by a control signal for a control circuit that the battery current of the battery cell arrangement is constant in terms of the constant current criterion. A suitable value for the waiting time can be measured or determined in experiments by a person skilled in the art on a prototype of the battery cell arrangement. In the manner described, the battery cell arrangement can comprise a single battery cell or a plurality of battery cells connected to one another or the entire circuit of all battery cells of a battery in a motor vehicle. Exemplary values for the waiting time, ie the length of time until an approximately constant overvoltage is set, can be in a range from five seconds to 120 minutes.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Betrieb der Batterie nicht unterbrochen werden muss, um ihre Kapazität zu schätzen oder zu ermitteln. Es muss lediglich im Betrieb sichergestellt werden, dass der Batteriestrom als Konstantstrom fließt. Die besagte Messschaltung kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Messschaltung sein, um Spannungswerte an den Batteriepolen der Batteriezellenanordnung und Stromstärkewerte des Batteriestroms zu messen.The advantage of the invention is that operation of the battery does not have to be interrupted in order to estimate or determine its capacity. It only has to be ensured during operation that the battery current flows as a constant current. Said measuring circuit can be a measuring circuit known from the prior art in order to measure voltage values at the battery poles of the battery cell arrangement and current strength values of the battery current.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments that result in additional advantages.

Eine Ausführungsform umfasst eine vorteilhafte Implementierung der Berechnung des Kapazitätswerts auf der Grundlage von Referenzwerten. Der Gradientenwert G2 kann beispielsweise für eine Messzeitdauer Δt in einem Bereich von einer Sekunde bis fünf Minuten ermittelt werden. Um aus dem Gradientenwert G2 einen Kapazitätswert C2 zu ermitteln, kann ein Vergleich mit einem Referenzgradientenwert G1 gezogen werden, der sich bei gleicher Messzeitdauer Δt für eine Batteriezellenanordnung mit bekanntem Referenzkapazitätswert C1 ergibt. Hierzu umfasst die Zuordnungsvorschrift, dass für mehrere unterschiedliche mögliche Stromstärkewerte 10 des Konstantstroms ein jeweiliger Referenzgradientenwert G1 und ein dazugehöriger Referenzkapazitätswert C1 gespeichert gehalten werden und anhand der Stromstärkedaten ein Stromstärkewert I des Konstantstroms ermittelt und der zu diesem Stromstärkewert gehörige Referenzgradientenwert G1 ausgewählt wird und ein Verhältnis G1 / G2 des ausgewählten Referenzgradientenwert G1 zu dem tatsächlich aktuell ermittelten Gradientenwerts G2 zum Skalieren des zum ausgewählten Referenzgradientenwert G1 gehörigen Referenzkapazitätswerts C1 verwendet wird, um den Kapazitätswert C2 = C1 · G1 / G2 zu ermitteln. Entsprechende mögliche Stromstärkewerte, Referenzkapazitätswerte und Referenzgradientenwerte können vom Fachmann an einem Prototypen der Batteriezellenanordnung in Versuchen ermittelt werden. Die Zuordnungsvorschrift kann z.B. eine Tabelle oder ein Kennfeld umfassen, um die beschriebenen Werte bereitzustellen. Die Tabelle und/oder das Kennfeld können beispielsweise in einem Speicher der Prozessorschaltung gespeichert sein. Natürlich kann auch das Produkt C1 · G1 anstelle der Einzelwerte C1 und G1 gespeichert gehalten werden, sodass jeweils dem aktuellen Stromstärkewert 10 des Konstantstroms direkt der Wert des Produkts C1 · G1 zugeordnet wird (10 → C1 · G1), und dann damit der Kapazitätswert C2 mittels der oben angegebenen Gleichung berechnet werden kann.An embodiment includes an advantageous implementation of the calculation of the capacitance value based on reference values. The gradient value G2 can be determined, for example, for a measurement period Δt in a range from one second to five minutes. In order to determine a capacitance value C2 from the gradient value G2, a comparison can be made with a reference gradient value G1, which results with the same measurement time Δt for a battery cell arrangement with a known reference capacitance value C1. For this purpose, the assignment specification includes that a respective reference gradient value G1 and an associated reference capacitance value C1 are stored for several different possible current values 10 of the constant current and a current value I of the constant current is determined using the current data and the reference gradient value G1 associated with this current value is selected and a ratio G1 / G2 of the selected reference gradient value G1 to the actually currently determined gradient value G2 for scaling the reference capacitance value C1 belonging to the selected reference gradient value G1 in order to determine the capacitance value C2=C1*G1/G2. Corresponding possible current strength values, reference capacity values and reference gradient values can be determined by a person skilled in the art in tests on a prototype of the battery cell arrangement. The assignment specification can include a table or a characteristic map, for example, in order to provide the values described. The table and/or the characteristics map can be stored, for example, in a memory of the processor circuit. Of course, the product C1 G1 can also be stored instead of the individual values C1 and G1, so that the value of the product C1 G1 is directly assigned to the current current value 10 of the constant current (10 → C1 G1), and then the capacitance value C2 can be calculated using the equation given above.

Eine Ausführungsform umfasst, dass die Zuordnungsvorschrift umfasst, dass eine durch den Konstantstrom übertragene Ladungsmenge als Produkt aus Stromstärke und Fließzeit des Konstantstroms berechnet wird und eine sich über die Fließzeit ergebende relative Änderung der Batteriespannung ermittelt wird und ein Kapazitätswert der Kapazität als Ladungsmenge bei 100 Prozent Batteriespannung berechnet wird. Durch Aufintegrieren oder Bilanzieren der Ladungsmenge (Stromstärke · Messzeitdauer Δt) kann die übertragene Ladungsmenge ermittelt werden, die dann mittels des eingangs beschriebenen Dreisatzes ebenfalls in einen Kapazitätswert umgerechnet werden kann. Dies kann als zusätzliche oder alternative Schätzung des Kapazitätswerts genutzt werden.One embodiment includes that the allocation specification includes that a charge quantity transferred by the constant current is calculated as the product of current strength and flow time of the constant current and a relative change in the battery voltage resulting from the flow time is determined and a capacity value of the capacity as charge quantity at 100 percent battery voltage is calculated. The amount of charge transferred can be determined by integrating or balancing the amount of charge (current intensity · measurement time Δt), which can then also be converted into a capacitance value using the rule of three described above. This can be used as an additional or alternative estimate of the capacitance value.

Eine Ausführungsform umfasst, dass das Konstantstromkriterium umfasst, dass ein Stromstärkewert des Batteriestroms um weniger als ein vorbestimmter Toleranzwert schwankt. Der Konstantstrom, der dem Verfahren zugrundegelegt wird, kann durch die Messschaltung oder mittels der Messschaltung überwacht werden, um zu detektieren oder zu verifizieren, dass der Stromstärkewert um weniger als den Toleranzwert sich mit der Zeit verändert. Der Toleranzwert kann ein Relativwert sein, um anzugeben, dass sich der Stromstärkewert um höchstens den Toleranzwert relativ beispielsweise zum Minimalwert oder Maximalwert oder Mittelwert verändern darf. Der Toleranzwert kann in einem Bereich von weniger als zehn Prozent, insbesondere in einem Bereich von weniger als fünf Prozent oder zwei Prozent liegen. Ein zusätzlicher oder alternativer Toleranzwert kann durch einen Absolutwert gegeben sein, beispielsweise in einem Bereich von zehn Milliampere bis ein Ampere.An embodiment includes where the constant current criterion includes that a current value of the battery current varies by less than a predetermined tolerance value. The constant current on which the method is based can be monitored by the measurement circuit or by means of the measurement circuit to detect or verify that the current value changes by less than the tolerance value over time. The tolerance value can be a relative value in order to indicate that the current intensity value may change by at most the tolerance value relative to, for example, the minimum value or maximum value or mean value. The tolerance value can be in a range of less than ten percent, in particular in a range of less than five percent or two percent. An additional or alternative tolerance value may be an absolute value, for example in a range from ten milliamperes to one ampere.

Eine Ausführungsform umfasst, dass das Konstantstromkriterium umfasst, dass der Stromstärkewert zwischen einem vorbestimmten Mindeststromwert und einem vorbestimmten Maximalstromwert liegt und/oder verläuft. Durch Vorgeben eines Mindeststromwerts und eines Maximalstromwerts, also eines Stromstärkeintervalls, ergibt sich der Vorteil, dass sichergestellt ist, dass sich die erwähnte konstante oder nahezu konstante Überspannung ergibt und damit der zeitliche Gradient der gemessenen Spannung dem Gradienten der inneren Zellspannung entspricht. Der Mindeststromwert ist bevorzugt größer als 100 Milliampere, insbesondere größer als fünf Ampere. Der Maximalstromwert ist bevorzugt in einem Bereich von fünf Ampere bis 100 Ampere.An embodiment includes that the constant current criterion includes that the current intensity value is and/or varies between a predetermined minimum current value and a predetermined maximum current value. By specifying a minimum current value and a maximum current value, i.e. a current intensity interval, there is the advantage that it is ensured that the mentioned constant or almost constant overvoltage results and thus the time gradient of the measured voltage corresponds to the gradient of the internal cell voltage. The minimum current value is preferably greater than 100 milliamperes, in particular greater than five amperes. The maximum current value is preferably in a range from five amperes to 100 amperes.

Eine Ausführungsform umfasst, dass das Konstantstromkriterium umfasst, dass für den Fall, dass sich die Stromstärke mit der Zeit verändert, das Konstantstromkriterium nur erfüllt bleibt, solange ein zeitlicher Gradient der Stromstärke betragsmäßig kleiner als ein vorbestimmter Höchstwert ist. Der zeitliche Gradient der Stromstärke kann also ungleich Null sein, das heißt der Konstantstrom muss nicht perfekt konstant sein. Die zeitliche Änderung der Stromstärke, das heißt der zeitliche Gradient, liegt dabei aber bevorzugt unterhalb des Höchstwerts, wenn der Betrag des Gradienten betrachtet wird..An embodiment includes that the constant current criterion includes that in the event that the current intensity changes over time, the constant current criterion only remains fulfilled as long as a time gradient of the current intensity is smaller than a predetermined maximum value in terms of absolute value. The time gradient of the current intensity can therefore not be equal to zero, i.e. the constant current does not have to be perfectly constant. The change in the current intensity over time, i.e. the gradient over time, is preferably below the maximum value when the amount of the gradient is considered.

Mit konstanter Stromstärke ist gemeint, dass auch das Vorzeichen der Stromstärke konstant bleibt. Eine Ausführungsform umfasst, dass das Konstantstromkriterium umfasst, dass eine Flussrichtung des Batteriestroms konstant ist. Es handelt sich also nicht um einen binär geschalteten Strom (beispielsweise plus fünf Ampere, minus fünf Ampere alternierend).Constant current means that the sign of the current also remains constant. An embodiment includes where the constant current criterion includes that a direction of flow of battery current is constant. It is therefore not a binary switched current (for example plus five amperes, minus five amperes alternating).

Eine Ausführungsform umfasst, dass der Konstantstrom mittels des Steuersignals bei einem Ladebetrieb und/oder bei einem Rückspeisebetrieb der Batteriezellenanordnung eingestellt wird. Im Ladebetrieb und im Rückspeisebetrieb (Übertragen von elektrischer Energie aus der Batteriezellenanordnung in eine Ladestation) lässt sich der Stromstärkewert des Batteriestroms als Konstantstrom einstellen, da im Ladebetrieb und/oder Rückspeisebetrieb das Kraftfahrzeug an eine Ladestation angeschlossen ist, also kein Fahrbetrieb mit wechselnder Motorlast vorliegt. Somit lässt sich hier zuverlässig für die benötigte Zeitdauer (Abwarten der Wartedauer und mindestens einmal die Messzeitdauer Δt) das Konstantstromkriterium erfüllen, also ein Konstantstrom einstellen. Hierzu kann beispielsweise eine Wandlerschaltung, die durch die Steuerschaltung angesteuert oder gesteuert wird, verwendet werden. Die Wandlerschaltung kann Bestandteil eines Ladegeräts des Kraftfahrzeugs und/oder einer Ladeschaltung einer Ladestation sein.One embodiment includes that the constant current is adjusted by means of the control signal during charging operation and/or during regenerative operation of the battery cell arrangement. In charging mode and in regenerative mode (transmission of electrical energy from the battery cell arrangement to a charging station), the amperage value of the battery current can be set as a constant current, since the motor vehicle is connected to a charging station in charging mode and/or regenerative mode, i.e. there is no driving with changing engine loads. Thus, the constant current criterion can be reliably met for the required period of time (waiting for the waiting period and at least once the measuring period Δt), ie a constant current can be set. A converter circuit which is activated or controlled by the control circuit can be used for this purpose, for example. The converter circuit can be part of a charging device of the motor vehicle and/or a charging circuit of a charging station.

Die Erfindung umfasst als einen weiteren Aspekt ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät eine Prozessorschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessorschaltung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Das Steuergerät kann zum Steuern der besagten Wandlerschaltung für den Ladebetrieb und/oder Rückspeisebetrieb vorgesehen sein. Das Steuergerät kann alternativ dazu für das Betreiben eines Wandlers einer elektrischen Maschine eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Dann wird der Konstantstrom während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs eingestellt.As a further aspect, the invention comprises a control unit for a motor vehicle, the control unit having a processor circuit which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor circuit can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The control device can be provided for controlling said converter circuit for charging operation and/or regenerative operation. As an alternative to this, the control unit can be configured for operating a converter of an electric machine of a traction drive of the motor vehicle. Then the constant current is set during a driving operation of the motor vehicle.

Die Erfindung umfasst als einen weiteren Aspekt ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriezellenanordnung und einer Wandlerschaltung zum Einstellen eines Batteriestroms der Batterie, wobei die Wandlerschaltung mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuerschaltung gekoppelt ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Bei dem Kraftfahrzeug kann ohne die Notwendigkeit einer abgeschalteten Batteriezellenanordnung deren Kapazität, das heißt die verbleibende Kapazität im gebrauchten Zustand, ermittelt werden.As a further aspect, the invention comprises a motor vehicle with a battery cell arrangement and a converter circuit for setting a battery current of the battery, the converter circuit being coupled to an embodiment of the control circuit according to the invention. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle. In the case of the motor vehicle, its capacity, ie the remaining capacity in the used state, can be determined without the need for a switched-off battery cell arrangement.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. The invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
  • 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs von 1 durchgeführt werden kann; und
  • 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des verwendeten Messprinzips.
Exemplary embodiments of the invention are described below. For this shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention;
  • 2 a diagram to illustrate an embodiment of the method according to the invention by a control unit of the motor vehicle from 1 can be carried out; and
  • 3 a diagram to illustrate the measuring principle used.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann als einen Energiespeicher einen elektrischen Akkumulator oder eine elektrische Batterie 11 aufweisen, die beispielsweise als Hochvolt-Batterie (Nennspannung größer als 60 Volt Gleichspannung) ausgestaltet sein kann. Es kann sich um eine Traktionsbatterie für einen elektrischen Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs 10 handeln. Zum Aufladen der Batterie 11 mit elektrischer Energie kann das Kraftfahrzeug 10 an eine Ladestation 12 angeschlossen werden, aus welcher über ein Ladekabel 13 ein elektrischer Ladestrom an einem elektrischen Anschluss 14 empfangen werden kann. Eine Stromstärke des Ladestroms kann mittels einer elektrischen Wandlerschaltung 15 eingestellt werden. Die Wandlerschaltung 15 kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein, wie dies beispielsweise für ein Ladegerät eines Kraftfahrzeugs 10 bekannt ist. Die Wandlerschaltung 15 kann durch eine Steuerschaltung S gesteuert sein, um den Stromstärkewert des Ladestroms einzustellen. 1 shows a motor vehicle 10, which can be a motor vehicle, in particular a passenger car or truck. The motor vehicle 10 can have an electric accumulator or an electric battery 11 as an energy storage device, which can be designed, for example, as a high-voltage battery (rated voltage greater than 60 volts direct voltage). It can be a traction battery for an electric traction drive of motor vehicle 10 . To charge the battery 11 with electrical energy, the motor vehicle 10 can be connected to a charging station 12 from which an electrical charging current can be received at an electrical connection 14 via a charging cable 13 . A current intensity of the charging current can be set using an electrical converter circuit 15 . The converter circuit 15 can be designed in a manner known per se, as is known, for example, for a charging device of a motor vehicle 10 . The converter circuit 15 can be controlled by a control circuit S in order to set the current value of the charging current.

In der Batterie 11 kann zumindest eine Batteriezellenanordnung 16 vorgesehen sein, die eine oder mehrere Batteriezellen 17 umfassen kann, von denen jede eine galvanische Zelle darstellen kann, in welcher die aus der Ladestation 12 empfangene elektrische Energie gespeichert werden kann.At least one battery cell arrangement 16 can be provided in the battery 11, which can comprise one or more battery cells 17, each of which can represent a galvanic cell in which the electrical energy received from the charging station 12 can be stored.

Jede Batteriezellenanordnung 16 der Batterie 11 kann hierbei eine Speicherkapazität C aufweisen, welche angibt, welche Ladungsmenge (in Amperestunden Ah) die Batteriezellenanordnung 16 im vollständig aufgeladenen Zustand (SOC = 100 %) speichert. Diese Ladungsmenge kann aber von einem Verschleiß und/oder Alter der jeweiligen Batteriezellenanordnung 16 abhängig sein.Each battery cell arrangement 16 of the battery 11 can have a storage capacity C, which indicates the amount of charge (in ampere hours Ah) the battery cell arrangement 16 stores in the fully charged state (SOC=100%). However, this amount of charge can be dependent on wear and/or age of the respective battery cell arrangement 16 .

Bei dem Kraftfahrzeug 10 kann die Kapazität C einer Batteriezellenanordnung 16 durch ein Steuergerät 18 überwacht und/oder gemessen werden. Das Steuergerät 18 kann hierzu eine Prozessorschaltung 19 aufweisen. Mittels einer Messschaltung 20 kann in der Batterie 11 eine Batteriespannung U der Batteriezellenanordnung 16 gemessen oder erfasst werden und durch entsprechende Spannungswertdaten 21 der Prozessorschaltung 19 signalisiert werden. Mittels der Messschaltung 20 kann eine Stromstärke eines Batteriestroms I gemessen werden, welcher durch die Batteriezellenanordnung 16 fließt, und durch entsprechende Stromstärkedaten 22 der Prozessorschaltung 19 signalisiert werden. Die Messschaltung 20 kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein.In the motor vehicle 10, the capacity C of a battery cell arrangement 16 can be monitored and/or measured by a control unit 18. The control unit 18 can have a processor circuit 19 for this purpose. A battery voltage U of the battery cell arrangement 16 can be measured or detected in the battery 11 by means of a measuring circuit 20 and can be signaled to the processor circuit 19 by corresponding voltage value data 21 . A current strength of a battery current I flowing through the battery cell arrangement 16 can be measured by means of the measuring circuit 20 and signaled to the processor circuit 19 by corresponding current strength data 22 . The measuring circuit 20 can be configured in a manner known per se.

Die Prozessorschaltung 19 kann mittels eines Steuersignals 23 für die Steuerschaltung S vorgeben, dass die Stromstärke für den Batteriestrom I einem Konstantstromkriterium 24 entspricht, sodass der Batteriestrom I einem Konstantstrom 10 entspricht. Das Konstantstromkriterium kann in der beschriebenen Weise ausgestaltet sein. Bevorzugt wird die Stromstärke des Batteriestroms I konstant gehalten oder auf einen konstanten Wert eingeregelt. Für die Regelung können die Stromstärkedaten 22 zugrundegelegt werden. Als Regler kann beispielsweise ein PID-Regler (PID - Proportional-Integral-Differential) zugrundegelegt werden. Bei eingestelltem Konstantstrom 10 kann durch die Prozessorschaltung 19 ein Kapazitätswert C2 der Kapazität C geschätzt werden, also die Kapazität C der Batteriezellenanordnung 16 geschätzt werden.The processor circuit 19 can use a control signal 23 to specify for the control circuit S that the current intensity for the battery current I corresponds to a constant current criterion 24 so that the battery current I corresponds to a constant current 10 . The constant current criterion can be designed in the manner described. The amperage of the battery current I is preferably kept constant or adjusted to a constant value. The current intensity data 22 can be used as a basis for the regulation. A PID controller (PID—proportional-integral-differential) can be used as the basis for the controller, for example. When the constant current 10 is set, a capacitance value C2 of the capacitance C can be estimated by the processor circuit 19, ie the capacitance C of the battery cell arrangement 16 can be estimated.

2 veranschaulicht ein Verfahren, das hier durch die Prozessorschaltung 19 durchgeführt werden kann. 2 Figure 1 illustrates a method that may be performed by processor circuitry 19 here.

Nach dem Einstellen des Konstantstroms 10 kann durch die Prozessorschaltung eine Wartedauer 25 abgewartet werden und dann anhand der Spannungswertdaten 21 bei eingestelltem Konstantstrom 10 ein Gradientenwert G2 eines zeitlichen Gradienten über der Zeit t und der sich während der Messdauer Δt_C2 ergebenden Veränderung der Batteriespannung U (ΔU_C2) erfasst werden, sodass sich der Gradient G2 = ΔU_C2 / Δt_C2 ergibt.After the constant current 10 has been set, the processor circuit can wait for a waiting period 25 and then, using the voltage value data 21 with the constant current 10 set, a gradient value G2 of a temporal gradient over time t and the change in the battery voltage U (ΔU_C2) resulting during the measurement period Δt_C2 are recorded, resulting in the gradient G2 = ΔU_C2 / Δt_C2.

In der Prozessorschaltung 19 können Referenzdaten eines Referenzgradientenwerts G1 gespeichert sein, der sich für eine Batteriezellenanordnung mit bekannter Referenzkapazität C1 für einen Referenzgradientenwert G1 = ΔU_C1 / Δt_C1 ergibt. In 2 ist beispielhaft dargestellt, wie ein Quotient oder Verhältnis G2 / G1 einen beispielhaften Verhältniswert 26 von 2 aufweisen kann. Der Kapazitätswert C2 der Batteriezellenanordnung 16 kann dann berechnet werden als C2 = C1 · G1 / G2.Reference data of a reference gradient value G1 can be stored in the processor circuit 19, which results for a battery cell arrangement with a known reference capacity C1 for a reference gradient value G1=ΔU_C1/Δt_C1. In 2 is shown as an example of how a quotient or ratio G2 / G1 can have an exemplary ratio value 26 of 2. The capacitance value C2 of the battery cell assembly 16 can then be calculated as C2=C1*G1/G2.

Der berechnete Kapazitätswert C2 kann in dem Kraftfahrzeug beispielsweise dazu genutzt werden, den Ladevorgang während des Ladebetriebs an der Ladestation 12 zu steuern und/oder den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 in Abhängigkeit vom aktuellen Kapazitätswert C2 zu steuern.The calculated capacitance value C2 can be used in the motor vehicle, for example, to control the charging process during charging at the charging station 12 and/or to control the driving operation of the motor vehicle 10 as a function of the current capacitance value C2.

Bei Belastung einer Batteriezelle mit konstantem Strom (Konstantstrom) in einem SOC-Fenster, in dem die OCV einen näherungsweise linearen Verlauf aufweist, kann nach einer gewissen Zeit davon ausgegangen werden, dass die Überspannung, d.h. die Abweichung der an der belasteten Zelle gemessenen Spannung von der OCV, ebenfalls konstant ist. Somit ist der Spannungsgradient direkt proportional zur Kapazität der Zelle, siehe Skizze. Das Verfahren kommt ohne die zur Einstellung von OCV-Bedingungen erforderlichen Wartezeiten aus und kann daher im Fahrzeugbetrieb häufiger angewandt werden, vorzugsweise bei Ladevorgängen.If a battery cell is loaded with a constant current (constant current) in an SOC window in which the OCV shows an approximately linear course, it can be assumed after a certain time that the overvoltage, i.e. the deviation of the voltage measured on the loaded cell from the OCV, is also constant. Thus the voltage gradient is directly proportional to the capacity of the cell, see sketch. The method does not require the waiting times required to set OCV conditions and can therefore be used more frequently in vehicle operation, preferably during charging processes.

3 veranschaulicht noch einmal, wie nach Eintritt des Konstantstromkriteriums 24 die gemessenen Spannungswertdaten 21 zwar von der Ruhespannung OCV um eine Überspannung 30 abweichen können, diese aber nach Abwarten der Wartedauer 25 konstant oder nahezu konstant ist, sodass die zeitliche Veränderung, d. h. der zeitliche Gradient G2 der gemessenen Spannungswertdaten 21 dem Gradienten G2' der Ruhespannung OCV entspricht. 3 illustrates once again how, after the occurrence of the constant current criterion 24, the measured voltage value data 21 can deviate from the open-circuit voltage OCV by an overvoltage 30, but this is constant or almost constant after waiting for the waiting period 25, so that the change over time, i.e. the time gradient G2 of the measured voltage value data 21 corresponds to the gradient G2' of the open circuit voltage OCV.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie Verfahren zur Bestimmung der Kapazität einer Batteriezelle durch Auswertung des Zellspannungsgradienten bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how methods for determining the capacity of a battery cell can be provided by evaluating the cell voltage gradient.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2016/148630 A1 [0005]WO 2016/148630 A1 [0005]
  • DE 102018212545 A1 [0006]DE 102018212545 A1 [0006]
  • DE 10207659 A1 [0007]DE 10207659 A1 [0007]

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln einer Kapazität einer Batteriezellenanordnung (16) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei während eines Betriebs der Batteriezellenanordnung durch eine Prozessorschaltung (19) mittels Stromstärkedaten (22) einer Messschaltung (20) detektiert wird, dass ein von Null verschiedener Batteriestrom (I) der Batteriezellenanordnung (16) ein Konstantstrom (10) ist, der ein vorbestimmtes Konstantstromkriterium (24) erfüllt, und/oder mittels eines Steuersignals für eine Steuerschaltung (S) der Konstantstrom (10) als der Batteriestrom (I) eingestellt wird, und bei detektiertem und/oder eingestelltem Konstantstrom (10) abgewartet wird, bis eine vorbestimmte Wartedauer (25) vergangen ist und nach dem Abwarten anhand von Spannungswertdaten (21) der Messschaltung (20) ein Gradientenwert (G2) eines zeitlichen Gradienten der Batteriespannung (U) ermittelt wird und der Gradientenwert (G2) mittels einer vorbestimmten Zuordnungsvorschrift einem Kapazitätswert (C2) zugeordnet und der Kapazitätswert (C2) als Angabe der Kapazität bereitgestellt wird.Method for determining a capacity of a battery cell arrangement (16) of a motor vehicle (10), wherein during operation of the battery cell arrangement a processor circuit (19) uses current intensity data (22) of a measuring circuit (20) to detect that a battery current (I) other than zero of the battery cell arrangement (16) is a constant current (10) which meets a predetermined constant current criterion (24), and/or the constant current (10) is set as the battery current (I) by means of a control signal for a control circuit (S), and when it is detected and/or set constant current (10) until a predetermined waiting period (25) has elapsed and after waiting based on voltage value data (21) of the measuring circuit (20) a gradient value (G2) of a time gradient of the battery voltage (U) is determined and the gradient value (G2) is assigned to a capacitance value (C2) by means of a predetermined assignment rule and the capac ity value (C2) is provided as an indication of capacity. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zuordnungsvorschrift umfasst, dass für einen oder mehrere unterschiedliche mögliche Stromstärkewerte des Konstantstroms (10) ein jeweiliger Referenzgradientenwert G1 und ein dazugehöriger Referenzkapazitätswert C1 oder ein Produktwert G1 · C1 gespeichert gehalten werden und anhand der Stromstärkedaten (22) ein aktueller Stromstärkewert des Konstantstroms (10) ermittelt und der zu diesem Stromstärkewert zugeordnete Referenzgradientenwert G1 und der zugehörige Referenzkapazitätswert C1 oder deren Produktwert G1 · C1 ausgewählt wird und zu dem ermittelten Gradientenwert G2 der Kapazitätswert C2 = C1 · G1 / G2 berechnet wird.procedure after claim 1 , wherein the assignment rule includes that for one or more different possible current values of the constant current (10) a respective reference gradient value G1 and an associated reference capacitance value C1 or a product value G1 · C1 are kept stored and based on the current data (22) a current current value of the constant current ( 10) is determined and the reference gradient value G1 associated with this current value and the associated reference capacitance value C1 or their product value G1 · C1 is selected and the capacitance value C2 = C1 · G1 / G2 is calculated for the determined gradient value G2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuordnungsvorschrift umfasst, dass eine durch den Konstantstrom (10) übertragene Ladungsmenge als Produkt aus Stromstärke und Fließzeit des Konstantstroms (10) berechnet wird und eine sich über die Fließzeit (Δt) ergebende relative Änderung der Batteriespannung (ΔU) ermittelt wird und ein Kapazitätswert (C2) der Kapazität als Ladungsmenge bei 100 Prozent Batteriespannung (U) berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, in which the assignment specification includes that a charge quantity transferred by the constant current (10) is calculated as the product of current intensity and flow time of the constant current (10) and a relative change in the battery voltage ( ΔU) is determined and a capacity value (C2) of the capacity is calculated as the amount of charge at 100 percent battery voltage (U). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstantstromkriterium (24) umfasst, dass ein Stromstärkewert des Batteriestroms (I) um weniger als ein vorbestimmter Toleranzwert schwankt.Method according to one of the preceding claims, wherein the constant current criterion (24) comprises that a current strength value of the battery current (I) fluctuates by less than a predetermined tolerance value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstantstromkriterium (24) umfasst, dass der Stromstärkewert zwischen einem vorbestimmten Mindeststromwert und einem vorbestimmten Maximalstromwert liegt und/oder verläuft.Method according to one of the preceding claims, wherein the constant current criterion (24) comprises that the current intensity value lies and/or varies between a predetermined minimum current value and a predetermined maximum current value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstantstromkriterium (24) umfasst, dass für den Fall, dass sich die Stromstärke mit der Zeit verändert, das Konstantstromkriterium (24) nur erfüllt bleibt, solange ein zeitlicher Gradient der Stromstärke betragsmäßig kleiner als ein vorbestimmter Höchstwert ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the constant current criterion (24) comprises that in the event that the current intensity changes over time, the constant current criterion (24) only remains satisfied as long as a temporal gradient of the current intensity is smaller than a predetermined maximum value is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konstantstromkriterium (24) umfasst, dass eine Flussrichtung des Batteriestroms (I) konstant ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the constant current criterion (24) comprises that a flow direction of the battery current (I) is constant. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Konstantstrom (10) mittels des Steuersignals (23) bei einem Ladebetrieb und/oder bei einem Rückspeisebetrieb der Batteriezellenanordnung (16) eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the constant current (10) is set by means of the control signal (23) during charging operation and/or during regenerative operation of the battery cell arrangement (16). Steuergerät (18) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei das Steuergerät (18) eine Prozessorschaltung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Control unit (18) for a motor vehicle (10), the control unit (18) having a processor circuit which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (10) mit einer Batteriezellenanordnung (16) und einer Wandlerschaltung zum Einstellen eines Batteriestroms (I) der Batterie (11), wobei die Wandlerschaltung (15) mit einem Steuergerät (18) nach Anspruch 9 gekoppelt ist.Motor vehicle (10) with a battery cell arrangement (16) and a converter circuit for setting a battery current (I) of the battery (11), the converter circuit (15) having a control unit (18). claim 9 is coupled.
DE102020127773.3A 2020-10-22 2020-10-22 Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly Pending DE102020127773A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020127773.3A DE102020127773A1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly
CN202111227741.XA CN114384428A (en) 2020-10-22 2021-10-21 Method and control device for determining the capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle, and correspondingly equipped motor vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020127773.3A DE102020127773A1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020127773A1 true DE102020127773A1 (en) 2022-04-28

Family

ID=81076956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020127773.3A Pending DE102020127773A1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114384428A (en)
DE (1) DE102020127773A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022123466A1 (en) 2022-09-14 2024-03-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for determining a capacity of an HV battery with a hysteretic characteristic of the open cell voltage
DE102022127414A1 (en) 2022-10-19 2024-04-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for determining a capacity of a HV battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207659A1 (en) 2001-02-23 2002-09-26 Yazaki Corp Estimation of the terminal voltage of a motor vehicle battery as a measure of its remaining capacity by measurement of battery voltage and loading to determine a characteristic curve without the influence of polarization
WO2016148630A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Ctek Sweden Ab A method for operating a battery charger, and a battery charger
DE102018212545A1 (en) 2018-07-27 2020-01-30 Audi Ag Method for monitoring a state of a battery, monitoring device and motor vehicle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207659A1 (en) 2001-02-23 2002-09-26 Yazaki Corp Estimation of the terminal voltage of a motor vehicle battery as a measure of its remaining capacity by measurement of battery voltage and loading to determine a characteristic curve without the influence of polarization
WO2016148630A1 (en) 2015-03-16 2016-09-22 Ctek Sweden Ab A method for operating a battery charger, and a battery charger
DE102018212545A1 (en) 2018-07-27 2020-01-30 Audi Ag Method for monitoring a state of a battery, monitoring device and motor vehicle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022123466A1 (en) 2022-09-14 2024-03-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for determining a capacity of an HV battery with a hysteretic characteristic of the open cell voltage
DE102022127414A1 (en) 2022-10-19 2024-04-25 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for determining a capacity of a HV battery

Also Published As

Publication number Publication date
CN114384428A (en) 2022-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2859367B1 (en) Battery system and associated method for determining the internal resistance of battery cells or battery modules of said battery system
DE102009002465A1 (en) Determining the internal resistance of a battery cell of a traction battery when using resistive cell balancing
EP2531869B1 (en) Device and method for determining a range of a battery characteristic curve
DE102018216025A1 (en) Erdschlussdetektionsvorrichtung
DE102009018601A1 (en) Ground fault detection system for vehicles with a high-voltage power grid
WO2010118910A1 (en) Determination of the internal resistance of a battery cell of a traction battery while using inductive cell balancing
EP3375655B1 (en) Technique for insulation monitoring in vehicles
DE102016013702A1 (en) Traction energy storage system with operational limit determination
DE102020127773A1 (en) Method and control device for determining a capacity of a battery cell arrangement of a motor vehicle and a motor vehicle equipped accordingly
DE102013206942A1 (en) Battery system with arranged in a battery string battery modules and method for determining at least one operating parameter of a battery module of the battery system
WO2017076733A1 (en) Method for operating a battery, and battery
DE102018219124B4 (en) Method for determining a state of wear of an electrical energy store in a motor vehicle and control device for performing the method and motor vehicle
DE102015012415B4 (en) Prediction of a voltage drop in a motor vehicle
DE102013213253A1 (en) Method and system for minimizing power losses in an energy storage device
DE102020110190A1 (en) Method for monitoring an electrical potential of an electrically operated vehicle and electronic monitoring system
EP3366506B1 (en) Technique for insulation monitoring in vehicles
DE102019200510A1 (en) Measuring arrangement, high-voltage battery, motor vehicle and method for determining a complex impedance
DE102016121630B4 (en) METHOD AND DEVICE FOR STATE MONITORING OF A STARTER BATTERY OF A MOTOR VEHICLE
WO2003021280A1 (en) Method and device for the diagnosis of an electric system in a motor vehicle electric system
DE102019211082A1 (en) Method for operating a battery system for a motor vehicle in order to carry out a diagnostic measurement, as well as a battery system for a motor vehicle and a motor vehicle
DE102020125310A1 (en) BUSBAR RESISTANCE IDENTIFICATION VIA AC SIGNAL INJECTION AND BATTERY CONTROL FROM IT
DE102020103179A1 (en) Method for determining the capacity of an electrochemical energy store, electrochemical energy store and motor vehicle
DE102018206030A1 (en) Method for charging an electrical energy storage unit
WO2018114107A1 (en) Method and system for detecting fault currents in storage cells
DE102021131645A1 (en) Method for evaluating an electrical connection of an electrical energy store with an on-board network, and electronic battery evaluation system and vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified