EP4217753A1 - Method for determining the state of a rechargeable battery system - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a method for determining the state of a rechargeable battery system. In order to provide an improved method for determining the state of a rechargeable battery system based on determining a present DC internal resistance, it is proposed that a DC internal resistance is determined in a state of equilibrium of the respective battery system by way of a defined current pulse or a current flow over a predetermined measurement time based on Ohm's law during charging operation.

Description

Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines wiederaufladbaren Batteriesystems Method for determining the condition of a rechargeable battery system

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines wiederaufladbaren Batteriesystems , wie es heute beispielsweise in rein elektrisch angetriebenen oder hybrid betriebenen Fahrzeugen als Energiespeicher verwendet wird . The present invention relates to a method for determining the state of a rechargeable battery system, such as is used today, for example, as an energy store in purely electrically powered or hybrid vehicles.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt , dass wiederaufladbare Batteriesysteme Alterungsprozessen unterworfen sind, durch die sich ihr Zustand fortschreitend verschlechtert , wodurch insbesondere die Kapazität der Batterie und mithin eine maximal erzielbare Reichweite des betref fenden Fahrzeugs abnimmt . Die Alterung, auch Gesundheits zustand und im englischen State of Health, kurz SOH genannt , einer Speicherzelle oder auch eines ganzen Batteriespeichers hat zur Folge , dass zum einen die Zellkapazität mit steigender Alterung abnimmt und zum anderen der Innenwiderstand der Speicherzelle ansteigt . Eine Definition der Zellalterung ist stets an den Anstieg des Innenwiderstands und die Reduzierung einer verfügbaren Zellkapazität geknüpft . Ein bekannter Ansatz baut zur Bestimmung eines j eweiligen Zustands des betref fenden Batteriesystems darauf auf , einen Zellinnenwiderstand als eine maßgebliche Größe für die Alterung der Speicherzellen zu bestimmen . Der Zellinnenwiderstand hat durch eine damit verbundene interne Verlustleistung Auswirkung auf die prädi zierte Leistung, die dem Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann . Bekannte Ansätze liefern j edoch keine sehr genauen Ergebnisse für eine aktuelle Größe des Innenwiderstands , weil sie während des laufenden Betriebes Pulse in Strom und Spannung zur Bestimmung des Innenwiderstands heranziehen und auswerten . It is known from the prior art that rechargeable battery systems are subject to aging processes, as a result of which their condition progressively worsens, as a result of which in particular the capacity of the battery and consequently a maximum achievable range of the vehicle in question decreases. The aging of a storage cell or an entire battery storage system, also known as the state of health and SOH for short, means that on the one hand the cell capacity decreases with increasing aging and on the other hand the internal resistance of the storage cell increases. A definition of cell aging is always linked to the increase in internal resistance and the reduction in available cell capacity. A known approach for determining a respective state of the relevant battery system is based on determining a cell internal resistance as a decisive variable for the aging of the storage cells. Due to the associated internal power loss, the internal cell resistance has an effect on the predicted power that can be made available to the electric vehicle. However, known approaches do not provide very accurate results for a current one Size of the internal resistance, because they use and evaluate current and voltage pulses to determine the internal resistance during operation.

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines wiederaufladbaren Batteriesystems auf Basis einer genaueren Bestimmung eines aktuellen Gleichstrom- Innenwiderstands einer einzelnen Speicherzelle oder des gesamten Batteriesystems zu schaf fen . The aim of the present invention is to create an improved method for determining the state of a rechargeable battery system on the basis of a more precise determination of a current direct current internal resistance of an individual storage cell or of the entire battery system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst . Demnach wird ein Gleichstrom- Innenwiderstand in einem Ruhe- oder Gleichgewichts zustand bzw . einem relaxierten Status des j eweiligen Batteriesystems durch einen definierten Strom-Puls anhand des ohmschen Gesetzes im Ladebetrieb bestimmt . Aus den Strom- und Spannungswerten zu Beginn und Ende des Impulses oder einen Stromfluss über eine vorbestimmte Mess zeit hinweg wird der Innenwiderstand der Speicherzelle ermittelt . Als eine Basis der Erfindung ist die Erkenntnis anzusehen, dass es bei den bekannten Verfahren mit einer Messung des Innenwiderstands der Speicherzelle während des laufenden Betriebs an einem Bezug auf den tatsächlichen Ruhezustand der betref fenden Speicherzelle fehlt , was z . B . durch Schwingungsund temporäre Ausgleichsvorgänge in der Speicherzel le auch bei zahlreichen Messungen zu Ungenauigkeiten in der Bestimmung eines aktuellen Wertes des Innenwiderstands führt . According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1 . Accordingly, a direct current internal resistance in a state of rest or equilibrium or a relaxed status of the respective battery system is determined by a defined current pulse based on Ohm's law during charging. The internal resistance of the storage cell is determined from the current and voltage values at the beginning and end of the pulse or a current flow over a predetermined measuring time. The basis of the invention is the finding that the known methods with a measurement of the internal resistance of the memory cell during operation lack a reference to the actual idle state of the memory cell in question, which z. B. Oscillation and temporary equalization processes in the memory cell lead to inaccuracies in the determination of a current value of the internal resistance, even with numerous measurements.

Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine zuverlässige Bestimmung eines aktuellen Wertes des Innenwiderstands fortlaufende Validierungen und Neumessungen entbehrlich macht , die sonst nach dem Stand der Technik üblicherweise vorgesehen sind . Damit ist ein Aufwand nach einem erfindungsgemäßen Ansatz geringer als nach bekannten Verfahren . Im Unterschied zu bekannten Verfahren werden damit erfindungsgemäß Rahmenbedingungen in einem Batteriesystem genau definiert , um auf dieser Basis Kenngrößen exakt bestimmen zu können . Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche . Demnach wird eine Anzahl von Einfluss faktoren auf die Innenwiderstandsbestimmung dadurch noch weiter minimiert , dass ein Strom-Puls in einem bestimmten Betriebsbereich des Batteriesystems initiiert wird . Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt , dass das Verfahren bei einem Ladezustand der Speicherzelle , im englischen State of Charge , kurz SOC genannt , in einem Bereich von 40-50% SOC einer maximalen Zellladung durchgeführt wird . Dieser Ansatz baut auf der Erkenntnis auf , dass über diverse Zelltypen und Alterungs zustände hinweg betrachtet eine Kennlinie der Leerlauf Spannung, im englischen Open Circuit Voltage , kurz OCV genannt , in dem genannten Bereich von 40-50% SOC einen Bereich aufweist , der einen flachen Verlauf bei minimaler Steigung aufweist , in diesem Abschnitt also fast hori zontal verläuft . Dieser Bereich hat zudem den Vorteil , dass er von Alterungseinflüssen, welche Einflüsse auf den charakteristischen Verlauf der OCV Kennlinie haben, nahezu unberührt bleibt . Somit kann der genannte Bereich unabhängig vom aktuellen Alterungs zustand der Speicherzelle und der damit einhergehenden Veränderung der OCV Kennlinie in anderen SOC Bereichen, sehr gut zur Bestimmung des aktuellen Innenwiderstands der Speicherzelle verwendet werden . Außerdem können kurz zeitige Lade- und Entladevorgänge zur Bestimmung eines Innenwiderstands keine Verfälschungen durch deutliche Änderungen der Spannungs-Messwerte bewirken . A further advantage of a method according to the invention is that a reliable determination of a current value of the internal resistance makes continuous validations and new measurements superfluous, which are otherwise usually provided according to the prior art. The effort involved in an approach according to the invention is therefore lower than in the case of known methods. In contrast to known methods, the framework conditions in a battery system are precisely defined according to the invention in order to be able to precisely determine parameters on this basis. Advantageous developments are the subject of the subclaims. Accordingly, a number of factors influencing the determination of the internal resistance are further minimized by initiating a current pulse in a specific operating range of the battery system. It has proven to be particularly advantageous that the method is carried out when the storage cell is in a state of charge, SOC for short, in a range of 40-50% SOC of a maximum cell charge. This approach is based on the knowledge that, viewed across various cell types and aging states, a characteristic curve of the open circuit voltage, or OCV for short, has a flat area in the range of 40-50% SOC mentioned Has a course with a minimal incline, ie runs almost horizontally in this section. This area also has the advantage that it remains almost unaffected by the effects of aging, which have an impact on the characteristic curve of the OCV curve. The range mentioned can thus be used very well to determine the current internal resistance of the storage cell, regardless of the current aging state of the storage cell and the associated change in the OCV characteristic curve in other SOC ranges. In addition, short-term charging and discharging processes for determining an internal resistance cannot cause any falsifications due to significant changes in the measured voltage values.

In einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung wird eine zeitliche Pulsbreite der Ströme auf eine zeitliche Dauer oder Mess zeit von ca . 5 s bis etwa 10 s bemessen, was in Abhängig- keit eines jeweiligen Zelltyps sowie der jeweiligen Zell-Chemie festgelegt wird. So wird beispielsweise für prismatische NMC622 - Nickel Mangan Kobalt Lithium-Ionen-Speicherzellen vorzugsweise ein Wert von ca. 10 s als Breite der Strompulse zur Gleichstrom-Innenwiderstandsmessung verwendet. In a preferred embodiment of the invention, a temporal pulse width of the currents is limited to a duration or measuring time of approx. 5 s to about 10 s, which depends ability of a respective cell type and the respective cell chemistry is determined. For example, a value of approximately 10 s is preferably used as the width of the current pulses for direct current internal resistance measurement for prismatic NMC622—nickel manganese cobalt lithium-ion storage cells.

Vorzugsweise beträgt eine verwendete Impulshöhe bzw. Stromstärke 1 C, also eine Stromstärke, die sich aus einer jeweiligen Kapazität einer wiederaufladbaren Speicherzelle rechnerisch als konstanter Stromfluss über eine Stunde hinweg ergibt. Bei Speicher mit mehreren parallelen Strängen kann aber auch mit einer Stromstärke von 0,5 C für den Strompuls verfahren werden, um den Gesamtstrom des Systems für den verwendeten Laderegler mit einer akzeptablen Größe abzubilden. A pulse height or current intensity used is preferably 1 C, that is to say a current intensity which is calculated from a respective capacity of a rechargeable storage cell as a constant current flow over a period of one hour. In the case of storage systems with several parallel strings, however, a current of 0.5 C can also be used for the current pulse in order to map the total current of the system to an acceptable level for the charge controller used.

In einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung wird auf eine hohe Genauigkeit der Einstellung eines jeweiligen Impulses durch ungestörte Einregelung hohen Wert gelegt, da diese Messungen in einem Zeitpunkt erfolgen, an dem kein aktiver Antrieb des Fahrzeugs erfolgt. Das Fahrzeug befindet sich vorzugsweise im Stillstand. In a preferred embodiment of the invention, great importance is attached to a high degree of accuracy in the setting of a respective pulse through undisturbed adjustment, since these measurements are made at a point in time when the vehicle is not actively being driven. The vehicle is preferably at a standstill.

Es wird besonders bevorzugt, eine Aktivierung eines vorstehend beschriebenen Messverfahrens innerhalb eines Ladevorgangs vorzusehen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verfahren periodisch ca. einmal je Monat ausgeführt, mindestens jedoch nach ca. jeder 30. Vollladung des Batteriesystems. Die jeweiligen Messergebnisse werden vorzugsweise schon zur Plausibilisierung und ggf. Fehlererkennung intern fortgeschrieben und ausfallsicher abgelegt bzw. nicht-flüchtig gespeichert . In einer besonders bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist eine Integration des vorstehend beschriebenen Messverfahrens in ein Batterie-Managementsystem BMS integriert ausgeführt wird . Es wird dabei an j eder einzelnen Speicherzelle und/oder dem gesamten Batteriesystem angewendet , wodurch lokale Probleme frühzeitig erkannt und ein Einfluss auf das gesamte Batteriesystem beobachtet werden kann, auch um geeignete Gegenmaßnahmen ergrei fen zu können . Besonders vorteilhaft ist dieser Ansatz bei einer Verwendung prismatischer Speicherzellen mit einer Einzelüberwachung j eder der Zellen innerhalb eines wiederaufladbaren Batteriesystems anwendbar . It is particularly preferred to provide activation of a measurement method described above within a charging process. In an exemplary embodiment of the invention, the method is carried out periodically approximately once a month, but at least after approximately every 30th full charge of the battery system. The respective measurement results are preferably already updated internally for plausibility checks and, if necessary, error detection and stored in a fail-safe manner or stored in a non-volatile manner. In a particularly preferred embodiment of the invention, the measurement method described above is integrated into a battery management system BMS. It is applied to each individual storage cell and/or the entire battery system, which means that local problems can be identified at an early stage and an influence on the entire battery system can be observed, also so that suitable countermeasures can be taken. This approach can be applied particularly advantageously when using prismatic storage cells with individual monitoring of each of the cells within a rechargeable battery system.

Anhand des ermittelten Innenwiderstands der Speicherzelle kann das BMS den aktuellen SOH für die Batterie bestimmen . Der höchste Innenwiderstand stellt dabei den Wert für die am stärksten gealterte Speicherzelle dar, die das gesamte System limitiert . Anhand des SOH kann, anhand hinterlegter Begin of Li fe- bw . BOL- und End of Li fe- bzw . EOL-Kennf elder für den Innenwiderstand der Speicherzelle über Temperatur und SOG, ein Kennfeld für den aktuellen Innenwiderstand über Temperatur und SOG ermittelt werden, welches für die aktuelle Leistungsprädiktion verwendet werden kann . Based on the determined internal resistance of the storage cell, the BMS can determine the current SOH for the battery. The highest internal resistance represents the value for the storage cell that has aged the most, which limits the entire system. Based on the SOH, based on the stored Begin of Life bw. BOL and End of Life or EOL characteristic fields for the internal resistance of the storage cell over temperature and SOG, a characteristic field for the current internal resistance over temperature and SOG can be determined, which can be used for the current performance prediction.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Aus führungs formen unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert . Darin zeigen : Further features and advantages of embodiments according to the invention are explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment using the drawing. show in it :

Figur 1 : einen typischen Kurvenverlauf einer Leerlauf span- nungskennlinie als Funktion eines Ladezustands einer Lithium- lonen-Batt er ie ; FIG. 1: a typical curve profile of an no-load voltage characteristic as a function of a state of charge of a lithium-ion battery;

Figur 2a : einen zeitlichen Verlauf eines Ladestrom- Impulses ; Figur 2b : einen zeitlichen Verlauf eines zugehörigen Spannungsimpulses ; FIG. 2a: a time profile of a charging current pulse; FIG. 2b: a time profile of an associated voltage pulse;

Figur 3 : einen zeitlichen Verlauf einer Zellspannung aus einem Ruhezustand heraus bei Belastung durch einen Impulsförmigen Stromfluss und die danach einsetzende Relaxation und FIG. 3: a time course of a cell voltage from a state of rest when loaded by a pulsed current flow and the relaxation that begins thereafter and

Figur 4 : einen zeitlichen Verlauf einer Gleichstrom- Innenwi- derstandsmessung nach dem Stand der Technik . FIG. 4: a time course of a direct current internal resistance measurement according to the prior art.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente oder Verfahrensschritte stets die gleichen Bezugs zeichen verwendet . Ohne Beschränkung der Erfindung wird nachfolgend nur ein Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei Anwendung an einem wiederaufladbaren Batteriesystem dargestellt und beschrieben, wie es heute in rein elektrisch oder hybrid angetriebenen Fahrzeugen als Energiespeicher verwendet wird . Es ist aber für den Fachmann of fensichtlich, dass in gleicher Weise auch eine Anpassung auf andere Energiespeicher möglich ist , wie z . B . auf stationäre Energiespeicher . The same reference symbols are used throughout the various figures for the same elements or process steps. Without restricting the invention, only one use of a method according to the invention when applied to a rechargeable battery system is shown and described below, as it is used today as an energy storage device in purely electrically or hybrid-driven vehicles. However, it is obvious to the person skilled in the art that an adjustment to other energy storage devices is possible in the same way, e.g. B. to stationary energy storage.

Figur 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Gleichstrom- In- nenwiderstandsmessung nach dem Stand der Technik . Diese Messung läuft wie folgt ab : Bei einem Spannungswert von hier 3 , 8 V wird ein Stromimpuls in Höhe von AI=100 A mit einer Flankensteigung von At=5 ms angelegt . Damit steigt die Spannung V in einem linearen Teilstück auf 3 , 90 V an, wo die Speicherzelle ein ohmsches Verhalten zeigt . An diesen ohmschen Ast schließt sich j edoch ein stark nichtlinearer Kurvenverlauf an, der elektro-chemische Prozesse innerhalb der Speicherzelle widerspiegelt . Schließlich folgt eine Ladekurve der Speicherzelle . Für die Bestimmung eines Gleichstrom- Innenwiderstands IR kann also nur das erste , lineare Teilstück der dargestel lten Kurve genutzt werden . Dabei ist die Linearität der Kurve zu überwachen, um keine Verfälschung des Messergebnisses durch nachfolgende elektrochemische Prozesse zu erhalten, die einen stark nichtlinearen Kurvenverlauf hervorrufe . Diese Art der Messung erfolgt nach dem Stand der Technik während der Fahrt wiederholt , wobei abwechselnd Lade- und Entladeimpulse genutzt werden können, um einen Ladezustand der Speicherzelle durch diese Messung nicht zu verändern, was nachfolgend noch anhand der Figuren 2a, 2b beschrieben wird . Die Ergebnisse werden in Form von Innenwiderstands-Werten gespeichert und miteinander zur Plausibilisierung verglichen, denn es stellen sich hier folgende grundsätzliche Probleme ein : Die Messung erfolgt während der Fahrt und damit grundsätzlich in einem dynamischen Betriebsbereich der Speicherzelle , wo ein aktueller SOC-Wert prinzipiell nicht genau bekannt sein kann . Der SOG kann also nur abgeschätzt werden, womit die Leerlauf Spannung OCV grundsätzlich auch nicht genau bekannt sein kann . Es ist j eweils nur die Spannung zu Beginn und am Ende des definierten Messstrom-Pulses bekannt . Damit gibt es nach einem bekannten Mess- Ansatz also keine exakte Zuordnung des ladungsabhängigen Innenwiderstandswertes IR zum SOG . FIG. 4 shows a time course of a direct current internal resistance measurement according to the prior art. This measurement proceeds as follows: With a voltage value of 3.8 V here, a current pulse of AI=100 A with a flank gradient of Δt=5 ms is applied. The voltage V thus rises to 3.90 V in a linear section, where the memory cell shows ohmic behavior. However, this ohmic branch is followed by a highly non-linear curve profile, which reflects electrochemical processes within the storage cell. Finally, a charging curve of the storage cell follows. For the determination of a direct current internal resistance IR ie only the first, linear section of the curve shown can be used. The linearity of the curve must be monitored so that the measurement result is not falsified by subsequent electrochemical processes that cause a highly non-linear curve. According to the prior art, this type of measurement is carried out repeatedly while driving, in which case charging and discharging pulses can be used alternately in order not to change the state of charge of the storage cell as a result of this measurement, which is described below with reference to FIGS. 2a, 2b. The results are stored in the form of internal resistance values and compared with each other for plausibility checks, because the following fundamental problems arise here: The measurement is carried out while driving and therefore in principle in a dynamic operating range of the storage cell, where a current SOC value is not in principle can be known exactly. The SOG can therefore only be estimated, which means that the no-load voltage OCV cannot be known exactly either. Only the voltage at the beginning and at the end of the defined measurement current pulse is known. According to a known measurement approach, there is therefore no exact assignment of the charge-dependent internal resistance value IR to the SOG.

Es ist grundsätzlich bekannt , dass sich der Innenwiderstand IR einer Speicherzelle von Anfang der Nutzung bzw . Beginn of Li fe bzw . BOL bis zum Ende einer Nutzung bzw . End of Li fe, EOL, ändert . Der Innenwiderstand IR der Speicherzelle steigt deutlich an . Damit ist der Innenwiderstand IR einer Speicherzelle Maßstab für einen Zustand der betrachteten Speicherzel le . Aufgrund der vorstehend angedeuteten Unsicherheiten bei einer nach dem Stand der Technik vorgenommenen Bestimmung des Innenwiderstands IR ist also allenfalls eine Abschätzung des Zustands der betref fenden Speicherzelle zu erwarten . Figur 1 stellt einen typischen Kurvenverlauf einer Leerlaufspannungskennlinie OCV als Funktion eines Ladezustands SOC einer Lithium- Ionen-Batterie dar . Diese Kurve zeichnet sich zwischen einer Maximalspannung Umax bei vollgeladener Batterie mit SOC=100% bis zu einer Minimalspannung Umin bei entladener Batterie mit ungefähr SOC=0% durch einen stetigen Abfall mit stark nichtlinearer Charakteristik aus . Auf fällig i st allenfalls ein Bereich zwischen 40-50% SOC, wo die Kennl inie in guter Näherung abschnittsweise geradlinig verläuft , und das bei einer minimalen Steigung mmin . Mit anderen Worten verändert ein Laden oder Entladen der Speicherzelle in diesem Bereich eine Leerlauf Spannung OVC nur in einem ganz geringen Maße . Näherungsweise kann gesagt werden, dass sich der Zusammenhang OCV und SOC im genannten Betrachtungsbereich zwischen 40-50% SOC nicht ändert . Zudem weist die OCV-Kennlinie in dem genannten Bereich keine wesentlichen Alterungsef fekte über die Lebensdauer einer Speicherzelle auf . It is generally known that the internal resistance IR of a storage cell changes from the beginning of its use or beginning of life or . BOL until the end of use or End of Life, EOL, changes . The internal resistance IR of the storage cell increases significantly. The internal resistance IR of a memory cell is therefore a measure of a state of the memory cell under consideration. Due to the above-mentioned uncertainties in a determination of the internal resistance IR carried out according to the prior art, at best an estimate of the state of the memory cell in question can therefore be expected. FIG. 1 shows a typical curve of an open-circuit voltage characteristic OCV as a function of a state of charge SOC of a lithium-ion battery. Between a maximum voltage Umax with a fully charged battery with SOC=100% and a minimum voltage Umin with a discharged battery with approximately SOC=0%, this curve is characterized by a continuous drop with a strongly non-linear characteristic. At best, there is a range between 40-50% SOC, where the characteristic curve runs in a good approximation in a straight line in sections, and that with a minimal gradient mmin. In other words, charging or discharging the memory cell in this range changes an open circuit voltage OVC only to a very small extent. As an approximation, it can be said that the relationship between OCV and SOC does not change in the mentioned range between 40-50% SOC. In addition, the OCV characteristic curve in the range mentioned has no significant aging effects over the service life of a memory cell.

Figur 2b zeigt nach dem Stand der Technik genutzte Lade- und Entladepulse entsprechend Figur 4 . Diese Messstrategie wird während des Betriebs angewendet , also während der Fahrt . Um während des Fährbetriebs unbemerkt bleiben zu können und zudem einen Ladezugstand der Batterie möglichst nicht zu verändern, werden für diese Messungen nur kurze Zeitintervalle At genutzt . FIG. 2b shows charging and discharging pulses according to FIG. 4 used according to the prior art. This measurement strategy is used during operation, ie while driving. In order to be able to remain unnoticed during ferry operation and also to avoid changing the charging status of the battery as far as possible, only short time intervals At are used for these measurements.

Figur 2a zeichnet die Spannungskurve nach dem Stand der Technik nach . Dabei wird bei einem Punkt Ml ein erster Spannungswert gemessen, und zum Ende des Stromimpulses bei einem Punkt M2 ein zweiter Spannungswert . Aus diesem Wertepaar wird ein aktueller Innenwiderstand IR errechnet . FIG. 2a traces the voltage curve according to the prior art. A first voltage value is measured at a point M1, and a second voltage value at a point M2 at the end of the current pulse. A current internal resistance IR is calculated from this pair of values.

Als eine wesentliche Erkenntnis und Basis der vorliegenden Erfindung sind hier Relaxationsef fekte der Speicherzelle , die am Ende der j eweiligen Strompulse bislang vernachlässigt werden, als Relaxationskurven R mit eingezeichnet worden . Diese sind nun gestrichelt mit dargestellt und zeigen eine Verschiebung der Kurve zwischen den beiden Lade- und Entladepulsen . Neben der Tatsache , dass ein in diesem Beispiel aus dem dynamischen Betrieb der Speicherzelle heraus genutzter Spannungswert von ca . 3 , 8V nicht einer Leerlauf Spannung OCV der Speicherzelle bei dem aktuellen SOG entspricht , weil Relaxationsvorgänge innerhalb der Speicherzelle noch nicht abgeschlossen bzw . abgeklungen sein können, trägt auch dieser Ef fekt zur Ungenauigkeit bekannter Messungen bei . As an essential knowledge and basis of the present invention, relaxation effects of the memory cell are here End of each respective current pulses have been neglected so far, been drawn as relaxation curves R with. These are now shown with dashed lines and show a shift in the curve between the two charging and discharging pulses. In addition to the fact that a voltage value of approx. 3.8V does not correspond to an open circuit voltage OCV of the memory cell at the current SOG, because relaxation processes within the memory cell have not yet been completed or may have subsided, this effect also contributes to the inaccuracy of known measurements.

Figur 3 zeigt nun ein Diagramm zu einem Verfahren, das die vorstehend aufgezeigten Ungenauigkeiten deutlich mindert und so zu verbesserten Werten für einen j eweiligen Gleichstrom- In- nenwiderstand IR der Speicherzelle führt : Grundsätz lich wird dieses Verfahren in einem Fahrzeugstillstand durchgeführt . Es wird dadurch von einem relaxierten oder Ruhe-Zustand der Speicherzelle aus gestartet . Mit Erreichen von 40-50% SOG wird das Laden der Speicherzelle daher ausreichend lange unterbrochen, um eine Impulsmessung mit Strom von 0 , 5 bis IC erst aus dem relaxierten Zustand der Speicherzelle heraus durchzuführen, also von einer j eweiligen Leerlauf Spannung OCV aus . Bei einer Speicherzelle mit einer Kapazität von 100 Ah bezeichnet IC eine Stromstärke von 100A. Ein erster Messpunkt Ml wird hier beim Erreichen des konstanten Strompulses genommen . Ein Messungs-Ende mit einem zweiten Messpunkt M2 ist in diesem Beispiel erst nach At = 10s erreicht . Es schließt sich hier nun ein weiteres Laden der Speicherzelle solange an, bi s diese voll geladen ist . Ein Kurvenverlauf gemäß Figur 2a ist in gestrichelter Linie lediglich zur Verdeutlichung und vergrößerten Darstellung eines prinzipiellen Verlaufs von Relaxationsvorgängen eingezeichnet worden, wie es sich bei Abschaltung des Ladestroms einstellen würde . Der anhand der eingezeichneten Messpunkte Ml , M2 errechnete IR-Wert wird wiederum gespeichert , wobei hierzu nun die Leerlauf Spannung OCV aber genau bekannt ist . FIG. 3 now shows a diagram of a method that significantly reduces the inaccuracies outlined above and thus leads to improved values for a respective direct current internal resistance IR of the storage cell: This method is basically carried out with the vehicle stationary. It is thereby started from a relaxed or quiescent state of the memory cell. When 40-50% SOG is reached, the charging of the memory cell is interrupted long enough to carry out a pulse measurement with a current of 0.5 to IC only from the relaxed state of the memory cell, ie from a respective open-circuit voltage OCV. For a storage cell with a capacity of 100 Ah, IC denotes a current of 100A. A first measurement point M1 is taken here when the constant current pulse is reached. In this example, a measurement end with a second measurement point M2 is only reached after Δt=10 s. A further loading of the storage cell now follows here until it is fully loaded. A curve progression according to FIG. 2a has been drawn in as a dashed line merely to clarify and enlarge the representation of a basic progression of relaxation processes, as is the case when the system is switched off of the charging current would adjust. The IR value calculated using the marked measuring points M1, M2 is in turn stored, with the no-load voltage OCV now being precisely known for this purpose.

Eine Wiederholung dieses Verfahrens ist ungefähr monatlich o- der spätestens nach ca . 30 stationäre Ladungen vorgesehen, um einen Zustand der betref fenden Speicherzelle zu überwachen . Im relaxierten Zustand der Speicherzelle , also bei OCV, ist der SOC genau bekannt , dem nun ein präzise bestimmter Gleichstrom- Innenwiderstand IR zugeordnet wird . Hieraus wird mit erhöhter Zuverlässigkeit der SOH der betref fenden Speicherzelle bestimmt . Das vorstehend beschriebene Verfahren wird in ein Batterie-Managementsystem BMS integriert ausgeführt und verursacht damit keinen nennenswerten Mehraufwand . Die j eweils ermittelten IR-Werte werden zudem zur Plausibilisierung und ggf . Fehlererkennung intern fortgeschrieben und mit anderen wichtigen Betriebsparametern aus fallsicher abgelegt oder nichtflüchtig gespeichert . A repetition of this procedure is approximately monthly or at the latest after approx. 30 stationary charges provided to monitor a state of the relevant memory cell. In the relaxed state of the memory cell, ie at OCV, the SOC is precisely known, to which a precisely determined direct current internal resistance IR is now assigned. From this, the SOH of the relevant memory cell is determined with increased reliability. The method described above is integrated into a battery management system BMS and thus does not cause any significant additional effort. The IR values determined in each case are also used for plausibility checks and, if necessary, Error detection updated internally and stored with other important operating parameters in a fail-safe manner or stored in a non-volatile manner.

Ein erfindungsgemäßer Ansatz ist an j eder einzelnen Speicherzelle und/oder einem gesamten Batteriesystem anwendbar . Daher gilt die vorstehende Darstellung ohne weitere Unterscheidung für beide Anwendungs fälle . An approach according to the invention can be applied to each individual storage cell and/or an entire battery system. The above description therefore applies to both applications without any further distinction.

Bezugszeichenliste Reference List

BMS Batterie-Managementsystem BMS battery management system

BOL Begin einer Nutzungs zeit / Beginn of li fe BOL Beginning of a period of use / beginning of life

EOL Ende einer Nutzungs zeit / End of li fe EOL End of life

IR Innenwiderstand der Speicherzelle IR Internal resistance of the storage cell

Ml , M2 Messpunkte zur Berechnung von IR rnmin minimalen Steigung der Kennlinie OCV über SOG Ml, M2 measuring points for calculating IR rnmin minimum gradient of the characteristic curve OCV over SOG

OCV Leerlauf Spannung OCV open circuit voltage

R Relaxationskurve R relaxation curve

SOG Ladezustand der Speicherzelle SOG state of charge of the storage cell

SOH Zustand der Speicherzelle / State of Health SOH State of the storage cell / State of Health

At Breite eines Messintervalls / Mess zeit At Width of a measurement interval / measurement time

Umax Maximalspannung bei vollgeladener Batterie , SGC=100%Umax maximum voltage with fully charged battery, SGC=100%

Umin Minimalspannung bei entladener Batterie , SOC=0% Umin minimum voltage with discharged battery, SOC=0%

Claims

Ansprüche Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines wiederaufladbaren Batteriesystems, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichstrom-Innenwiderstand (IR) in einem Gleichgewichtszustand des jeweiligen Batteriesystems durch einen definierten Strom-Puls oder einen Stromfluss über eine vorbestimmte Messzeit (At) anhand des ohmschen Gesetzes im Ladebetrieb bestimmt wird. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Einflussfaktoren auf die Bestimmung des Innenwiderstands (IR) dadurch noch weiter minimiert wird, dass ein Strom-Puls in einem bestimmten Ladezustand (SOG) des Batteriesystems initiiert wird . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Ladezustand der Speicherzelle in einem Bereich von 40-50% SOG einer maximalen Zellladung durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Abstand von Spannungs-Messwerten auf eine Dauer oder Messzeit von ca. 5 bis etwa 10s bemessen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine verwendete Impulshöhe bzw. Stromstärke beim Laden ca. 0,5 bis etwa IC beträgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass auf eine betragliche Genauigkeit der Einstellung eines j eweiligen Impulses durch ungestörte Einregelung dadurch vorgenommen wird, dass diese Messungen in einem Zeitpunkt erfolgen, an dem kein aktiver Antrieb des Fahrzeugs erfolgt und/oder sich die betref fende Speicherzelle in einem relaxierten Zustand befindet . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass eine Aktivierung eines Messverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche innerhalb eines Ladevorgangs vorgesehen ist . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , dass das Verfahren periodisch ca . einmal j e Monat und/oder nach ca . 30 stationären Ladevorgängen der Speicherzelle durchgeführt wird . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die j eweiligen Messergebnisse in Form von IR-Werten zur Plausibilisierung und ggf . Fehlererkennung intern fortgeschrieben und aus fallsicher abgelegt oder nicht- flüchtig gespeichert werden . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass das Verfahren in ein Batterie-Managementsystem (BMS ) integriert an j eder einzelnen Speicherzelle und/oder dem gesamten Batteriesystem ausgeführt wird . Claims Method for determining the state of a rechargeable battery system, characterized in that a direct current internal resistance (IR) in a state of equilibrium of the respective battery system is determined by a defined current pulse or a current flow over a predetermined measuring time (At) using Ohm's law during charging will. Method according to the preceding claim, characterized in that a number of factors influencing the determination of the internal resistance (IR) is further minimized by initiating a current pulse in a specific state of charge (SOG) of the battery system. Method according to the preceding claim, characterized in that the method is carried out with a state of charge of the storage cell in a range of 40-50% SOG of a maximum cell charge. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a time interval between voltage measurement values is measured to a duration or measurement time of approximately 5 to approximately 10 s. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a pulse height or current intensity used during charging is approximately 0.5 to approximately IC. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an absolute accuracy of the setting of a respective pulse is made by undisturbed adjustment in that these measurements are carried out at a time when there is no active drive of the vehicle and / or the concerned fending memory cell is in a relaxed state. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an activation of a measuring method according to one of the preceding claims is provided within a charging process. Method according to the preceding claim, characterized in that the method periodically approx. once a month and/or after approx. 30 stationary charging processes of the storage cell is carried out. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the respective measurement results in the form of IR values for plausibility and, if necessary. Error detection updated internally and stored fail-safe or non-volatile. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is integrated into a battery management system (BMS) and executed on each individual storage cell and/or the entire battery system.