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DE102017211506A1 - Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit, entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie entsprechende elektrische Energiespeichereinheit - Google Patents

Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit, entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie entsprechende elektrische Energiespeichereinheit Download PDF

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Publication number
DE102017211506A1
DE102017211506A1 DE102017211506.8A DE102017211506A DE102017211506A1 DE 102017211506 A1 DE102017211506 A1 DE 102017211506A1 DE 102017211506 A DE102017211506 A DE 102017211506A DE 102017211506 A1 DE102017211506 A1 DE 102017211506A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
storage unit
energy storage
electrical energy
state
electrode assembly
Prior art date
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Pending
Application number
DE102017211506.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Gansemer
Christoph Woll
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.)
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Lithium Energy and Power GmbH and Co KG
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 Robert Bosch GmbH, Lithium Energy and Power GmbH and Co KG filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017211506.8A priority Critical patent/DE102017211506A1/de
Priority to CN201880057318.XA priority patent/CN111066197B/zh
Priority to PCT/EP2018/067647 priority patent/WO2019007848A1/de
Priority to US16/628,477 priority patent/US11515583B2/en
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit beschrieben, wobei die elektrische Energiespeichereinheit mindestens zwei Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe aufweist und das Verfahren die nachstehend Schritte umfasst. Es wird eine Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder einer von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft erfasst (S11). Weiterhin wird eine erste Zustandsgröße, die einen ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder der von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells ermittelt (S13). Weiterhin wird mindestens eine elektrische Größe der elektrischen Energiespeichereinheit erfasst (S12). Weiterhin wird eine zweite Zustandsgröße, die den ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten mindestens einen elektrischen Größe der elektrischen Energiespeichereinheit sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells, ermittelt (S14). Anschließend erfolgt (S15) ein erster Vergleich der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße. Weiterhin wird das erste mathematische Modell und/oder mittels des ersten mathematischen Modells ermittelte Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs geändert und/oder das zweite mathematische Modell und/oder mittels des zweiten mathematischen Modells ermittelte Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs geändert (S16). Weiterhin wird eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung und eine elektrischen Energiespeichereinheit umfassend die Vorrichtung beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit, einer zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten Vorrichtung und einer elektrischen Energiespeichereinheit umfassend die Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Energiespeichereinheiten, insbesondere basierend auf der Lithiumionentechnologie, finden gerade im Automobilbereich zunehmende Verbreitung als wichtige Komponente im Antriebsstrang. Dabei sind die Elektroden einer elektrischen Energiespeichereinheit aufgrund der Einspeicherungs- und Ausspeicherungsvorgänge der Lithiumionen volumetrischen Änderungen unterworfen. Abhängig von einem Ladezustand, aber auch einer Alterung der Elektroden, ändert sich die entsprechende Ausdehnung der Elektroden, insbesondere orthogonal zu einer Lagenanordnung der Elektroden. Diese mechanischen Änderungen können demzufolge zusätzlich zu den bereits bisher verwendeten Messgrößen Temperatur, elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit oder einem elektrischen Strom verwendet werden, um die Bestimmungsgenauigkeit der Alterung oder des Ladezustandes einer Elektrode zu erhöhen beziehungsweise um Ungenauigkeiten, welche auf der alleinigen Erfassung von elektrischen Größen beruhen, zu minimieren.
  • In der Druckschrift DE 10 2012 209 271 A1 wird ein Batteriemanagementsystem einer Batterie beschrieben, wobei innerhalb einer Batteriezelle auf einem Elektrodenwickel ein drucksensitiver Foliensensor angebracht ist, dessen Messwerte von einer Batteriezustandserkennung ausgewertet und zur Batteriezustandserkennung verwendet werden.
  • In der Druckschrift US 2015/0188198 A1 wird ein Batteriemodul beschrieben, das eine Batteriezelle sowie einen Kraftmesser und ein Steuerungsmodul aufweist, wobei der Kraftmesser eine Kraft aufgrund des Anschwellen der Batteriezelle misst und das Steuerungsmodul eingerichtet ist, basierend auf den empfangenen Kraftmessdaten die verbleibende Lebensdauer des Batteriemoduls zu schätzen.
  • In dem Artikel „A phenomenological Model of Bulk Force in a Li-lon Battery Pack and its Application to State of Charge Estimation" von Shankar Mohan et al., Journal of the Electrochemical Society, 161 (14) A2222-A2231 (2014), wird die Kraft, welche eine Lithiumionenzelle während des Ladens beziehungsweise Entladens entwickelt, mittels eines mathematischen Modells beschrieben. Dabei wird ein Versuchsaufbau beschrieben, der Kraftmesseinheiten außerhalb einer Batteriezelle vorsieht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Offenbart wird ein Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit, eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichteten Vorrichtung und eine elektrische Energiespeichereinheit umfassend die Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Dabei weist die elektrische Energiespeichereinheit mindestens zwei Polanschlüsse und mindestens eine Elektrodenbaugruppe auf.
  • Innerhalb des Verfahrens wird eine Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder eine von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft erfasst.
  • Weiterhin wird eine erste Zustandsgröße, die einen ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, ermittelt, wobei dazu die erfasste Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder die von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft sowie ein in einem Datenspeicher abgelegtes erstes mathematisches Modell verwendet werden. Insbesondere kann die erste Zustandsgröße einen Ladezustand oder einen Alterungszustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentieren. Der Alterungszustand kann beispielsweise ein dimensionsloser Wert sein, der mit ansteigender von der Elektrodenbaugruppe ausgeübter Kraft beziehungsweise zunehmender Ausdehnung abnimmt. Das erste mathematische Modell kann beispielsweise in einem Speicherbaustein eines Batteriemanagementsteuergerätes hinterlegt sein. Ein mathematisches Modell kann beispielsweise Differentialgleichungen oder algebraische Gleichungen umfassen. Weiterhin kann auch ein datenbasiertes Kennfeld Bestandteil des mathematischen Modells sein. Dazu können beispielsweise mehrere Ausdehnungs- beziehungsweise Kraftwerte mit den entsprechenden Ladezustandswerten verknüpft und in dem Speicherbaustein hinterlegt sein. Auch ein Modell in der Form Ladezustand = a* I ist denkbar, wobei a eine Modellkonstante und I die Ausdehnung ist.
  • Weiterhin wird mindestens eine elektrische Größe der elektrischen Energiespeichereinheit erfasst, wobei die elektrische Größe insbesondere ein in der elektrischen Energiespeichereinheit fließender Strom und/oder eine zwischen den Polanschlüssen herrschende elektrische Spannung darstellen kann.
  • Weiterhin wird eine zweite Zustandsgröße, welche ebenfalls den ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten mindestens einen elektrischen Größe der elektrischen Energiespeichereinheit sowie eines ebenfalls in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells ermittelt. Somit wird der erste Zustand mittels zweier unterschiedlicher Zustandsgrößen ermittelt.
  • Anschließend wird ein erster Vergleich der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße durchgeführt.
  • Danach erfolgt gegebenenfalls eine Änderung des ersten mathematischen Modells und/oder von mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Änderung des zweiten mathematischen Modells und/oder von mittels des zweiten mathematischen Modells ermittelten Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs.
  • Somit wird in vorteilhafter Weise die Tatsache genutzt, dass ein erster Zustand mittels zweier unterschiedlicher Zustandsgrößen ermittelt wurde. Dadurch können Abweichungen zwischen den Ermittlungsmethoden festgestellt werden und gleichzeitig die entsprechenden verwendeten mathematischen Modelle beziehungsweise die damit ermittelten Größen angepasst werden. Dies erhöht die Genauigkeit der Zustandsbestimmung und sorgt somit für eine verbesserte Nutzung des Energieinhalts der elektrischen Energiespeichereinheit. Weiterhin können beispielsweise Lebensdauerprognosen der elektrischen Energiespeichereinheit genauer erfolgen und somit unnötige Ausfälle der elektrischen Energiespeichereinheit verhindert werden. Auch ein die Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit verlängernder Betrieb der elektrischen Energiespeichereinheit ist möglich, da beispielsweise durch die genauere Zustandsbestimmung Grenzwert für Spannungen und/oder Ströme besser eingehalten werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zweckmäßigerweise wird ein Korrekturfaktor zur Änderung des ersten mathematischen Modells und/oder des zweiten mathematischen Modells und/oder der mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten Größen und/oder der mittels des zweiten mathematischen Modells ermittelten Größen ermittelt. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Korrektur der entsprechenden Größen beziehungsweise Modelle erfolgen, wobei beispielsweise zusätzlich eine Temperatur der elektrischen Energiespeichereinheit mittels des Korrekturfaktors berücksichtigt werden kann.
  • Zweckmäßigerweise wird ein zweiter Vergleich der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe mit einem vordefinierten Ausdehnungsschwellenwert und/oder der von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft mit einem vordefinierten Kraftschwellenwert durchgeführt. Anschließend wird in Abhängigkeit des zweiten Vergleichs ein erstes Signal zur Anzeige des Vergleichsergebnisses erzeugt. Das erste Signal kann beispielsweise ein Leuchtmittel einschalten, welches einem Benutzer ein Überschreiten des entsprechenden Schwellenwertes anzeigt. Dies ist vorteilhaft, da dadurch dem Benutzer eine möglicherweise gefährliche Situation mitgeteilt wird und er somit gegebenenfalls unmittelbar handeln kann, was das Risiko für Leib und Leben senkt.
  • Zweckmäßigerweise wird ein Differenzwert zwischen der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße ermittelt und anschließend der Korrekturfaktor in Abhängigkeit des Differenzwertes ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass bekannte regelungstechnische Strukturen, beispielsweise ein Kalmanfilter, welche den Differenzwert nutzen, eingesetzt werden können, um den ersten Zustand mathematisch zu schätzen.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Erfassung der Ausdehnung und/oder der ausgeübten Kraft auf einander gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der Elektrodenbaugruppe. Dadurch wird die Sensitivität des Verfahrens erhöht, da die entsprechende Ausdehnung beziehungsweise die entsprechende Kraft bei prismatischen beziehungsweise zylinderförmigen beziehungsweise allgemein eine Symmetrie aufweisenden Formen von elektrischen Energiespeichereinheiten, insbesondere Batteriezellen, auf beide Seiten wirkt. Vorteilhafterweise erfolgt die Erfassung der Ausdehnung und/oder der ausgeübten Kraft an der gleichen Stelle auf den gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Energiespeichereinheit, um möglichst gleiche Messbedingungen zu gewährleisten und vergleichbare Messergebnisse zu liefern.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Erfassung der Ausdehnung und/oder der ausgeübten Kraft innerhalb der elektrischen Energiespeichereinheit. Somit werden die entsprechenden Messwerte nicht durch äußere Einflüsse verfälscht, was die Genauigkeit des Verfahrens erhöht.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Erfassung der Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe mittels mindestens eines Dehnungsmessstreifens. Alternativ oder zusätzlich wird die von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft mittels mindestens eines Piezoelements und/oder mittels mindestens einer Induktionsspule erfasst. Dies hat den Vorteil, dass bewährte und in der Praxis erprobte Kraft- beziehungsweise Dehnungsmessverfahren eingesetzt werden, was die einfache Umsetzbarkeit gewährleistet.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung, welche mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, das oben genannte Verfahren auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile realisiert werden. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät sowie gegebenenfalls Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als Batteriemanagementsteuergerät, kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine elektrische Energiespeichereinheit, welche mindestens 2 Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe sowie die vorgenannte Vorrichtung umfasst. Somit können die vorgenannten Vorteile realisiert werden.
  • Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.
  • Zweckmäßigerweise umfasst die elektrische Energiespeichereinheit mindestens zwei Mittel zur Erfassung einer Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder einer von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft, welche sich auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Energiespeichereinheit oder der Elektrodenbaugruppe befinden.
  • Figurenliste
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • 3 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • 4 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform;
    • 5 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, welche eingerichtet ist, das offenbarte Verfahren auszuführen.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei umfasst die elektrische Energiespeichereinheit, deren Zustand bestimmt wird, mindestens zwei Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe. In einem ersten Schritt S11 wird eine Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe erfasst. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S12 die zwischen den zwei Polanschlüssen der elektrischen Energiespeichereinheit herrschende elektrische Spannung erfasst. Anschließend wird in einem dritten Schritt S13 eine erste Ladezustandsgröße, die den Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells ermittelt. Weiterhin wird in einem vierten Schritt S14 eine zweite Ladezustandsgröße, die ebenso wie die erste Ladezustandsgröße den Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten elektrischen Spannung sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels eines elektrischen Ersatzschaltbildmodells der elektrischen Energiespeichereinheit und einer regelungstechnischen Struktur, beispielsweise einem Kalmanfilter, erfolgen. Danach wird in einem fünften Schritt S15 ein erster Vergleich der ersten Ladezustandsgröße mit der zweiten Ladezustandsgröße durchgeführt. Unter der Annahme, dass sich die erste Ladezustandsgröße und die zweite Ladezustandsgröße um mehr als einen vordefinierten Betrag unterscheiden, wird in einem sechsten Schritt S16 die zweite Ladezustandsgröße in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses geändert und in einem siebten Schritt S17 während eines Betriebes der elektrischen Energiespeichereinheit verwendet, um durch die genauere Zustandsbestimmung die Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit zu erhöhen. Sollten sich die erste Ladezustandsgröße und die zweite Ladezustandsgröße nicht um mehr als den vordefinierten Betrag unterscheiden, ist keine Änderung notwendig. Dann kann beispielsweise wieder bei dem ersten Schritt S11 eingesetzt werden und das Verfahren beginnt erneut.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei umfasst die elektrische Energiespeichereinheit, deren Zustand bestimmt wird, mindestens 2 Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe. In einem ersten Schritt S21 wird eine von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft erfasst. In einem zweiten Schritt S22 wird eine erste Alterungszustandsgröße unter Verwendung der erfassten ausgeübten Kraft sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells ermittelt. Die erste Alterungszustandsgröße kann beispielsweise ein dimensionsloser Wert sein, der mit ansteigender von der Elektrodenbaugruppe ausgeübter Kraft abnimmt. Beispielhafte Zahlenwerte bewegen sich zwischen 0 und 1 beziehungsweise zwischen 0 % und 100 % und können beispielsweise aus einem Kennfeld ausgelesen werden, in dem einzelnen Ausdehnungswerten jeweils ein Wert der ersten Alterungszustandsgröße zugeordnet ist. Diese Relationen können beispielsweise aus Versuchen gewonnen werden. Anschließend wird in einem dritten Schritt S23 der in der elektrischen Energiespeichereinheit fließende Strom und die zwischen den Polanschlüssen herrschende elektrische Spannung erfasst. In einem vierten Schritt S24 wird dann eine zweite Alterungszustandsgröße unter Verwendung des erfassten elektrischen Stromes und der erfassten elektrischen Spannung sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells ermittelt. Dabei repräsentiert die zweite Alterungszustandsgröße ebenso wie die erste Alterungszustandsgröße den Alterungszustand der elektrischen Energiespeichereinheit. Dabei kann die zweite Alterungszustandsgröße beispielsweise ein dimensionsloser Wert sein, der mit abnehmender elektrischer Speicherkapazität der elektrischen Energiespeichereinheit ebenfalls abnimmt. Anschließend wird in einem fünften Schritt S25 die erste Alterungszustandsgröße mit der zweiten Alterungszustandsgröße verglichen. Anschließend wird in einem sechsten Schritt S26 ein Korrekturfaktor zum Ändern der zweiten Alterungszustandsgröße ermittelt, welcher beispielsweise auf der Differenz der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße basiert. Eine beispielhafte Definition des Korrekturfaktors lautet: Korrekturfaktor = C * (Wert der ersten Zustandsgröße - Wert der zweiten Zustandsgröße), wobei C eine entsprechende Konstante ist. Anschließend wird in einem siebten Schritt S27 in Abhängigkeit des ersten Vergleichs und unter Nutzung des Korrekturfaktors die zweite Alterungszustandsgröße geändert.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S31 wird eine Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe erfasst. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S32 die zwischen den 2 Polanschlüssen der elektrischen Energiespeichereinheit herrschende elektrische Spannung erfasst. Anschließend wird in einem dritten Schritt S33 eine erste Ladezustandsgröße, die den Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells ermittelt. Weiterhin wird in einem vierten Schritt S34 eine zweite Ladezustandsgröße, die ebenso wie die erste Ladezustandsgröße den Ladezustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten elektrischen Spannung sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells ermittelt. Anschließend wird in einem fünften Schritt S35 ein erster Vergleich der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe mit einem vordefinierten Ausdehnungsschwellenwert durchgeführt. Weiterhin wird in einem sechsten Schritt S36 die erste Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße verglichen. Unter der Annahme, dass der Ausdehnungsschwellenwert überschritten wird, wird in einem siebten Schritt S37 ein erstes Signal zur Anzeige des ersten Vergleichsergebnisses erzeugt. In einem achten Schritt S38 wird anschließend das zweite mathematische Modell in Abhängigkeit des Vergleichs der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße geändert, indem beispielsweise die Parameterwerte des zweiten mathematischen Modells geändert werden. Weiterhin wird die zweite Zustandsgröße in Abhängigkeit des Vergleichs der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße geändert, indem beispielsweise ein Wert der zweiten Zustandsgröße in Abhängigkeit des Vergleichs erhöht oder verringert wird, und zur Prognose der Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit eingesetzt.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer vierten Ausführungsform. Dabei umfasst die elektrische Energiespeichereinheit, deren Zustand bestimmt wird, mindestens 2 Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe. In einem ersten Schritt S41 wird eine von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft erfasst. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S42 eine erste Ladezustandsgröße unter Verwendung der erfassten ausgeübten Kraft sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells ermittelt. Anschließend wird in einem dritten Schritt S43 der in der elektrischen Energiespeichereinheit fließende Strom und die zwischen den Polanschlüssen herrschende elektrische Spannung erfasst. In einem vierten Schritt S44 wird eine zweite Ladezustandsgröße unter Verwendung des erfassten elektrischen Stromes und der erfassten elektrischen Spannung sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells ermittelt. Anschließend wird in einem fünften Schritt S45 ein erster Vergleich der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße durchgeführt. Anschließend wird in einem sechsten Schritt S46 ein Differenzwert zwischen der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße ermittelt. Daraufhin wird in einem siebten Schritt S47 ein Korrekturfaktor in Abhängigkeit des ermittelten Differenzwertes bestimmt. In einem achten Schritt S48 wird das erste mathematische Modell in Abhängigkeit des ersten Vergleichs und des ermittelten Korrekturfaktors geändert. Anschließend kann das geänderte mathematische Modell beispielsweise im Rahmen einer genaueren Ermittlung der verbleibenden Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit eingesetzt werden.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung der offenbarten Vorrichtung 70, die eingerichtet ist, das offenbarte Verfahren auszuführen. Dabei werden mittels geeigneter Sensoren 71, beispielsweise mittels eines Dehnungsmessstreifens und/oder eines Piezoelements und eines Strom- beziehungsweise Spannungssensors, eine Ausdehnung einer Elektrodenbaugruppe und/oder eine von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft sowie ein elektrischer Strom und eine elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit erfasst. Die erfassten Werte werden in einem elektronischen Steuergerät 72 entsprechend den oben beschriebenen Verfahrensschritten verarbeitet und die entsprechenden beschriebenen Größen ermittelt. Weiterhin können entsprechende Steuergrößen, beispielsweise Strom- und Spannungssollwerte, berechnet werden und an eine Leistungselektronik 73 ausgegeben werden, um beispielsweise die Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit zu verlängern beziehungsweise einen schonenderen Betrieb der elektrischen Energiespeichereinheit zu ermöglichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 2015/0188198 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Energiespeichereinheit, wobei die elektrische Energiespeichereinheit mindestens zwei Polanschlüsse und mindestens eine Elektrodenbaugruppe aufweist, umfassend die Schritte: a) Erfassen (S11, S21, S31, S41) einer Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder einer von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft; b) Ermitteln (S13, S22, S32, S42) einer ersten Zustandsgröße, die einen ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, insbesondere einen Ladezustand oder einen Alterungszustand, unter Verwendung der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder der von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten ersten mathematischen Modells; c) Erfassen (S12, S23, S33, S43) mindestens einer elektrischen Größe der elektrischen Energiespeichereinheit, insbesondere eines in der elektrischen Energiespeichereinheit fließenden Stromes und/oder einer zwischen den Polanschlüssen herrschenden elektrischen Spannung; d) Ermitteln (S14, S24, S34, S44) einer zweiten Zustandsgröße, die den ersten Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit repräsentiert, unter Verwendung der erfassten mindestens einen elektrischen Größe der elektrischen Energiespeichereinheit sowie eines in einem Datenspeicher abgelegten zweiten mathematischen Modells; e) Durchführen (S15, S25, S36, S45) eines ersten Vergleichs der ersten Zustandsgröße mit der zweiten Zustandsgröße; f) Ändern (S16, S27, S38, S48) des ersten mathematischen Modells und/oder von mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs und/oder Ändern des zweiten mathematischen Modells und/oder von mittels des zweiten mathematischen Modells ermittelten Größen in Abhängigkeit des ersten Vergleichs.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: g) Ermitteln (S26) eines Korrekturfaktors zum Ändern des ersten und/oder des zweiten mathematischen Modells und/oder der mittels des ersten und/oder des zweiten mathematischen Modells ermittelten Größen;
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: h) Durchführen (S35) eines zweiten Vergleichs der erfassten Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe mit einem vordefinierten Ausdehnungsschwellenwert und/oder der von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft mit einem vordefinierten Kraftschwellenwert; i) In Abhängigkeit des zweiten Vergleichs Erzeugen (S37) eines ersten Signals zur Anzeige des Vergleichsergebnisses.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, weiterhin umfassend: j) Ermitteln (S46) eines Differenzwertes zwischen der ersten Zustandsgröße und der zweiten Zustandsgröße; k) Ermitteln (S47) des Korrekturfaktors in Abhängigkeit des Differenzwertes.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Ausdehnung und/oder der ausgeübten Kraft in Schritt a) auf einander gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der Elektrodenbaugruppe erfolgt.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Ausdehnung und/oder der ausgeübten Kraft in Schritt a) innerhalb der elektrischen Energiespeichereinheit erfolgt.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe mittels mindestens eines Dehnungsmessstreifens erfolgt und/oder die von der Elektrodenbaugruppe ausgeübte Kraft mittels mindestens eines Piezoelements und/oder mittels mindestens einer Induktionsspule erfasst wird.
  8. Vorrichtung (70), umfassend mindestens ein Mittel (72), insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementsteuergerät, welches eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
  9. Elektrische Energiespeichereinheit, umfassend mindestens zwei Polanschlüsse und eine Elektrodenbaugruppe sowie eine Vorrichtung (70) nach Anspruch 8.
  10. Elektrische Energiespeichereinheit gemäß Anspruch 9, weiterhin umfassend mindestens zwei Mittel (71) zur Erfassung einer Ausdehnung der Elektrodenbaugruppe und/oder einer von der Elektrodenbaugruppe ausgeübten Kraft, welche sich auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der Elektrodenbaugruppe befinden.
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