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DE102017212022A1 - Method for calculating a remaining operating life of a battery - Google Patents

Method for calculating a remaining operating life of a battery Download PDF

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DE102017212022A1
DE102017212022A1 DE102017212022.3A DE102017212022A DE102017212022A1 DE 102017212022 A1 DE102017212022 A1 DE 102017212022A1 DE 102017212022 A DE102017212022 A DE 102017212022A DE 102017212022 A1 DE102017212022 A1 DE 102017212022A1
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Verfahren zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie umfassend eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern mit folgenden Schritten:
a) Erfassen einer elektrischen Spannung der Batterie und/oder zumindest einer der elektrochemischen Energiespeicher;
b) Ermitteln eines Ladezustands einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher und/oder Ermitteln eines Alterungszustands einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher;
c) Ermitteln einer verbleibenden Energie der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher anhand des jeweiligen ermittelten Ladezustands, des jeweiligen ermittelten Alterungszustands und/oder der erfassten elektrischen Spannung;
d) Erfassen eines durch einen jeweiligen elektrochemischen Energiespeicher der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher fließenden elektrischen Stroms;
e) Ermitteln eines gesamten durch die Batterie fließenden Gesamtstroms durch Mittelwertbildung der erfassten elektrischen Ströme;
f) Ermitteln einer der Batterie entnommenen elektrischen Leistung anhand der erfassten elektrischen Spannung und des ermittelten Gesamtstroms;
g) Ermitteln der verbleibenden Betriebsdauer der Batterie anhand der ermittelten verbleibenden Energie und der entnommenen elektrischen Leistung;

Figure DE102017212022A1_0000
A method of calculating a remaining operating life of a battery comprising a plurality of rechargeable electrochemical energy stores comprising the steps of:
a) detecting an electrical voltage of the battery and / or at least one of the electrochemical energy storage;
b) determining a state of charge of a plurality of the electrochemical energy stores and / or determining an aging state of a plurality of the electrochemical energy stores;
c) determining a remaining energy of the plurality of electrochemical energy storage based on the respective determined state of charge, the respective determined aging state and / or the detected electrical voltage;
d) detecting an electrical current flowing through a respective electrochemical energy store of the plurality of electrochemical energy stores;
e) determining a total total current flowing through the battery by averaging the detected electrical currents;
f) determining an electrical power taken from the battery based on the detected electrical voltage and the determined total current;
g) determining the remaining operating life of the battery based on the determined remaining energy and the extracted electrical power;
Figure DE102017212022A1_0000

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie umfassend eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern, einer Batterie sowie einer Verwendung der Batterie gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a method for calculating a remaining service life of a battery comprising a plurality of rechargeable electrochemical energy stores, a battery and a use of the battery according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Bekannte Verfahren zur Berechnung einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie gemäß dem Stand der Technik berücksichtigen eine aktuelle Kapazität der Batterie und einen aktuellen Gesamtstrom, der durch die Batterie fließt.Known methods for calculating a remaining operating life of a battery according to the prior art take into account a current capacity of the battery and a current total current flowing through the battery.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.It is an object of the present invention to further improve the state of the art. This object is solved by the features of the independent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie folgende Schritte umfasst:

  1. a) Erfassen einer elektrischen Spannung der Batterie und/oder zumindest einer der elektrochemischen Energiespeicher;
  2. b) Ermitteln eines Ladezustands einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher und/oder Ermitteln eines Alterungszustands einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher;
  3. c) Ermitteln einer verbleibenden Energie der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher anhand des jeweiligen ermittelten Ladezustands und/oder des jeweiligen ermittelten Alterungszustands, und der erfassten elektrischen Spannung;
  4. d) Erfassen eines durch einen jeweiligen elektrochemischen Energiespeicher der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher fließenden elektrischen Stroms;
  5. e) Ermitteln eines gesamten durch die Batterie fließenden Gesamtstroms durch Mittelwertbildung der erfassten elektrischen Ströme;
  6. f) Ermitteln einer dem Energiespeicher entnommenen elektrischen Leistung anhand der erfassten elektrischen Spannung und des ermittelten Gesamtstroms;
  7. g) Ermitteln der verbleibenden Betriebsdauer der Batterie anhand der ermittelten verbleibenden Energie und der entnommenen elektrischen Leistung.
In contrast, the procedure according to the invention with the characterizing features of the independent claims has the advantage that the method for calculating a remaining operating period of a battery comprises the following steps:
  1. a) detecting an electrical voltage of the battery and / or at least one of the electrochemical energy storage;
  2. b) determining a state of charge of a plurality of the electrochemical energy stores and / or determining an aging state of a plurality of the electrochemical energy stores;
  3. c) determining a remaining energy of the plurality of electrochemical energy storage based on the respective determined state of charge and / or the respective determined aging state, and the detected electrical voltage;
  4. d) detecting an electrical current flowing through a respective electrochemical energy store of the plurality of electrochemical energy stores;
  5. e) determining a total total current flowing through the battery by averaging the detected electrical currents;
  6. f) determining an electrical power taken from the energy store on the basis of the detected electrical voltage and the determined total current;
  7. g) determining the remaining operating life of the battery based on the determined remaining energy and the extracted electrical power.

Durch Ermittlung des gesamten durch die Batterie fließenden Gesamtstroms durch Mittelwertbildung der erfassten elektrischen Ströme kann das Nutzungsverhalten der Batterie, beispielsweise ein Fahrverhalten, besser abgebildet werden, da ein höherer elektrischer Strom eine größere Verlustleistung bewirkt und bei gleicher verbleibender Kapazität der Batterie die Betriebsdauer, beispielsweise eine Reichweite, kleiner ist.By determining the total current flowing through the battery by averaging the detected electrical currents, the usage behavior of the battery, for example a driving behavior, can be better represented, since a higher electrical current causes greater power loss and with the same remaining capacity of the battery, the operating time, for example a Reach, is smaller.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Vorteilhafterweise wird anhand der ermittelten Betriebsdauer eine Reichweite des Energiespeichers ermittelt, beispielsweise eine verbleibende maximal möglich zurückzulegende Wegstrecke. Dadurch kann in Abhängigkeit der mit hoher Genauigkeit ermittelten Betriebsdauer eine praxisnahe Reichweite, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs, ermittelt werden.Advantageously, based on the determined operating time, a range of the energy store is determined, for example, a remaining maximum distance traveled. As a result, depending on the operating time determined with high accuracy, a practical range, for example of an electric vehicle, can be determined.

Vorteilhafterweise umfasst eine Batterie eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern, mindestens einem Spannungssensor zur Erfassung einer elektrischen Spannung, mindestens einem Stromsensor zur Erfassung eines elektrischen Stroms und ein Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie. Dadurch kann mit einer geringen Anzahl von elektronischen Komponenten eine Betriebsdauer mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.Advantageously, a battery comprises a plurality of rechargeable electrochemical energy stores, at least one voltage sensor for detecting an electrical voltage, at least one current sensor for detecting an electrical current, and a control device for carrying out the method according to the invention for calculating a remaining operating time of a battery. As a result, with a small number of electronic components, an operating time can be determined with high accuracy.

Ein elektrochemischer Energiespeicher der Batterie umfasst mindestens eine Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-, Lithium-Polymer-Zelle, eine Nickel-Metallhydrid-, Blei-Säure-Batterie, einen Kondensator und/oder eine Feststoffelektrolyt-Batterie. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise für eine Vielzahl von elektrochemischen Energiespeichern zur Berechnung einer Betriebsdauer verwendet werden.An electrochemical energy store of the battery comprises at least one lithium-ion, lithium-sulfur, lithium-air, lithium-polymer cell, a nickel-metal hydride, lead-acid battery, a capacitor and / or a solid electrolyte battery , As a result, the method according to the invention can advantageously be used for a large number of electrochemical energy stores for calculating an operating time.

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeichersystem in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen, Plug-In-Hybridfahrzeugen, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie verwendet.The electrochemical energy storage system according to the invention is advantageously used in electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, pedelecs or e-bikes, for portable devices for telecommunications or data processing, for electric hand tools or food processors, as well as in stationary storage devices for storing in particular regeneratively obtained electrical energy.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigt:

  • 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
It shows:
  • 1 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.The same reference numerals denote the same device components in all figures.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie umfassend eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern. In Schritt S100 wird eine elektrische Spannung (Un) der Batterie und/oder zumindest einer der elektrochemischen Energiespeicher erfasst, beispielsweise mittels eines Spannungssensors. 1 shows a flowchart of an embodiment of the inventive method for calculating a remaining operating time of a battery comprising a plurality of rechargeable electrochemical energy storage. In step S100 an electrical voltage (Un) of the battery and / or at least one of the electrochemical energy stores is detected, for example by means of a voltage sensor.

In Schritt S101 werden ein Ladezustand (SOC) und/oder ein Alterungszustand (SOH) einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher ermittelt, beispielsweise anhand der in Schritt S100 erfassten elektrischen Spannung (Un).In step S101 For example, a state of charge (SOC) and / or an aging state (SOH) of a plurality of the electrochemical energy stores are determined, for example using the method described in step S100 detected electrical voltage (Un).

In Schritt S102 wird eine verbleibende Energie der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher anhand des jeweiligen ermittelten Ladezustands (SOC), Alterungszustands (SOC) und/oder der erfassten elektrischen Spannung (Un) ermittelt.In step S102 a remaining energy of the plurality of electrochemical energy storage is determined based on the respective determined state of charge (SOC), state of aging (SOC) and / or the detected electrical voltage (Un).

In Schritt S103 wird ein durch einen jeweiligen elektrochemischen Energiespeicher der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher fließender elektrischer Strom (In) erfasst.In step S103 an electric current (In) flowing through a respective electrochemical energy store of the plurality of electrochemical energy stores is detected.

Die Schritte S100, S101, S102 bzw. S103 können auch in geänderter Reihenfolge, parallel und/oder mit einer unterschiedlichen Häufigkeit ausgeführt werden. So kann beispielsweise ein elektrischer Strom (In) fortlaufend erfasst werden, wohingegen eine elektrische Spannung zyklisch erfasst wird.The steps S100 . S101 . S102 respectively. S103 can also be executed in changed order, in parallel and / or with a different frequency. Thus, for example, an electrical current (In) can be detected continuously, whereas an electrical voltage is detected cyclically.

In Schritt S104 wird ein gesamter durch dir Batterie fließender Gesamtstrom (Irms) durch Mittelwertbildung der erfassten elektrischen Ströme (In) ermittelt.In step S104 a total current flowing through the battery (Irms) is determined by averaging the detected electrical currents (In).

Eine der Batterie entnommene elektrische Leistung (P) wird in Schritt S105 anhand der erfassten elektrischen Spannung (Un) und des ermittelten Gesamtstroms (In) ermittelt.An electric power (P) taken from the battery is removed in step S105 determined on the basis of the detected electrical voltage (Un) and the determined total current (In).

Eine verbleibende Betriebsdauer der Batterie wird in Schritt S106 anhand der ermittelten verbleibenden Energie (E) und der entnommenen elektrischen Leistung (P) ermittelt.A remaining battery life will be in step S106 determined on the basis of the determined remaining energy (E) and the extracted electrical power (P).

Claims (8)

Verfahren zum Berechnen einer verbleibenden Betriebsdauer einer Batterie umfassend eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern mit folgenden Schritten: a) (S100) Erfassen einer elektrischen Spannung (Un) der Batterie und/oder zumindest einer der elektrochemischen Energiespeicher; b) (S101) Ermitteln eines Ladezustands (SOC) einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher und/oder Ermitteln eines Alterungszustands (SOH) einer Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher; c) (S102) Ermitteln einer verbleibenden Energie (E) der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher anhand des jeweiligen ermittelten Ladezustands (SOC), des jeweiligen ermittelten Alterungszustands (SOH) und/oder der erfassten elektrischen Spannung (Un); d) (S103) Erfassen eines durch einen jeweiligen elektrochemischen Energiespeicher der Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher fließenden elektrischen Stroms (In); e) (S104) Ermitteln eines gesamten durch die Batterie fließenden Gesamtstroms (Irms) durch Mittelwertbildung der erfassten elektrischen Ströme (In); f) (S105) Ermitteln einer der Batterie entnommenen elektrischen Leistung (P) anhand der erfassten elektrischen Spannung (U) und des ermittelten Gesamtstroms (Irms); g) (S106) Ermitteln der verbleibenden Betriebsdauer der Batterie anhand der ermittelten verbleibenden Energie (E) und der entnommenen elektrischen Leistung (P);A method of calculating a remaining operating life of a battery comprising a plurality of rechargeable electrochemical energy stores comprising the steps of: a) (S100) detecting an electrical voltage (Un) of the battery and / or at least one of the electrochemical energy storage; b) (S101) determining a state of charge (SOC) of a plurality of the electrochemical energy stores and / or determining an aging state (SOH) of a plurality of the electrochemical energy stores; c) (S102) determining a remaining energy (E) of the plurality of electrochemical energy stores based on the respective determined state of charge (SOC), the respective determined state of aging (SOH) and / or the detected electrical voltage (Un); d) (S103) detecting an electric current (In) flowing through a respective electrochemical energy store of the plurality of electrochemical energy stores; e) (S104) determining a total total current (Irms) flowing through the battery by averaging the detected electric currents (In); f) (S105) determining an electrical power (P) taken from the battery on the basis of the detected electrical voltage (U) and the determined total current (Irms); g) (S106) determining the remaining operating life of the battery based on the determined remaining energy (E) and the extracted electrical power (P); Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgenden Schritt: h) Ermitteln einer Reichweite anhand der Betriebsdauer;Method according to Claim 1 further comprising the step of: h) determining a range based on the duration of operation; Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner umfassend folgenden Schritt: i) Ausgeben der ermittelten Betriebsdauer und/oder der ermittelten Reichweite der Batterie mittels eines optischen, akustischen und/oder haptischen Signals;Method according to one of Claims 1 or 2 , further comprising the following step: i) outputting the determined operating time and / or the determined range of the battery by means of an optical, acoustic and / or haptic signal; Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend folgenden Schritt: j) Verwenden von Ersatzwerten für den Ladezustand (SOC) und/oder den Alterungszustand (SOH), wenn diese nicht ermittelt werden können, die anhand von gespeicherten Werten und/oder Ersatzmodellen ermittelt werden, und/oder die verbleibende Betriebsdauer um einen vorgebaren Wert reduziert wird;Method according to one of Claims 1 to 3 further comprising the step of: j) using replacement state of charge (SOC) and / or state of health (SOH) substitutes if they can not be determined based on stored values and / or replacement models and / or the remaining one Operating time is reduced by a prescriptive value; Batterie umfassend eine Mehrzahl von wiederaufladbaren elektrochemischen Energiespeichern, mindestens einem Spannungssensor zur Erfassung einer elektrischen Spannung (Un), mindestens einem Stromsensor zur Erfassung eines elektrischen Stroms (In) und ein Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4. Battery comprising a plurality of rechargeable electrochemical energy stores, at least one voltage sensor for detecting an electrical voltage (Un), at least one current sensor for detecting an electrical current (In) and a control device for carrying out a method according to one of Claims 1 to 4 , Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät mit dem mindestens einen Spannungssensor und/oder dem mindestens einen Stromsensor kabelgebunden und/oder kabellos kommuniziert.Battery after Claim 5 , characterized in that the control unit with the at least one voltage sensor and / or the at least one current sensor wired and / or wirelessly communicates. Batterie nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei zumindest einer der elektrochemischen Energiespeicher mindestens eine Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft-, Lithium-Polymer-Zelle, eine Nickel-Metallhydrid-, Blei-Säure-Batterie, einen Kondensator und/oder eine Feststoffelektrolyt-Batterie umfasst.Battery after one of the Claims 5 or 6 wherein at least one of the electrochemical energy stores at least one lithium-ion, lithium-sulfur, lithium-air, lithium-polymer cell, a nickel-metal hydride, lead-acid battery, a capacitor and / or a solid electrolyte Battery includes. Verwendung einer Batterie gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 in elektrischen Energiespeichern für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer EnergieUse of a battery according to one of Claims 5 to 7 in electrical energy storage devices for electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, pedelecs or e-bikes, for portable devices for telecommunications or data processing, for electric hand tools or kitchen appliances, as well as in stationary storage for storing in particular regenerative electrical energy
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