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DE102009050273B4 - Method for determining the capacity of a battery - Google Patents

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DE102009050273B4
DE102009050273B4 DE102009050273.4A DE102009050273A DE102009050273B4 DE 102009050273 B4 DE102009050273 B4 DE 102009050273B4 DE 102009050273 A DE102009050273 A DE 102009050273A DE 102009050273 B4 DE102009050273 B4 DE 102009050273B4
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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie, wobei die Batterie Belastungsphasen, insbesondere bei Startvorgängen eines Fahrzeugs, unterworfen wird, ist zum möglichst einfachen Erreichen einer automatischen Ermittlung der Kapazität einer unbekannten Batterie dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren der Belastungsphasen Batterieparameter (a, b, a, b) der Batterie bestimmt werden, dass aus den Batterieparametern (a, b, a, b) für Kenngrößen (F, T) von mehreren Referenzbatterien jeweils ein Abweichungsmaß (ε, ε, ε, ε, ε) berechnet wird, wobei die Referenzbatterien verschiedene aber bekannte Kapazitäten aufweisen, und dass basierend auf einer Analyse der Abweichungsmaße (ε, ε, ε, ε, ε) die Kapazität der Batterie abgeschätzt wird.A method for determining the capacity of a battery, wherein the battery is subjected to load phases, in particular during starting processes of a vehicle, is characterized for the simplest possible achievement of an automatic determination of the capacity of an unknown battery, characterized in that from several of the load phases battery parameters (a, b, a, b) of the battery are determined that from the battery parameters (a, b, a, b) for characteristics (F, T) of a plurality of reference batteries in each case a deviation measure (ε, ε, ε, ε, ε) is calculated, the reference batteries have different but known capacities, and that based on an analysis of the deviation measures (ε, ε, ε, ε, ε), the capacity of the battery is estimated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie, wobei die Batterie Belastungsphasen, insbesondere bei Startvorgängen eines Fahrzeugs, unterworfen wird.The invention relates to a method for determining the capacity of a battery, wherein the battery is subjected to load phases, in particular during starting processes of a vehicle.

Bisherige Batteriemonitoringsysteme und Energiemanagementsoftware in Fahrzeugbordnetzen setzen voraus, dass die Batteriegröße, d.h. die Kapazität der Batterie, bekannt ist. Traditionell werden hierzu die Batteriekennwerte dem Monitoringsystem per Eingabe mitgeteilt. Diese manuelle Eingabe bedeutet einen großen Aufwand und hohe Kosten. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass bei Batteriewechsel und unterbliebener Eingabe geänderter Batteriekennwerte das Monitoringsystem mit falschen Parametern arbeitet.Previous battery monitoring systems and power management software in on-board electrical systems assume that the battery size, i. the capacity of the battery is known. Traditionally, the battery characteristics are communicated to the monitoring system by input. This manual entry means a lot of effort and high costs. In addition, there is a risk that the monitoring system will operate with incorrect parameters when changing the battery and entering changed battery characteristics.

In der CA 233 4404 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer unbekannten Kapazität einer Batterie offenbart. Dazu wird die Batterie mit einem Spannungs- oder Stromsignal mit einer bestimmten Frequenz beaufschlagt und die Strom- oder Spannungsantwort hierzu bestimmt. Daraus werden Parameter eines Batterieimpedanzmodells ermittelt, die wiederum zur Berechnung der Kapazität herangezogen werden. Nachteilig ist hierbei, dass Frequenzbetrachtungen notwendig sind und dass die Batterie mit einem Signal aktiv beaufschlagt werden muss.In the CA 233 4404 A For example, there is disclosed a method and apparatus for determining an unknown capacity of a battery. For this purpose, the battery is supplied with a voltage or current signal having a specific frequency and the current or voltage response determined therefor. From this, parameters of a battery impedance model are determined, which in turn are used to calculate the capacity. The disadvantage here is that frequency considerations are necessary and that the battery must be acted upon by a signal active.

Die DE 102 28 351 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei denen der Alterungszustand über die Doppelschichtkapazität ermittelt wird. Dazu wird eine Spule parallel zur Batterie geschaltet und die Resonanzfrequenz des derart gebildeten Schwingkreises bestimmt. Die sich mit zunehmender Alterung der Batterie ändernde Doppelschichtkapazität wirkt sich auf die Resonanzfrequenz aus. Nachteilig hierbei ist, dass ein zusätzliches Bauteil benötigt wird. Ferner muss die von den Betriebsbedingungen abhängige Induktivität der zusätzlichen Spule bei jeder Auswertung genau bekannt sein.The DE 102 28 351 A1 discloses a method and apparatus in which the aging condition is determined via the bilayer capacitance. For this purpose, a coil is connected in parallel to the battery and determines the resonant frequency of the resonant circuit thus formed. The changing with increasing aging of the battery double-layer capacity affects the resonant frequency. The disadvantage here is that an additional component is needed. Furthermore, the operating conditions dependent inductance of the additional coil must be known exactly at each evaluation.

In Januar 1975 ist im Magazin „Electrochemical Science And Technology“ der Artikel „Double-Layer Capacity Determination of Porous Electrodes“ veröffentlicht worden, der die Bestimmung der Doppelschichtkapazität mittels nicht-stationärer Ladung erklärt. Allerdings ist das dort vorgestellte Verfahren von der Betriebsphase der Batterie abhängig.In January 1975, the article "Double-Layer Capacity Determination of Porous Electrodes" was published in the magazine "Electrochemical Science and Technology", which explains the determination of the bilayer capacity by means of non-stationary charge. However, the method presented there depends on the operating phase of the battery.

Des Weiteren ist aus der WO 2007/059725 A1 ein Verfahren zur Abschätzung der Kapazität einer Batterie bekannt. Dabei wird basierend auf Batteriespannung, Batteriestrom und Temperatur durch iterative Approximation die Kapazität abgeschätzt. Ein entsprechendes Verfahren ist in der WO 2008/104721 A2 offenbart. Die DE 10 2004 004 280 A1 zeigt ein Verfahren zur Diagnose von Batterien auf. Ein Verfahren zur Ermittlung der entnehmbaren Ladungsmenge wird in der DE 102 36 958 B4 aufgezeigt.Furthermore, from the WO 2007/059725 A1 a method for estimating the capacity of a battery known. The capacity is estimated based on battery voltage, battery current and temperature by iterative approximation. A corresponding method is in the WO 2008/104721 A2 disclosed. The DE 10 2004 004 280 A1 shows a method for diagnosing batteries. A method for determining the amount of charge removable is described in US Pat DE 102 36 958 B4 demonstrated.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine automatische Ermittlung der Batteriegröße im Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, wobei die zuvor aufgezeigten Nachteile vermieden werden sollen.The present invention is therefore based on the object to provide an automatic determination of the battery size in the vehicle available, the above-mentioned disadvantages should be avoided.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren der Belastungsphasen Batterieparameter der Batterie bestimmt werden, dass aus den Batterieparametern für Kenngrößen von mehreren Referenzbatterien jeweils ein Abweichungsmaß berechnet wird, wobei die Referenzbatterien verschiedene aber bekannte Kapazitäten aufweisen, und dass basierend auf einer Analyse der Abweichungsmaße die Kapazität der Batterie abgeschätzt wird.According to the invention the above object is solved by the features of claim 1. Thereafter, the method in question is characterized in that from several of the loading phases battery parameters of the battery are determined that from the battery parameters for characteristics of several reference batteries each a deviation measure is calculated, the reference batteries have different but known capacities, and that based on a Analysis of deviation measures the capacity of the battery is estimated.

Dies wird dadurch gelöst, dass Kenngrößen einer Belastungsphase der Batterie (Batteriestrom und Batteriespannung), insbesondere während eines Starts eines Kraftfahrzeugs, in spezieller Form ausgewertet und mit einer Werteskala von Parametern aus einer Referenzbatterie verglichen werden. Die Auswertung der Belastungsphase geht davon aus, dass das Stromspannungsverhalten der Batterie unmittelbar zu Beginn der Belastungsphase ausschließlich durch die Batterie und hier insbesondere deren Doppelschichtkapazität, d.h. ihre wahre Oberfläche, bestimmt ist. Wegen der für die jeweiligen Batteriekonstruktionen festen Verknüpfungen von Batteriekapazität (Batteriegröße) und wahrer Oberfläche, lässt sich so über die Auswertung der Belastungsphase die Batteriegröße ermitteln. 1 veranschaulicht den Ablauf.This is achieved in that characteristics of a load phase of the battery (battery current and battery voltage), in particular during a start of a motor vehicle, are evaluated in a special form and compared with a value scale of parameters from a reference battery. The evaluation of the loading phase assumes that the current-voltage behavior of the battery immediately at the beginning of the loading phase is determined exclusively by the battery and in particular its double-layer capacity, ie its true surface. Because of the fixed for the respective battery constructions of battery capacity (battery size) and true surface, so can determine the evaluation of the load phase, the battery size. 1 illustrates the process.

Nachfolgend werden statt des allgemeinen Begriffs der Belastungsphase - ohne Beschränkung auf diesen Anwendungsfall - die Begriffe Start oder Startphase eines Kraftfahrzeugs verwendet. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch Belastungen der Batterie mit hohen Strömen durch andere Verbraucher genutzt werden können. Ein Start eines Kraftfahrzeugs stellt jedoch eine besonders bevorzugt genutzte Belastungsphase dar. Entsprechend wird die Erfindung nachfolgend basierend auf die Anwendung in einem Fahrzeug beschrieben. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte nicht zwangsläufig alle durchgeführt werden müssen. Vielmehr wird es für einen Fachmann ersichtlich sein, welche Schritte ausgelassen oder gegen andere gleichwertige Schritte ersetzt werden können.Hereinafter, instead of the general term of the loading phase - without limitation to this application - the terms start or start phase of a motor vehicle are used. However, it should be expressly understood that also loads of the battery can be used with high currents by other consumers. However, starting a motor vehicle represents a particularly preferred loading phase. Accordingly, the invention will be described below based on the application in a vehicle. It should also be pointed out that the method steps described below do not necessarily have to be performed. Rather, it will be apparent to those skilled in the art which steps may be omitted or substituted for other equivalent steps.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform: Description of a preferred embodiment:

Das Verfahren bestimmt die Batteriegröße auf Basis empirischer Parameter, die mittels erhaltener Messdaten im Fahrzeug errechnet sind. Die Ermittlung der Batteriegröße bezieht sich auf eine durchschnittliche Nennkapazität (QNenn). Aus Labormessungen ist bekannt, wie stark die Ist-Kapazität (bei vollgeladener Batterie) von der durchschnittlichen Nennkapazität abweicht. Die Bestimmung der Batteriegröße erfolgt durch die Auswertung der nachfolgenden Kenngrößen des Starts:

  • • Spannungseinbruch beim Start,
  • • Maximalstromwert beim Start und
  • • Startstromverlauf in den ersten 100ms.
The method determines the battery size on the basis of empirical parameters, which are calculated by means of obtained measurement data in the vehicle. The determination of the battery size refers to an average nominal capacity (Q nominal ). From laboratory measurements it is known how much the actual capacity (with fully charged battery) deviates from the average rated capacity. The battery size is determined by evaluating the following characteristics of the start:
  • • Voltage drop at start,
  • • Maximum current value at start and
  • • Starting current in the first 100ms.

Das Bestimmungsverfahren erfolgt unabhängig von den Parametern:

  • Temperatur, Fahrzeug, Ladezustand, Betriebsphasen der Batterie im Fahrzeug (Ruhe, Laden, Entladen) und Batterietechnologie.
The determination process is independent of the parameters:
  • Temperature, vehicle, state of charge, operating phases of the battery in the vehicle (rest, charge, discharge) and battery technology.

Aus den aus jedem Start beobachteten Kenngrößen wird eine Zeitkonstante τ berechnet. Daraus berechnet man für jeden Start die Startparameter der Batterie. Von einer Startfolge von mehreren (beispielsweise 10) Starts erfolgt mittels der kumulativen Integration zwischen den Startparametern die Ermittlung der Batterieparameter, die nur von der Batteriegröße abhängen.From the parameters observed from each start a time constant τ is calculated. From this one calculates for each start the starting parameters of the battery. From a start sequence of several (for example 10) starts, the cumulative integration between the start parameters determines the battery parameters, which depend only on the battery size.

Die Verknüpfung zwischen den Batterieparametern erfolgt mittels der kumulativen Integration, die einen Zusammenhang zwischen den Batterieparametern mittels Polynomenordnung 2 und 3 erzeugt. Die Polynome bilden die von Batteriegrößen abhängigen Parametergleichungen.The connection between the battery parameters takes place by means of the cumulative integration, which establishes a relationship between the battery parameters by means of polynomial order 2 and 3 generated. The polynomials form the parameter equations dependent on battery sizes.

Die Identifizierung der Batteriegröße wird mittels der Ableitung dieser Parametergleichungen durchgeführt. Die Ableitung führt zu einer Abweichung für jede der von Batteriegrößen abhängigen Parametergleichungen. Wenn die Abweichung am kleinsten ist, weist sie auf eine Batteriegröße hin. Mittels einer Abweichungsanalyse von allen von Batteriegrößen abhängigen Parametergleichungen erfolgt die Batteriegrößenbestimmung.The identification of the battery size is performed by deriving these parameter equations. The derivative results in a deviation for each of the battery size dependent parameter equations. If the deviation is smallest, it indicates a battery size. By means of a deviation analysis of all battery size-dependent parameter equations, the battery size determination takes place.

Diese und weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachfolgenden Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

  • 1 ein Blockdiagramm mit einem Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Batteriegrößen,
  • 2 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen FBat und TBat für verschiedene Batteriegrößen wiedergibt,
  • 3 ein Diagramm mit einem typischen Spannungsverlauf bei einem Startvorgang eines Fahrzeugs,
  • 4 ein Diagramm mit einem entsprechenden Stromverlauf bei dem Startvorgang nach 3,
  • 5 ein Diagramm mit der Kondensatorkapazität Cst der Batterie in Abhängigkeit des Spannungseinbruchs UE bei einem Startvorgang,
  • 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der kumulativen Integration,
  • 7 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Kondensatorkapazität Cst und des Spannungseinbruchs UE,
  • 8 ein Diagramm zur Darstellung der Integrationsbeziehung zwischen ac und bc für verschiedene Batteriegrößen,
  • 9 ein Blockdiagramm mit einem Ablauf zur Ermittlung von Batterieparametern und
  • 10 ein weiteres Blockdiagramm mit einem Ablauf zur Ermittlung der Batteriegröße.
These and other preferred embodiments of the invention are described in more detail in the dependent claims and in the following explanation of a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In conjunction with the explanation of the preferred embodiment of the invention with reference to the drawing, generally preferred embodiments and developments of the teaching are explained. In the drawing show
  • 1 a block diagram with a sequence of a method according to the invention for determining battery sizes,
  • 2 a diagram showing a relationship between F Bat and T Bat for different battery sizes,
  • 3 a diagram with a typical voltage curve during a starting process of a vehicle,
  • 4 a diagram with a corresponding current course after the startup 3 .
  • 5 a diagram with the capacitor capacitance C st of the battery as a function of the voltage drop U E during a starting process,
  • 6 a diagram to illustrate the cumulative integration,
  • 7 a diagram illustrating the relationship between the capacitor capacitance C st and the voltage drop U E ,
  • 8th 3 is a diagram showing the integration relationship between a c and b c for different battery sizes,
  • 9 a block diagram with a procedure for the determination of battery parameters and
  • 10 another block diagram with a procedure for determining the size of the battery.

In einem ersten Schritt und zur Bestimmung der empirischen elektrischen Parameter werden die relevanten Batterieparameter für mehrere Referenzbatterien mit bekannter Kapazität ermittelt. Dazu werden die Referenzbatterien nacheinander Belastungsphasen, insbesondere bei Startvorgängen eines Fahrzeugs, unterworfen und während der Belastungsphase Batteriestrom und Batteriespannung gemessen. Die erhaltenen Messdaten führen nach jedem Start zu folgenden Startparametern (s. 3 und Berechnung B2):

  • • UE: Spannungseinbruch bei Imax als Ust - Ufilter
  • • Cst: Kondensatorkapazität der Batterie bei einem Start.
  • • Pst Leistungsabgabe der Batterie am Anfang des Starts.
  • • Ql: abgegebene Ladungsmenge über die ersten 100ms [Q(l(0-100ms))].
In a first step and for determining the empirical electrical parameters, the relevant battery parameters are determined for a plurality of reference batteries of known capacity. For this purpose, the reference batteries are successively subjected to load phases, in particular during starting processes of a vehicle, and battery current and battery voltage are measured during the charging phase. The measured data obtained leads to the following starting parameters after each start (s. 3 and calculation B2):
  • • U E : Voltage dip at I max as U st - U filter
  • • C st : Capacitor capacity of the battery at startup.
  • • P st power output of the battery at the beginning of the start.
  • • Q l : amount of charge delivered over the first 100ms [Q (l (0-100ms))].

Ust ist die Spannung unmittelbar nach Beginn des Startvorgangs, Ufilter ist die tiefpassgefilterte Spannung an der Batterie vor dem Startvorgang.U st is the voltage immediately after the start of the boot process, U filter is the low-pass filtered voltage on the battery before starting.

Abhängig von dem Startstromverlauf und ausgehend davon, dass der Momentanmittelwert des Startstroms in den ersten 100 ms einen Verlauf entsprechend 4 annimmt (s. Berechnung B1): I ( t ) = a e t / τ

Figure DE102009050273B4_0001
berechnet man die Zeitkonstante (τ) wie folgend: τ = | I / d l 1000 | a v g
Figure DE102009050273B4_0002
Mittels τ und der Startparameter UE, Cst, Pst und Ql werden anhand der kumulativen Integration über mehrere Startvorgänge die Batterieparameter wie folgend berechnet (s. 6 und 7): C s t Δ U E = a c U E + b c
Figure DE102009050273B4_0003
Q l Δ P s t = a q P s t + b q
Figure DE102009050273B4_0004
Depending on the starting current curve and on the basis that the instantaneous mean value of the starting current in the first 100 ms corresponds to a course 4 assumes (see calculation B1): I ( t ) = a e - t / τ
Figure DE102009050273B4_0001
calculate the time constant (τ) as follows: τ = | I / d l 1000 | a v G
Figure DE102009050273B4_0002
By means of τ and the start parameters U E , C st , P st and Q l , the battery parameters are calculated as follows, based on the cumulative integration over several starting processes (see FIG. 6 and 7 ): C s t Δ U e = a c U e + b c
Figure DE102009050273B4_0003
Q l Δ P s t = a q P s t + b q
Figure DE102009050273B4_0004

Wobei die Parameter ac, bc, aq, bq die Batterieparameter sind, welche die Batteriegröße kennzeichnen. Diese Batterieparameter sind miteinander wie folgt verknüpft (s. 8): b c a c = P 1 c a c 2 + P 2 c a c + P 3 c

Figure DE102009050273B4_0005
a q a c = P 1 c q a c 2 + P 2 c q a c + P 3 c q
Figure DE102009050273B4_0006
a q b c = P 1 q q b c 2 + P 2 q q b c + P 3 q q
Figure DE102009050273B4_0007
b q a q = P 1 q a q 3 + P 2 q a q 2 + P 3 q a q + P 4 q
Figure DE102009050273B4_0008
b q b c = P 1 q p b c 3 + P 2 q p b c 2 + P 3 q p b c + P 4 q p
Figure DE102009050273B4_0009
Where the parameters a c , b c , a q , b q are the battery parameters that characterize the battery size. These battery parameters are linked together as follows (s. 8th ): b c a c = P 1 c a c 2 + P 2 c a c + P 3 c
Figure DE102009050273B4_0005
a q a c = P 1 c q a c 2 + P 2 c q a c + P 3 c q
Figure DE102009050273B4_0006
a q b c = P 1 q q b c 2 + P 2 q q b c + P 3 q q
Figure DE102009050273B4_0007
b q a q = P 1 q a q 3 + P 2 q a q 2 + P 3 q a q + P 4 q
Figure DE102009050273B4_0008
b q b c = P 1 q p b c 3 + P 2 q p b c 2 + P 3 q p b c + P 4 q p
Figure DE102009050273B4_0009

Die P-Faktoren in Gleichungen (5 bis 9) hängen nur von der Batteriegröße ab und sind allgemein Faktoren der obigen Gleichungen zweiten bzw. dritten Grades. Die Integration ist wiederum eine kumulative Integration. Diese Gleichungen bilden die Verknüpfung zwischen den Batterieparametern und werden als die Batteriegrößen abhängigen Parametergleichungen bezeichnet.The P-factors in equations (5 to 9) depend only on the battery size and are generally factors of the above second and third degree equations. Integration is again a cumulative integration. These equations form the link between the battery parameters and are referred to as battery parameter dependent parameter equations.

Das Blockdiagramm nach 9 zeigt beispielhaft die Schritte zur Ermittlung der Batterieparameter.The block diagram after 9 shows by way of example the steps for determining the battery parameters.

In einem nächsten Schritt werden Faktoren bestimmt, die die Batteriekapazität repräsentativ kennzeichnen. Betrachtet werden hierzu zunächst die Batterieparameter ac und bc mit der Parametergleichung 5. Durch Ableitung der Parametergleichung 5 erhält man: F B a t = P B a t 2 a c + P B a t 3

Figure DE102009050273B4_0010
In a next step, factors are determined which representatively represent the battery capacity. First of all, the battery parameters a c and b c with the parameter equation are considered 5 , By deriving the parameter equation 5, one obtains: F B a t = P B a t 2 a c + P B a t 3
Figure DE102009050273B4_0010

Durch die Untersuchung der Beziehung zwischen ac, bc und FBat ergibt sich der ermittelte Faktor TBat wie folgt: T B a t = P B a t 1 a c + b c

Figure DE102009050273B4_0011
By examining the relationship between a c , b c and F Bat , the determined factor T Bat is as follows: T B a t = P B a t 1 a c + b c
Figure DE102009050273B4_0011

Wobei: PBat2 = 2P1c, PBat3 = P2c und PBat1 ermittelt.Where: P Bat2 = 2P 1c , P Bat3 = P 2c and P Bat1 determined.

Daraus folgt: T B a t = P B a t 4 F B a t + P B a t 5

Figure DE102009050273B4_0012
It follows: T B a t = P B a t 4 F B a t + P B a t 5
Figure DE102009050273B4_0012

Die Zusammenhänge sind in 2 für einige Referenzbatterien mit verschiedenen Kapazitäten näher dargestellt. Aus diesen Gleichungen ergeben sich die Faktoren PBat1, PBat2, PBat3, PBat4 und PBat5, die für eine Batteriegröße repräsentativ sind. Diese Faktoren werden für jede der untersuchten Referenzbatterien berechnet und zusammen mit der jeweiligen Kapazität der Referenzbatterie in einer Datenbank, beispielsweise in Form einer Tabelle, in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt. Daraus ergibt sich eine Datenbank mit empirischen elektrischen Parametern von Batterien.The connections are in 2 for some reference batteries with different capacities. From these equations, the factors P Bat1 , P Bat2 , P Bat3 , P Bat4, and P Bat5 , which are representative of a battery size , result. These factors are calculated for each of the reference batteries studied and stored together with the respective capacity of the reference battery in a database, for example in the form of a table, in a non-volatile memory. This results in a database with empirical electrical parameters of batteries.

Zum Bestimmen der Kapazität einer unbekannten Batterie werden die Schritte in ähnlicher Weise durchgeführt. Zunächst wird eine Reihe von Starts, beispielsweise 10 Starts, durchgeführt und hieraus unter Verwendung der Gleichungen (1) bis (4) die Batterieparameter ac, bc, aq und bq für die unbekannte Batterie bestimmt. Danach wird angenommen, dass die unbekannte Batterie die Kapazität einer der Referenzbatterien aus der Datenbank hat. Unter Verwendung der in der Datenbank hinterlegten Faktoren PBat1, PBat2, PBat3, PBat4 und PBat5 werden mittels der Gleichungen (10) und (12) die Faktoren FBat und TBat berechnet. Daraus wird mittels Gleichung (11) ein Faktor bc(Vergleich) berechnet, der wiederum zur Berechnung eines Abweichungsmaßes εc genutzt wird. Diese Schritte werden für mehrere der in der Datenbank hinterlegten Referenzbatterien wiederholt. Es können alle sinnvollerweise in Frage kommenden Referenzbatterien oder gar alle in der Datenbank vorhandenen Referenzbatterien für die Berechnungen genutzt werden. Eines der derart berechneten Abweichungsmaße εc wird einen minimalen Betrag annehmen. Dieses kleinste εc führt zu einer Batteriegröße Ac der Referenzbatterie, deren PBat-Faktoren für die Berechnung dieses kleinsten εc angenommen worden ist.To determine the capacity of an unknown battery, the steps are performed in a similar manner. First, a series of starts, for example, 10 starts, are performed, and from these, using the equations (1) to (4), the battery parameters a c , b c , a q, and b q are determined for the unknown battery. Thereafter, it is assumed that the unknown battery has the capacity of one of the reference batteries from the database. Using the factors P Bat1 , P Bat2 , P Bat3 , P Bat4 and P Bat5 stored in the database, the factors F Bat and T Bat are calculated by means of equations (10) and (12). From this, a factor b c (comparison) is calculated by means of equation (11), which in turn is used to calculate a deviation measure ε c . These steps are repeated for several of the reference batteries stored in the database. All useful reference batteries or even all the reference batteries in the database can be used for the calculations. One of the thus calculated deviation measures ε c will assume a minimum amount. This smallest ε c leads to a battery size A c of the reference battery whose P Bat factors for the Calculation of this smallest ε c has been assumed.

Zusammenfassend ergeben sich für ac und bc die Berechungsschritte:

  • • Von einer Startfolge einer unbekannten Batterie: ac und bc berechnen.
  • • Mittels Gleichung 10: FBat berechnen.
  • • Mittels Gleichung 12: TBat, berechnen.
  • • Mittels Gleichung 11: bc(vergleich) = TBat - PBat1 · ac
  • • Die Abweichung berechnet sich nach ε c = | b c ( v e r g l e i c h ) b c | b c
    Figure DE102009050273B4_0013
  • • Ist εc am kleinsten, führt sie zu einer Batteriegröße Ac.
In summary, the calculation steps for a c and b c result:
  • • From a starting sequence of an unknown battery: Calculate a c and b c .
  • • Using Equation 10: F Bat calculated.
  • • Using equation 12: T Bat , calculate.
  • • By equation 11: b c (comparison) = T Bat - P Bat1 · a c
  • • The deviation is calculated according to ε c = | b c ( v e r G l e i c H ) - b c | b c
    Figure DE102009050273B4_0013
  • • If ε c is the smallest, it leads to a battery size A c .

Diese Schritte werden für die anderen möglichen Kombinationen der Batterieparameter ac, bc, aq und bq wiederholt. Dazu werden analog der Reihe nach die Gleichungen 6 bis 9 bis auf eine Gleichung erster Ordnung abgeleitet und für jede Gleichung entsprechend den oben genannten Schritten ein kleinster Abweichungsmaß ε und die dazugehörige Batteriegröße A bestimmt. Damit ergeben sich die Abweichungsmaße und möglichen Batteriegrößen:

  • • εq, mittels aq und bq, führt zu Aq
  • • scq, mittels ac und aq, führt zu Acq
  • • εqp, mittels bc und bq, führt zu Aqp
  • • εqq, mittels bc und aq führt zu Aqq
  • • εm bildet den Mittelwert von allen ε, führt zu Am
  • • εSD, Standerdabweichung von allen ε, führt zu ASD
These steps are repeated for the other possible combinations of the battery parameters a c , b c , a q and b q . For this purpose, equations 6 to 9 are derived analogously in succession to a first-order equation and a smallest deviation measure ε and the associated battery size A are determined for each equation in accordance with the abovementioned steps. This results in the deviation measures and possible battery sizes:
  • • ε q , by means of a q and b q , leads to A q
  • • s cq , by means of a c and a q , leads to A cq
  • • ε qp , using b c and b q , leads to A qp
  • • ε qq , using b c and a q leads to A qq
  • • ε m is the mean of all ε, leading to A m
  • • ε SD, Standerdabweichung all ε, leads to A SD

Diese Werte werden durch eine Abweichungsanalyse nach stochastischen Verfahren bewertet und daraus die Batteriegröße der unbekannten Batterie abgeschätzt. Hierzu kann beispielsweise der Mittelwert über alle derart berechneten Batteriegrößen Ac, Aq, Acq, Aqp und Aqq genutzt werden.These values are evaluated by a deviation analysis according to stochastic methods and from this the battery size of the unknown battery is estimated. For this purpose, for example, the mean value over all battery quantities A c , A q , A cq , A qp and A qq calculated in this way can be used.

Durch die Auswertung der Ergebnisse der verschiedenen Abweichungen ergibt sich ein Flussdiagramm, das die Batteriegröße mittels Abweichungsanalyse ermittelt. By evaluating the results of the various deviations, a flow chart is obtained which determines the battery size by means of deviation analysis.

2 zeigt den Zusammenhang zwischen FBat und TBat errechnet aus den Batterieparametern ac und bc für verschiedene Batteriegrößen. 2 shows the relationship between F Bat and T Bat calculated from the battery parameters a c and b c for different battery sizes.

Die einzelnen Schritte zur Batteriegrößenbestimmung sind in 10 dargestellt.The individual steps for battery size determination are in 10 shown.

Abschließend sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränken.Finally, it should be expressly pointed out that the above-described embodiment of the method according to the invention are only for the purpose of discussing the claimed teaching, but do not limit it to the exemplary embodiment.

B1: BERECHNUNG DER ZEITKONSTANTE τB1: CALCULATION OF TIME CONSTANT τ

Annahme: Der Verlauf des Momentanmittelwerts vom Startstrom in den ersten 100ms lässt sich nach der folgenden Formel beschreiben: l ( t ) = a e t / τ

Figure DE102009050273B4_0014
Assumption: The mean value of the starting current in the first 100ms can be described by the following formula: l ( t ) = a e - t / τ
Figure DE102009050273B4_0014

Um den Wert von τ zu bekommen, muss man die oben gezeigte Stromformel wie folgend bearbeiten: In ( l ) = In ( a ) t τ

Figure DE102009050273B4_0015
d ( In ( l ) ) d l = 1 τ d t d l = 1 l
Figure DE102009050273B4_0016
d t = 1 m s
Figure DE102009050273B4_0017
τ = | l / d l 1000 | a v g sec
Figure DE102009050273B4_0018
To get the value of τ, you have to edit the current formula shown above like this: In ( l ) = In ( a ) - t τ
Figure DE102009050273B4_0015
d ( In ( l ) ) d l = - 1 τ d t d l = 1 l
Figure DE102009050273B4_0016
d t = 1 m s
Figure DE102009050273B4_0017
τ = | l / d l 1000 | a v G sec
Figure DE102009050273B4_0018

B2: BERECHNUNG DER STARTPARAMETER:B2: CALCULATION OF THE STARTER PARAMETERS:

U E = U s t U f i l t e r

Figure DE102009050273B4_0019
U e = U s t - U f i l t e r
Figure DE102009050273B4_0019
R s t = U E I max
Figure DE102009050273B4_0020
R s t = U e I Max
Figure DE102009050273B4_0020
C s t = τ R s t
Figure DE102009050273B4_0021
C s t = τ R s t
Figure DE102009050273B4_0021
P s t = I max U E = U E 2 R s t
Figure DE102009050273B4_0022
P s t = I Max U e = U e 2 R s t
Figure DE102009050273B4_0022
Q u = C s t U E
Figure DE102009050273B4_0023
Q u = C s t U e
Figure DE102009050273B4_0023
Q I = 0 100 m a I ( t ) d t
Figure DE102009050273B4_0024
Q I = 0 100 m a I ( t ) d t
Figure DE102009050273B4_0024

Claims (13)

Verfahren zum Bestimmen der Kapazität einer Batterie, wobei die Batterie Belastungsphasen unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren der Belastungsphasen Batterieparameter ac, bc, aq, bq der Batterie bestimmt werden, wobei die Batterieparameter ac, bc, aq, bq abstrakt die Kapazität der Batterie kennzeichnen, dass die Batterie mit mehreren Referenzbatterien verschiedenen aber bekannten Kapazitäten derart verglichen wird, dass für Kenngrößen FBat, TBat der mehreren Referenzbatterien aus den Batterieparametern ac, bc, aq, bq jeweils ein Abweichungsmaß (εc, εq, εcq, εqp, εqq) berechnet wird, wobei das Abweichungsmaß (εc, εq, εcq, εqp, εqq) die Abweichung der Kapazität der Batterie von der Referenzbatterie kennzeichnet, und dass basierend auf einer stochastischen Analyse der Abweichungsmaße (εc, εq, εcq, εqp, εqq) die Kapazität der Batterie bestimmt oder abgeschätzt wird.Method for determining the capacity of a battery, wherein the battery is subjected to load phases, characterized in that battery parameters a c , b c , a q , b q of the battery are determined from a plurality of the load phases , the battery parameters a c , b c , a q , b q abstractly characterize the capacity of the battery that the battery is compared with several reference batteries of different but known capacities such that for characteristics F Bat , T Bat of the plurality of reference batteries from the battery parameters a c , b c , a q , b q in each case a deviation measurec , ε q , ε cq , ε qp , ε qq ) is calculated, the deviation measurec , ε q , ε cq , ε qp , ε qq ) the deviation of the capacity of the battery from the reference battery and that based on a stochastic analysis of the deviation measuresc , ε q , ε cq , ε qp , ε qq ) the capacity of the battery is determined or estimated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Belastungsphasen Startvorgänge eines Fahrzeugs genutzt werden.Method according to Claim 1 , characterized in that are used as load phases starting operations of a vehicle. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieparameter ac, bc, aq, bq unter Verwendung von Parametergleichungen aus mehreren Belastungsphasen berechnet werden.Method according to Claim 1 or 2 characterized in that the battery parameters a c , b c , a q , b q are calculated using parameter equations from a plurality of stress phases. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Belastungsphase der zeitliche Verlauf von Strom und Spannung ausgewertet wird und hieraus Startparameter (UE, Cst, Pst, Ql) bestimmt werden, die den Beginn der Belastungsphase kennzeichnen.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that for each load phase of the time course of current and voltage is evaluated and from this start parameters (U E , C st , P st , Q l ) are determined, which characterize the beginning of the loading phase. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Stromverlauf nach Startbeginn die Zeitkonstante τ ermittelt wird und diese zur Berechnung der Kondensatorkapazität Cst der Batterie genutzt wird.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the time constant τ is determined from the current profile after the start of the start and this is used to calculate the capacitor capacitance C st of the battery. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Batterieparameter ac, bc, aq, bq eine kumulative Integration zwischen den Startparametern durchgeführt wird.Method according to Claim 4 or 5 , characterized in that for the calculation of the battery parameters a c , b c , a q , b q a cumulative integration between the start parameters is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Parametergleichungen abgeleitet werden und daraus eines der Abweichungsmaße berechnet wird.Method according to one of Claims 3 to 6 , characterized in that the parameter equations are derived and one of the deviation measures is calculated therefrom. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung eines Abweichungsmaßes (εc εq, εq, εqp, εqq) das Vorliegen einer der mehreren Referenzbatterien angenommen wird und dass basierend der angenommenen Referenzbatterie ein Abweichungsmaß berechnet wird, wobei die Berechnung eines Abweichungsmaßes für verschiedene der mehreren Referenzbatterien wiederholt wird und wobei das Minimum der berechneten Abweichungsmaße als minimales Abweichungsmaß (εc,min, εq,min, εcq,min, εqp,min, εqq,min) ausgewählt und für die Analyse der Abweichungsmaße genutzt wird.Method according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that for the calculation of a deviation measurec ε q , ε q , ε qp , ε qq ) the presence of one of the plurality of reference batteries is assumed and that based on the assumed reference battery, a deviation measure is calculated, wherein the calculation of a deviation measure for different said plurality of reference battery is repeated, and wherein the minimum of the calculated deviation extent as the minimum deviation (ε c, min, ε q, min, ε cq, min, ε qp, min, ε qq, min) is selected and used for the analysis of differential measurements , Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Kombinationen von zwei der Batterieparameter ac, bc, aq, bq ein minimales Abweichungsmaß (εc,min, εq,min, εcq,min, εqp,min, εqq,min) bestimmt wird und dass für jedes der minimalen Abweichungsmaße die Kapazität der Referenzbatterie (Ac, Aq, Acq, Aqp, Aqq) bestimmt wird, die zur Berechnung des jeweiligen minimalen Abweichungsmaßes (εc,min, εq,min, εcq,min, εqp,min, εqq,min) angenommen worden ist.Method according to Claim 8 , characterized in that for different combinations of two of the battery parameters a c , b c , a q , b q a minimum deviation measurec, min , ε q, min , ε cq, min , ε qp, min , ε qq, min ) and that for each of the minimum deviation measures the capacitance of the reference battery (A c , A q , A cq , A qp , Aqq ) is determined, which is used to calculate the respective minimum deviation measurec, min , ε q, min , ε cq, min , ε qp, min , ε qq, min ). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die minimalen Abweichungsmaße (εc,min, εq,min, εcq,min, εqp,min, εqq,min) einer stochastischen Untersuchung unterworfen werden und daraus die Kapazität der Batterie abgeschätzt wird.Method according to Claim 8 or 9 , characterized in that the minimum deviation measuresc, min , ε q, min , ε cq, min , ε qp, min , ε qq, min ) are subjected to a stochastic investigation and from this the capacity of the battery is estimated. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die stochastische Untersuchung das Bilden des Mittelwertes aus den minimalen Abweichungsmaßen (εc,min, εq,min, εcq,min, εqp,min, εqq,min) umfasst und dass die Kapazität der Batterie als Mittelwert (Ac, Aq, Acq, Aqp, Aqq) der ausgewählten Kapazitäten der Referenzbatterien gebildet wird.Method according to Claim 10 , characterized in that the stochastic examination comprises forming the average of the minimum deviation measuresc, min , ε q, min , ε cq, min , ε qp, min , ε qq, min ) and that the capacity of the battery as Mean value (A c , A q , A cq , A qp , A qq ) of the selected capacities of the reference batteries is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau von empirischen Daten in einer Datenbank mehrere Referenzbatterien mit bekannter Kapazität über mehrere Belastungsphasen hinweg vermessen und unter Verwendung der Parametergleichungen ausgewertet werden.Method according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that in order to build up empirical data in a database, a plurality of reference batteries of known capacity are measured over a plurality of loading phases and evaluated using the parameter equations. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vermessung der Referenzbatterien mindestens zehn Belastungsphasen ausgewertet werden.Method according to Claim 12 , characterized in that for the measurement of the reference batteries at least ten load phases are evaluated.
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