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DE102017009448A1 - Method for determining a self-discharge of a battery with at least one battery cell - Google Patents

Method for determining a self-discharge of a battery with at least one battery cell Download PDF

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DE102017009448A1
DE102017009448A1 DE102017009448.9A DE102017009448A DE102017009448A1 DE 102017009448 A1 DE102017009448 A1 DE 102017009448A1 DE 102017009448 A DE102017009448 A DE 102017009448A DE 102017009448 A1 DE102017009448 A1 DE 102017009448A1
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DE
Germany
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battery
discharge
voltage
self
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102017009448.9A
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German (de)
Inventor
Thomas Deutschen
Sophie Gasser
Manuel Schaller
Johannes Sieg
Jochen Siehr
Bernd Spier
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Selbstentladung einer Batterie mit wenigstens einer Batteriezelle (10), bei welchem eine Spannung der wenigstens einen Batteriezelle (10) mittels einer Messeinrichtung (12) erfasst wird. Die Spannung wird beim Ermitteln der Selbstentladung der Batterie berücksichtigt. Mittels der Messeinrichtung (12) wird zeitlich nacheinander eine Mehrzahl von Messwerten der Spannung erfasst. Die Messwerte werden einer Recheneinrichtung (16) zugeführt, welche anhand der Messwerte einen zumindest bereichsweise nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung der wenigstens einen Batteriezelle (10) bestimmt. Basierend auf dem nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung wird eine für wenigstens einen Zeitpunkt in der Zukunft erwartete Selbstentladung der Batterie abhängig von der Zeit vorhergesagt.

Figure DE102017009448A1_0000
The invention relates to a method for determining a self-discharge of a battery having at least one battery cell (10), in which a voltage of the at least one battery cell (10) by means of a measuring device (12) is detected. The voltage is taken into account when determining the self-discharge of the battery. By means of the measuring device (12), a plurality of measured values of the voltage are detected in chronological succession. The measured values are fed to a computing device (16), which uses the measured values to determine an at least partially non-linear time profile of the voltage of the at least one battery cell (10). Based on the non-linear time course of the voltage, a self-discharge of the battery expected for at least one future point in time is predicted as a function of time.
Figure DE102017009448A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Selbstentladung einer Batterie mit wenigstens einer Batteriezelle, bei welchem eine Spannung der wenigstens einen Batteriezelle mittels einer Messeinrichtung erfasst wird. Die Spannung wird beim Ermitteln der Selbstentladung der Batterie berücksichtigt.The invention relates to a method for determining a self-discharge of a battery having at least one battery cell, in which a voltage of the at least one battery cell is detected by means of a measuring device. The voltage is taken into account when determining the self-discharge of the battery.

Die DE 10 2010 003 421 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers, bei welchem während einer aktuellen Betriebsphase des Energiespeichers eine Energiespeicherspannung ermittelt wird. Abhängig von der Energiespeicherspannung wird ein erster Ladezustand des Energiespeichers ermittelt. Des Weiteren wird ein zweiter Ladezustand des Energiespeichers ermittelt. Es kann ein mittlerer Selbstentladungsstrom abhängig von dem Ladezustandsverlust und einer Ruhephasendauer ermittelt werden, wobei die Ruhephasendauer repräsentativ ist für eine Zeitdauer zwischen zwei Betriebsphasen. Mithilfe des mittleren Selbstentladungsstroms soll dabei abgeschätzt werden, wie lange eine mögliche Ruhephase des Energiespeichers maximal zeitlich andauern darf, bis der Energiespeicher einen kritischen Ladezustand unterschreitet.The DE 10 2010 003 421 A1 describes a method for operating an energy store, in which an energy storage voltage is determined during a current operating phase of the energy store. Depending on the energy storage voltage, a first state of charge of the energy storage device is determined. Furthermore, a second state of charge of the energy store is determined. An average self-discharge current may be determined depending on the state of charge loss and a resting phase duration, wherein the resting phase duration is representative of a period of time between two operating phases. By means of the mean self-discharge current, it is intended to estimate how long a possible resting phase of the energy store may last at most until the energy store falls below a critical state of charge.

Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass eine Vorhersage der Selbstentladung des Energiespeichers basierend auf dem mittleren Selbstentladungsstrom nicht zuverlässig möglich ist.A disadvantage here is the fact that a prediction of the self-discharge of the energy store based on the mean self-discharge current is not reliably possible.

Batterien auf Basis von Lithium-Ionen-Zellen werden aktuell in rein elektrisch angetriebenen Elektrofahrzeugen (EV, electric vehicle), Hybridfahrzeugen (HEV, hybrid electric vehicle), Steckdosen-Hybridfahrzeugen (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und anderen Elektrofahrzeugen verbaut. Dafür werden mehrere Batteriezellen in Module verbaut, wobei aus einem oder mehreren dieser Module wiederum die gesamte Batterie zusammengesetzt ist. Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Zellen und Batterien ist eine regelmäßige Überwachung der Zellen notwendig, sowohl im Betrieb (also bei Stromaufnahme / Stromabgabe) als auch bei Nicht-Benutzung (Nullstrom).Batteries based on lithium-ion cells are currently being used in electric-only electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) and other electric vehicles. For this purpose, several battery cells are installed in modules, wherein in turn one or more of these modules, the entire battery is composed. To ensure the functionality of the cells and batteries regular monitoring of the cells is necessary, both during operation (ie during power consumption / current delivery) and when not in use (zero current).

Die Batteriezellen (nicht ausschließlich solche auf Lithium-Ionen-Basis) unterliegen einer kontinuierlichen Selbstentladung. Das bedeutet, dass die Spannungslage und der Ladezustand (SOC = State of Charge) jeder Zelle im Verlauf der Zeit absinken, obwohl die Zelle nicht von außen über die Ableiter (Plus-Pol und Minus-Pol) entladen wird. Die Höhe der Selbstentladung ist für jede Batteriezelle anders und hängt von einer Reihe von Einflussfaktoren ab.The battery cells (not exclusively those based on lithium ions) undergo a continuous self-discharge. This means that the voltage level and the state of charge (SOC) of each cell drop over time, although the cell is not discharged from the outside via the arresters (plus pole and minus pole). The amount of self-discharge is different for each battery cell and depends on a number of factors.

Für Batterien beziehungsweise Elektrofahrzeuge können aufgrund der Selbstentladung festdefinierte Nachladeintervalle vorgesehen sein. Um eine Tiefentladung zu vermeiden, wird daher die Batterie oder Batteriezelle (innerhalb oder außerhalb eines Fahrzeugs) in fest definierten Zeitabständen, zum Beispiel alle 2 oder alle 3 Monate, nachgeladen. Dies ist aufwendig und in keiner Weise flexibel. Die zum Verhindern der Tiefentladung erforderlichen Arbeiten werden häufiger als nötig durchgeführt, weil vom schlechtesten Fall ausgegangen wird. Außerdem wird der durchschnittliche SOC der Zelle(n) durch zu häufiges Nachladen unnötig hoch gehalten, was eine vorschnelle kalendarischer Alterung der Batteriezelle(n) zur Folge hat.For batteries or electric vehicles can be provided due to the self-discharge fixed-defined Nachladeintervalle. To avoid a deep discharge, therefore, the battery or battery cell (inside or outside a vehicle) at fixed intervals, for example, every 2 or every 3 months, recharged. This is expensive and in no way flexible. The work required to prevent over-discharge is carried out more often than necessary because the worst case scenario is assumed. In addition, the average SOC of the cell (s) is kept unnecessarily high due to overcharging, resulting in premature calendar aging of the battery cell (s).

Wenn ein Batterienutzer verhindern will, dass die Batterie durch Selbstentladung in die Tiefentladung absinkt, muss also der Batterienutzer die Batterie immer wieder nachladen. Dieses Nachladen sollte jedoch bevorzugt gerade so häufig wie nötig durchgeführt werden.If a battery user wants to prevent the battery from dropping into the total discharge due to self-discharge, the battery user must always recharge the battery. However, this reloading should preferably be done just as often as necessary.

Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit von Batteriezellen und Batterien ist des Weiteren auch eine regelmäßige Überwachung der Zellen im unverbauten Zustand vorzusehen.In order to ensure the functionality of battery cells and batteries, it is also necessary to provide for regular monitoring of the cells in the uninstalled state.

Es können zwei Zustände von Batterien und Batteriezellen unterschieden werden: Die verbauten Zellen werden durch ein aktives beziehungsweise sich selbst aktivierendes oder extern aktiviertes Batteriesteuergerät (Battery Management System, kurz BMS) regelmäßig überwacht. In einem Fahrzeug oder Stationärspeicher ist ein solches BMS typischerweise vorhanden. Sofern das BMS aktiv ist beziehungsweise sich selbst aktivieren kann, kann dies als eine Nutzung der Batterie bezeichnet werden. Bei der Lagerung hingegen sind die Zellen über längere Zeit nicht überwacht. Entweder weil die Zellen (beziehungsweise die Batterie) nicht verbaut sind, oder weil die Batterie nicht an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist.Two states of batteries and battery cells can be distinguished: The installed cells are regularly monitored by an active or self-activating or externally activated battery management system (BMS). In a vehicle or stationary storage, such a BMS is typically present. If the BMS is active or can activate itself, this can be referred to as a use of the battery. During storage, however, the cells are not monitored for a long time. Either because the cells (or the battery) are not installed, or because the battery is not connected to an external power supply.

Bei der Lagerung von Batterien oder Batteriezellen wird daher regelmäßig ein festes Überprüfungsintervall definiert. In festgelegten Abständen wird die Batteriespannung beispielsweise durch händisches Anschließen an ein Spannungsmessgerät überprüft, und die Zelle(n) werden zur Verhinderung von Tiefentladung nachgeladen. Bei der Festlegung der Prüfintervalle wird meist von einem konstanten, linearen Abfall der Zellspannung oder des Ladezustands mit der Zeit ausgegangen.When storing batteries or battery cells, therefore, a fixed inspection interval is regularly defined. At fixed intervals, for example, the battery voltage is checked by manually connecting to a voltmeter, and the cell (s) are recharged to prevent over-discharge. When determining the test intervals, a constant, linear decrease in the cell voltage or state of charge is usually assumed over time.

Nachteil ist also auch bei dieser Anwendung, dass die Selbstentladung nicht korrekt vorhergesagt wird. Deshalb wird oft zur Sicherheit ein sehr kurzes Überprüfungsintervall festgelegt. Ferner werden die Zellen beziehungsweise Batterien nicht nach ihrem Nachladebedarf unterschieden. Disadvantage is therefore also in this application that the self-discharge is not predicted correctly. Therefore, often a very short check interval is set for security. Furthermore, the cells or batteries are not distinguished according to their Nachladebedarf.

Die Zellspannung der verbauten Batterie-Zellen in der Batterie beispielsweise im Fahrzeug wird ebenfalls überwacht. Wenn das Fahrzeug beziehungsweise die Batterie nicht benutzt wird, aber an die Bordnetzversorgung angeschlossen ist, aktiviert sich das BMS in regelmäßigen Abständen und überprüft die Zellspannungen. Wenn sich die Spannung der Zellen stark unterscheidet, beispielsweise mehr als 100 mV, so wird ein sogenannter Balancing-Vorgang aktiviert. Insbesondere wenn die Zellen in einem Batteriemodul verbaut sind, wird also ein Unterschied der Zellspannung durch das Balancing, das heißt eine geeignete (Ent-)Ladung von Zellen, ausgeglichen. Entweder wird die Zelle mit höherer Spannung mittels eines Widerstands entladen (passives Balancing), oder es wird Ladung von der Zelle oder den Zellen mit höherer Spannungslage auf die Zelle oder Zellen mit niedrigerer Spannungslage übertragen (aktives Balancing).The cell voltage of the installed battery cells in the battery, for example in the vehicle is also monitored. If the vehicle or the battery is not used, but is connected to the on-board power supply, the BMS activates at regular intervals and checks the cell voltages. If the voltage of the cells differs greatly, for example, more than 100 mV, a so-called balancing process is activated. In particular, when the cells are installed in a battery module, so a difference of the cell voltage by the balancing, that is a suitable (de) charge of cells, balanced. Either the higher-voltage cell is discharged by means of a resistor (passive balancing), or charge is transferred from the cell or cells with a higher voltage level to the cell or cells with a lower voltage level (active balancing).

Nachteil ist hierbei, dass das BMS regelmäßig nach wenigen Stunden aufwachen muss, um die Spannungslage der Zellen zu prüfen. Dabei wird Energie genutzt (Ruhestrom der Zellüberwachungseinheit und des BMS), die der Batterie selbst oder einer 12V-BordnetzVersorgung entzogen wird. Gleichzeitig erfolgt das Balancing nicht vorausschauend. Das heißt, dass nur ein aktueller Bedarf erkannt und der Balancing-Vorgang gestartet, dabei aber die zukünftige Entwicklung der Zellspannung nicht berücksichtigt wird. Dies führt möglicherweise zu unnötigen Balancing-Vorgängen und einer unnötig niederohmigen Auslegung der Balancing-Widerstände, weil immer der akute Bedarf berücksichtigt wird. Dies führt zu einem hohen Balancing-Strom, der zu einer hohen Wärmeentstehung führt. Disadvantage here is that the BMS must wake up regularly after a few hours to check the voltage of the cells. This energy is used (quiescent current of the cell monitoring unit and the BMS), which is withdrawn from the battery itself or a 12V on-board power supply. At the same time, the balancing is not anticipatory. This means that only a current need is recognized and the balancing process started, but the future development of the cell voltage is not taken into account. This may lead to unnecessary balancing operations and an unnecessarily low-impedance design of the balancing resistors because the acute need is always taken into account. This leads to a high balancing current, which leads to a high heat generation.

Auf beides, nämlich den Strom und die Wärme, muss eine Elektronik ausgelegt werden. Zudem kommt es möglicherweise zu einem unnötigen Energieverlust.On both, the electricity and the heat, electronics must be designed. In addition, there may be an unnecessary loss of energy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide an improved method of the type mentioned.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Selbstentladung einer Batterie mit wenigstens einer Batteriezelle wird eine Spannung der wenigstens einen Batteriezelle mittels einer Messeinrichtung erfasst. Die Spannung wird beim Ermitteln der Selbstentladung der Batterie berücksichtigt. Hierfür wird mittels der Messeinrichtung zeitlich nacheinander eine Mehrzahl von Messwerten der Spannung erfasst. Die Messwerte werden einer Recheneinrichtung zugeführt, welche anhand der Messwerte einen zumindest bereichsweise nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung der wenigstens einen Batteriezelle bestimmt. Basierend auf dem nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung wird eine für wenigstens einen Zeitpunkt in der Zukunft erwartete Selbstentladung der Batterie abhängig von der Zeit vorhergesagt. Die erwartete Selbstentladung wird also zeitabhängig vorhergesagt, und die wenigstens eine Batteriezelle kann auf der Basis dieser Berechnung rechtzeitig nachgeladen werden. Folglich ist ein verbessertes Verfahren geschaffen.In the method according to the invention for determining a self-discharge of a battery having at least one battery cell, a voltage of the at least one battery cell is detected by means of a measuring device. The voltage is taken into account when determining the self-discharge of the battery. For this purpose, a plurality of measured values of the voltage are detected in chronological succession by means of the measuring device. The measured values are fed to a computing device which, on the basis of the measured values, determines an at least partially non-linear time profile of the voltage of the at least one battery cell. Based on the non-linear time course of the voltage, a self-discharge of the battery expected for at least one future point in time is predicted as a function of time. The expected self-discharge is thus predicted time-dependent, and the at least one battery cell can be recharged on time on the basis of this calculation. Consequently, an improved method is provided.

Ein Nachladen der wenigstens einen Batteriezelle beziehungsweise der Batterie kann so genau dann vorgenommen werden, wenn dies erforderlich ist und nicht nach einem festen und zur Sicherheit häufig besonders kurz bemessenen Nachladeintervall. So lässt sich die Zahl der Nachladevorgänge verringern, was einen verringerten Aufwand mit sich bringt. Des Weiteren lässt sich so der durchschnittliche Ladezustand insbesondere während der Lagerung der Batterie verringern, sodass eine verringerte Alterung der Batterie erreicht wird. Darüber hinaus weiß ein Batterienutzer, welchen Ladezustand seine Batterie nach einer längeren Standzeit haben wird. So kann der Batterienutzer leichter sicherstellen, dass die Batterie stets einen gewünschten Mindest-Ladezustand aufweist.A recharging of the at least one battery cell or the battery can be made so exactly when it is necessary and not for a fixed and for safety often very short-sized reload interval. This reduces the number of reloads, resulting in reduced effort. Furthermore, the average state of charge can be reduced, in particular during storage of the battery, so that a reduced aging of the battery is achieved. In addition, a battery user knows which state of charge his battery will have after a longer service life. This allows the battery user to more easily ensure that the battery always has a desired minimum charge level.

Unter einem Batterienutzer soll eine Person verstanden werden, die mit der Batterie zu tun hat und deren Funktionsfähigkeit erhalten will. Das kann sowohl der Fahrer eines Elektrofahrzeugs sein, als auch ein Mitarbeiter in einem Werk, ein Nutzer von Consumer-Elektronik, etwa eines Akku-Schraubers, oder ein Fahrer eines E-Bikes. Die Anwendung beschränkt sich nicht auf als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildete Batteriezellen, sondern gilt für Batteriezellen allgemein.A battery user should be understood to mean a person who has to do with the battery and wants to maintain its functionality. This can be either the driver of an electric vehicle, as well as an employee in a factory, a user of consumer electronics, such as a cordless screwdriver, or a driver of an e-bike. The application is not limited to designed as lithium-ion cells battery cells, but applies to battery cells in general.

Vorzugsweise wird für wenigstens einen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer ersten Zeitspanne einer vorbestimmten Dauer, insbesondere einer Dauer von bis zu 30 Tagen, die erwartete Selbstentladung basierend auf einer logarithmischen Abhängigkeit der Spannung von der Zeit bestimmt. Im Rahmen eines Kurzzeitmodells kann somit mittels der Recheneinrichtung als funktionaler Verlauf eine logarithmische Abhängigkeit bestimmt werden. Preferably, for at least one future time within a first time period of a predetermined duration, in particular a duration of up to 30 days, the expected self-discharge is determined based on a logarithmic dependence of the voltage on time. In the context of a short-term model, a logarithmic dependence can thus be determined by means of the computing device as a functional course.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn für wenigstens einen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer zweiten Zeitspanne einer vorbestimmten Dauer, insbesondere einer Dauer von etwa 30 Tagen bis zu etwa 160 Tagen, die erwartete Selbstentladung basierend auf einer exponentiellen Abhängigkeit der Spannung von der Zeit bestimmt wird. Um das Langzeitverhalten der Selbstentladung zu beschreiben, kann somit mittels der Recheneinrichtung als funktionaler Verlauf eine exponentielle Annäherung bestimmt werden.It has further been found to be advantageous if, for at least one future time within a second period of a predetermined duration, in particular a duration of about 30 days to about 160 days, the expected self-discharge is determined based on an exponential dependence of the voltage on time , In order to describe the long-term behavior of the self-discharge, an exponential approximation can thus be determined by means of the computing device as a functional course.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing (s). The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:

  • 1 ein Ablaufdiagramm, gemäß welchem Nachladeintervalle von Batteriezellen bestimmt werden, indem ein Verfahren zur Vorhersage der Selbstentladung der Batteriezellen genutzt wird;
  • 2 eine zeitliche Darstellung der Abnahme des Ladezustands der Batterie, wobei eine Kurve berechnete Werte des Ladezustands angibt;
  • 3 ein Ablaufdiagramm, gemäß welchem basierend auf der vorhergesagten Selbstentladung von Batteriezellen die Batteriezellen sortiert werden;
  • 4 ein Ablaufdiagramm, gemäß welchem die mittels einer Recheneinrichtung vorhergesagte Selbstentladung der Batterie auf einer Anzeige in einem Fahrzeug oder in einer App dargestellt wird, wobei auch eine Meldung an ein Serviceteam ausgegeben werden kann; und
  • 5 ein Ablaufdiagramm, gemäß welchem basierend auf der mittels der Recheneinrichtung vorhergesagten Selbstentladung ein Ladungsausgleich von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen der Batterie durchgeführt wird.
Showing:
  • 1 a flowchart, according to which recharging intervals of battery cells are determined by a method for predicting the self-discharge of the battery cells is used;
  • 2 a time chart of the decrease of the state of charge of the battery, wherein a curve indicates calculated values of the state of charge;
  • 3 a flowchart according to which the battery cells are sorted based on the predicted self-discharge of battery cells;
  • 4 a flowchart according to which the predicted by means of a calculator self-discharge of the battery is displayed on a display in a vehicle or in an app, wherein a message can be issued to a service team; and
  • 5 a flowchart, according to which, based on the predicted by the calculator self-discharge, a charge equalization of electrically interconnected battery cells of the battery is performed.

In 1 ist schematisch eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 10 dargestellt, wobei die jeweilige Zellspannung der jeweiligen Batteriezellen 10 mittels einer Messeinrichtung 12 erfasst wird. Beispielsweise wird also die Zellspannung der Batteriezellen 10 der Batterie, die sich in Ruhe befindet, für mehrere Tage wenige Male (beispielsweise ein Mal, zwei Mal oder drei Mal pro Tag, oder jeden zweiten, dritten Tag oder auch in größeren Abständen) gemessen. Hierzu wird die Messeinrichtung 12 eingesetzt. Eine Speicherung oder Aufzeichnung der Messwerte erfolgt in einer Speichereinrichtung beziehungsweise einem Speicher 14, welcher vorliegend in eine Recheneinrichtung 16 integriert ist. Die Recheneinrichtung 16 führt basierend auf den Messwerten eine Berechnung 18 des erwarteten zeitlichen Verlaufs des Ladezustands der Batteriezellen 10 beziehungsweise der Batterie durch.In 1 schematically is a battery with a plurality of battery cells 10 represented, wherein the respective cell voltage of the respective battery cells 10 by means of a measuring device 12 is detected. For example, therefore, the cell voltage of the battery cells 10 The battery that is at rest is measured for a few days a few times (for example, once, twice, or three times a day, or every other, third, or even longer intervals). For this purpose, the measuring device 12 used. A storage or recording of the measured values takes place in a memory device or a memory 14 which is present in a computing device 16 is integrated. The computing device 16 performs a calculation based on the measurements 18 the expected time course of the state of charge of the battery cells 10 or the battery through.

Durch einen passenden Fit wird der wahrscheinlichste zukünftige Verlauf der Spannung bestimmt. Hierzu werden Parameter in einem Modell so angepasst, dass durch eine funktionale Abhängigkeit der Verlauf der bisherigen aufgezeichneten Spannungswerte möglichst gut im Sinne einer Kleinste-Quadrate-Approximation (oder eines anderen Kriteriums) abgebildet wird.An appropriate fit determines the most likely future course of the stress. For this purpose, parameters in a model are adjusted such that a functional dependency maps the course of the previous recorded voltage values as well as possible in the sense of a least squares approximation (or another criterion).

Der Spannungsabfall wird jedoch vorliegend nicht linear angenommen, sondern es werden verschiedene Modelle in Abhängigkeit von der Ruhezeit der Batterie beziehungsweise der Batteriezellen 10 verwendet.The voltage drop is, however, not assumed to be linear in the present case, but instead different models are used as a function of the idle time of the battery or of the battery cells 10 used.

Als funktionaler Verlauf werden insbesondere eine logarithmische Abhängigkeit als Kurzzeitmodell: V ( t ) = q 1 q 2 ln ( 1 + q 3  t )

Figure DE102017009448A1_0001
und eine exponentielle Annäherung für das Langzeitverhalten: V ( t ) = r 1 + r 2 exp ( r 3  t )
Figure DE102017009448A1_0002
vorgeschlagen. Beide ergeben sich als Spezialfall des Gesamtmodells: V ( t ) = p 1 p 2 ln ( 1 exp ( p 3 p 4  t ) )
Figure DE102017009448A1_0003
In particular, a logarithmic dependency as a short-term model becomes a functional course: V ( t ) = q 1 - q 2 ln ( 1 + q 3 t )
Figure DE102017009448A1_0001
and an exponential approach to long-term behavior: V ( t ) = r 1 + r 2 exp ( - r 3 t )
Figure DE102017009448A1_0002
proposed. Both arise as a special case of the overall model: V ( t ) = p 1 - p 2 ln ( 1 - exp ( p 3 - p 4 t ) )
Figure DE102017009448A1_0003

Hierbei stehen die Parameter q, r und p für Zahlen, welche sich aus dem Ergebnis des Fits ergeben. Zum konkreten Anfitten der Spannungsverläufe werden die Werte aus dem Speicher 14 ausgelesen und etwa eine Kleinste-Quadrate-Lösung mit einem gängigen Algorithmus (beispielsweise durch iterative Nullstellensuche mit QR-Zerlegung in jedem Schritt) bestimmt.Here, the parameters q, r and p stand for numbers which result from the result of the fit. The actual values of the voltage curves become the values from the memory 14 and determine, for example, a least-squares solution using a common algorithm (for example, by iterative zero-finding with QR decomposition in each step).

Die zeitabhängig angenommenen Spannungsverläufe stellen eine konkrete Neuerung dar, weil bisher von einem konstanten Abfall der Spannung beziehungsweise des SOC ausgegangen wurde, was zu einer festen Nachladezeit führt, zum Beispiel einem Nachladen, welches alle drei Monate durchgeführt wird. Durch die vorliegend beschriebene Zeitabhängigkeit wird demgegenüber die gesamte Berechnung sinnvoll.The time-dependent assumed voltage curves represent a concrete innovation, because previously assumed a constant drop in the voltage or the SOC, resulting in a fixed recharging time, for example, a recharge, which is carried out every three months. By contrast, the time-dependent relationship described here makes the entire calculation meaningful.

Durch eine Umrechnung in den Ladezustand (SOC) über eine Ruhespannungskennlinie kann der zukünftige Verlauf der Selbstentladung vorhergesagt werden. Er liegt bevorzugt als erwarteter SOC für die zukünftige Zeit (Tage, Wochen oder Monate) in Form einer Wertetabelle im Speicher 14 der Recheneinrichtung 16. Des Weiteren ist bevorzugt die Ruhespannungskennlinie ebenfalls im Speicher 14 abgelegt, und es wird eine (lineare) Interpolation zwischen den Stützstellen vorgenommen. Die Wertetabelle kann beispielsweise folgendermaßen aussehen: Zeit ab heute / d 0 30 60 90 120 150 180 SOC-Verlauf / % 76 72 69 66 64 62 60 By converting to the state of charge (SOC) via a quiescent voltage characteristic, the future course of the self-discharge can be predicted. It preferably lies in the memory as expected SOC for the future time (days, weeks or months) in the form of a table of values 14 the computing device 16 , Furthermore, the quiescent voltage characteristic is preferably also in the memory 14 filed and there is a (linear) interpolation between the nodes made. For example, the lookup table might look like this: Time from today / d 0 30 60 90 120 150 180 SOC trend /% 76 72 69 66 64 62 60

Durch den Nutzer wird vorzugsweise ein minimal zulässiger SOC festgelegt, bis zu dem sich die Batterie (beziehungsweise die Batteriezellen 10) entladen darf. Auf Basis der Berechnungen lässt sich durch Nachschauen in der Wertetabelle ablesen, wann der SOC der Batterie beziehungsweise die Batteriezellen 10 voraussichtlich unter den minimal zulässigen SOC fällt. Falls die Tabelle zu grob ist, wird wieder eine lineare Interpolation verwendet. Basierend darauf wird zum bestimmten Zeitpunkt ein Nachladevorgang 20 eingeleitet (vergleiche 1). Dies kann durch einen Hinweis an den Nutzer geschehen, der zum angegebenen Zeitpunkt den Ladevorgang manuell einleitet, oder automatisch.The user preferably sets a minimum permissible SOC, up to which the battery (or the battery cells 10 ) may unload. On the basis of the calculations, it can be read by looking up in the value table, when the SOC of the battery or the battery cells 10 expected to fall below the minimum allowable SOC. If the table is too coarse, a linear interpolation is used again. Based on this, a reload will occur at the specified time 20 initiated (cf. 1 ). This can be done by a notice to the user, who manually initiates the charging process at the specified time, or automatically.

Alternativ kann zunächst die (Ruhe-)Spannung in den zugehörigen SOC mittels der Ruhespannungskennlinie und Interpolation umgerechnet werden, und der Fit wird anschließend für die SOC-Werte direkt durchgeführt.Alternatively, first the (rest) voltage in the associated SOC can be converted by means of the rest voltage characteristic and interpolation, and the fit is then carried out directly for the SOC values.

Die vorgeschlagenen Speicherungen und Berechnungen können bei Batterien mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) durch dieses erfolgen. Da sich die Batterie in Ruhe befindet, ist die nötige Rechenkapazität frei. Alternativ können die Abspeicherung der Daten und die Berechnungen durch eine Recheneinrichtung vorgenommen werden, welche mit den Batteriezellen 10 nicht fest verbaut ist.The proposed storage and calculations can be done by batteries with a battery management system (BMS). Since the battery is at rest, the necessary computing capacity is free. Alternatively, the storage of the data and the calculations may be performed by a computing device connected to the battery cells 10 not permanently installed.

In 2 ist ein konkreter Fit an Messwerte 22 gezeigt. Kreise 24 zeigen die für den Fit verwendeten SOC-Werte, die via Ruhespannungskennlinie aus gemessenen Spannungswerten berechnet wurden. Durch weitere Kreuze sind weitere Messwerte 22 veranschaulicht. Deren Verlauf wird durch die Funktion für das Langzeitverhalten (durchgezogen gezeichnet und nur aus den als Kreise 24 gezeichneten Werten berechnet) vorhergesagt, welche in 2 durch eine Kurve 26 dargestellt ist. Simultane Konfidenzbänder 28 und Prädiktionsbänder wurden zusätzlich berechnet und sind in 2 gestrichelt dargestellt. Vorliegend überlagern die Konfidenzbänder 28 die Prädiktionsbänder. Eine erste Zeitspanne 46, während welcher der Verlauf der Kurve 26 dem Kurzzeitmodell entspricht, und eine zweite Zeitspanne 48, in welcher die Kurve 26 das Langzeitverhalten der Batteriezellen 10 angibt, sind in 2 schematisch dargestellt.In 2 is a concrete fit to readings 22 shown. circles 24 show the SOC values used for the fit, which were calculated from measured voltage values via the open-circuit voltage characteristic. Further crosses are further measured values 22 illustrated. Their course is drawn by the function for the long-term behavior (solid drawn and only from those as circles 24 calculated values) predicted which in 2 through a curve 26 is shown. Simultaneous Confidence Bands 28 and prediction bands have been calculated additionally and are in 2 shown in dashed lines. In the present case, the confidence bands overlap 28 the prediction bands. A first time span 46 during which the course of the curve 26 corresponds to the short-term model, and a second time span 48 in which the curve 26 the long-term behavior of the battery cells 10 indicates are in 2 shown schematically.

Im vorliegend beschriebenen Verfahren wurden einige Funktionswerte der durchgezogenen Kurve 26 zusammen mit den zugehörigen Tagen in der Tabelle oben hinterlegt. Wird im konkreten, in 2 dargestellten Fall ein minimal zulässiger SOC von beispielsweise 86% hinterlegt und das Verfahren am Tag 45 durchgeführt, so bestimmt die Recheneinrichtung 16 den Tag 106 als Tag zum nächsten Nachladen. Dies stimmt mit den später erfassten Messwerten 22 überein, welche in 2 durch die Kreuze dargestellt sind.In the presently described method, some functional values of the solid curve became 26 together with the associated days in the table above. Is in concrete, in 2 In the case illustrated, a minimum permissible SOC of, for example, 86% is deposited and the procedure is carried out on day 45, so determines the computing device 16 day 106 as the day for the next reload. This agrees with the later acquired measured values 22 match, which in 2 represented by the crosses.

Das Nachladen der Batterie erfolgt also nach Bedarf. Ein zu häufiges Nachladen unterbleibt. Es ergibt sich folglich eine Einsparung an Aufwand und eine Verlängerung der Lebensdauer der Batterie, weil der durchschnittliche SOC abgesenkt wird. Der Batterienutzer wird zudem frühzeitig über die voraussichtliche Selbstentladung der Batterie informiert. Der Ladungsverlust der Batterie kommt nicht mehr überraschend und in unerwarteter Höhe.The recharging of the battery is done as needed. Too frequent reloading is omitted. This results in a saving of effort and an extension of the life of the battery, because the average SOC is lowered. The battery user will also be informed early on the expected self-discharge of the battery. The charge loss of the battery is no longer surprising and at an unexpected height.

Die Messeinrichtung 12 und der Speicher 14 für die Spannungswerte ermöglichen also in Kombination mit der Recheneinrichtung 16 die Vorhersage der Spannungsabnahme bei den Batteriezellen 10 in Ruhe (also die Vorhersage der sogenannten Selbstentladung).The measuring device 12 and the memory 14 for the voltage values thus enable in combination with the computing device 16 the prediction of the voltage decrease in the battery cells 10 at rest (ie the prediction of so-called self-discharge).

Der Speicher 14 für Ladezustandswerte kann also in Kombination mit der Recheneinrichtung 16 zum Vorhersagen der Ladezustandsabnahme bei den Batteriezellen 10 in Ruhe genutzt werden.The memory 14 for state of charge values can therefore in combination with the computing device 16 for predicting the state of charge decrease in the battery cells 10 be used in peace.

Des Weiteren kann eine Darstellung der berechneten Selbstentladung in einer Nutzeranzeige oder einer derartigen Anzeigeeinrichtung 38 vorgenommen werden (vergleiche 4). Mittels der Anzeigeeinrichtung 38 kann auch eine Darstellung der berechneten zu erwartenden Zeit vorgenommen werden, bis der Ladezustand durch Selbstentladung unter einen gegebenen Wert fällt. Die mittels der Recheneinrichtung 16 berechnete zu erwartende Zeit, bis der Ladezustand durch Selbstentladung unter einen gegebenen Wert fällt, kann auch für eine Verständigung eines Serviceteams oder Wartungsteams genutzt werden. Darüber hinaus ist eine frühzeitige Vorhersage eines durch Tiefentladung verursachten Ausfalls der Batterie unter Verwendung der prädizierten Selbstentladung möglich sowie eine Warnung vor einer solchen Tiefentladung durch Ausgabe einer Warnmeldung. Der bekannte zukünftige Verlauf der Selbstentladung kann bei drohender Tiefentladung also in Form der Warnmeldung etwa einem Wartungsdienst mitgeteilt werden. Der Wartungsdienst kann dann mit geeigneten Maßnahmen (beispielsweise Nachladen, Warnung des Halters und dergleichen) reagieren.Furthermore, a representation of the calculated self-discharge in a user display or such a display device 38 be made (see 4 ). By means of the display device 38 It is also possible to make a representation of the calculated expected time until the state of charge due to self-discharge falls below a given value. The means of the computing device 16 Calculated expected time until self-discharge state of charge drops below a given value can also be used to communicate with a service team or maintenance team. In addition, early prediction of a deep discharge battery failure using the predicted self-discharge is possible and a warning of such a deep discharge by issuing a warning message. The known future course of the self-discharge can be communicated in the event of impending deep discharge so in the form of the warning message about a maintenance service. The maintenance service can then respond with appropriate measures (such as reloading, warning the holder, and the like).

Zusätzlich zur Vorausberechnung des Zellspannungsabfalls kann etwa von einem Batteriesteuergerät, welches die Recheneinrichtung 16 aufweist, das Vertrauensgebiet des Modells berechnet werden. Anhand von diesem kann nicht nur der wahrscheinlichste zukünftige Verlauf der Spannung, sondern auch der Bereich angegeben werden, in welchem sich mit gegebener Wahrscheinlichkeit die Zellspannung befinden wird.In addition to the prediction of the cell voltage drop, it is possible for a battery control unit, which has the computing device 16 has, the confidence of the model are calculated. Based on this, not only the most probable future course of the voltage, but also the area can be specified, in which the cell voltage is likely to be located.

Diese Berechnung kann für alle betrachteten Batteriezellen 10 durchgeführt werden, unabhängig davon, ob die Batteriezellen 10 gelagert werden oder in einem Fahrzeug im Einsatz sind. Die Berechnung ist bei Lagerung einfach möglich, weil entsprechende Rechenkapazität leicht bereitgestellt werden kann. Bei Nutzung der Batterie ist die Berechnung auch leicht möglich, weil in der Ruhephase Steuergeräte wie etwa das Batteriesteuergerät nicht anderweitig genutzt werden. Es kann aber auch eine Zellüberwachungseinheit der Batterie mit hinreichend Rechenkapazität ausgestattet werden, um obige Berechnungen durchzuführen.This calculation can be used for all considered battery cells 10 regardless of whether the battery cells 10 be stored or in use in a vehicle. The calculation is easily possible during storage, because appropriate computing capacity can be easily provided. When using the battery, the calculation is also easily possible because in the idle phase control devices such as the battery control unit are not used otherwise. However, it is also possible for a cell monitoring unit of the battery to be equipped with sufficient computing capacity in order to carry out the above calculations.

Weil mit der ausgeführten Berechnung bekannt ist, wie sich die Zellspannung entwickeln wird, kann sowohl in Fällen der Lagerung der Batterie als auch in Fällen der Nutzung der Batterie frühzeitig eingegriffen werden.Since it is known with the calculation carried out how the cell voltage will develop, intervention can be made early both in cases of storage of the battery and in cases of use of the battery.

Im Falle der Lagerung können anhand der Ergebnisse die Batteriezellen 10 gruppiert werden. Soll eine bestimme Spannungslage gehalten werden, so werden vorzugsweise Batteriezellen 10 mit erhöhtem Nachladungsbedarf häufiger nachgeladen, oder schon vorher stärker geladen. Umgekehrt können Batteriezellen 10, denen eine geringere Selbstentladung vorhergesagt wird, genutzt werden, indem ihnen zu einem bestimmten Zweck Energie entzogen wird, beispielsweise für den Betrieb der Spannungsüberprüfung, für eine Beleuchtung oder für Ähnliches.In the case of storage can be based on the results of the battery cells 10 be grouped. If a certain voltage level is to be maintained, it is preferable to use battery cells 10 reloaded more frequently with increased need for recharge, or even more heavily charged before. Conversely, battery cells can 10 , which are predicted to be less self-discharging, can be exploited by depriving them of energy for a particular purpose, such as the operation of the voltage check, lighting, or the like.

Im Falle der Benutzung der Batteriezellen 10 können unerwünschte Unterschiede in der Spannung präventiv mit einer konventionellen Balancingvorrichtung ausgeglichen werden (welche etwa einen festen Widerstand nutzt). Das präventive Balancing gleicht Spannungsunterschiede frühzeitig aus und berücksichtigt gleichzeitig ein mögliches Angleichen der Spannungslagen in der Zukunft. Es steht also für das Balancing ein längerer Zeitraum zur Verfügung als dann, wenn sofort auf einen gerade festgestellten Ladungsunterschied der Batteriezellen 10 reagiert werden muss. Daher können größere Widerstände verbaut werden als sie beim üblichen, nicht vorausschauenden Balancing eingesetzt werden. Es ergeben sich dadurch geringere Wärmeverluste, so dass die Balancingvorrichtung auf geringere Temperaturhübe ausgelegt werden muss, und ein geringerer Balancingstrom, auf den eine Verbindungstechnik auszulegen ist.In case of using the battery cells 10 For example, unwanted differences in voltage can be preemptively balanced with a conventional balancing device (which uses, for example, a fixed resistor). Preventive balancing compensates for voltage differences at an early stage and at the same time takes into account a possible adjustment of the voltage levels in the future. So there is a longer period available for the balancing than when, immediately on a just noted charge difference of the battery cells 10 must be reacted. Therefore, larger resistors can be installed than they are used in the usual, not anticipatory balancing. This results in lower heat losses, so that the balancing device must be designed for lower temperature strokes, and a lower balancing current, to which a connection technique is to be interpreted.

Durch die frühere Kenntnis des erwarteten Spannungsverlaufs können aber auch andere Vorrichtungen beziehungsweise Verbraucher zum Ausgleich der zu erwartenden Zellspannungsunterschiede verbaut werden. Beispielsweise könnte sich das Batteriesteuergerät gezielt aus den Batteriezellen 10 mit höherer Spannungslage versorgen. Due to the earlier knowledge of the expected voltage curve but other devices or consumers can be installed to compensate for the expected cell voltage differences. For example, the battery control unit could be targeted from the battery cells 10 provide a higher voltage level.

Das Wissen über den zukünftigen Verlauf der Selbstentladung kann ebenfalls an einen Nutzer des Fahrzeugs (wie etwa den Fahrer) weitergegeben werden. Beispielsweise kann das Fahrzeug selbst oder eine zur Benutzung des Fahrzeugs vorgesehene App eine erwartete Selbstentladung bestimmen. Basierend darauf kann dem Nutzer eine Zeit angezeigt werden, die das Fahrzeug voraussichtlich höchstens ohne Nutzung bleiben kann, wenn der Nutzer vorher einen gewünschten Rest-Ladezustand angegeben hat. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn der Fahrer sein Fahrzeug am Flughafen während eines mehrmonatigen Auslandsaufenthalts abstellen möchte und sicherstellen will, dass er nach Rückkehr noch eine gewisse Strecke mit dem Fahrzeug fahren kann.The knowledge about the future course of the self-discharge can also be passed on to a user of the vehicle (such as the driver). For example, the vehicle itself or an app intended for use of the vehicle may determine an expected self-discharge. Based on this, the user may be presented with a time that the vehicle is likely to be able to remain unused at most, if the user has previously specified a desired remaining state of charge. This is advantageous, for example, if the driver wants to leave his vehicle at the airport during a stay abroad lasting several months and wants to ensure that he can still drive a certain distance with the vehicle after returning.

Gemäß 3 kann das Verfahren bei der Lagerung der Batteriezellen 10 verwendet werden. Die Batteriezellen 10 werden an mehreren Tagen für kurze Zeit automatisiert kontaktiert und die jeweilige Spannung wird gemessen. Die an die Messeinrichtung 12 angeschlossene Recheneinrichtung 16 berechnet die zu erwartende Selbstentladung samt Konfidenzgebiet für die Zukunft. Es ergibt sich eine Zeit, zu der die Batteriezelle 10 nachgeladen werden soll, weil ein bestimmter Ladezustand, beispielsweise 50% oder 75% nicht unterschritten werden soll. Eine weitere, maschinelle Sortiereinrichtung 30 sortiert und lagert die Batteriezellen 10 entsprechend ein. Dies ist auch vorteilhaft für den späteren Verbau der Batteriezellen 10, weil sich die Batteriezellen 10 dann ähnlicher verhalten, wenn sie in der Batterie verbaut sind. Des Weiteren kann mittels einer Nachladeeinrichtung 32 (vergleiche 1) der Nachladevorgang 20 durchgeführt werden.According to 3 The procedure can be used when storing the battery cells 10 be used. The battery cells 10 are contacted on several days for a short time automatically and the respective voltage is measured. The to the measuring device 12 connected computing device 16 calculates the expected self-discharge and the confidence interval for the future. This results in a time when the battery cell 10 should be recharged, because a certain state of charge, for example, 50% or 75% should not be exceeded. Another machine sorting device 30 sorts and stores the battery cells 10 accordingly. This is also advantageous for the later installation of the battery cells 10 because of the battery cells 10 behave the same way if they are installed in the battery. Furthermore, by means of a recharging device 32 (see 1 ) the reloading process 20 be performed.

In einer weiteren Variante kann gemäß 4 der Algorithmus in einer Batterie genutzt werden. Im Ruhezustand wird von der Recheneinrichtung 16, welche Bestandteil eines entsprechend ausgelegten Batteriesteuergeräts 34 sein kann, ein Spannungswert oder mehrere (beispielsweise 2, 3, 4 oder 5) Spannungswerte pro Tag aufgezeichnet. Daraus wird auf die vorstehend beschriebene Weise die zu erwartende Selbstentladung insbesondere samt Konfidenzgebiet für die Zukunft berechnet. Dies kann auf dem Batteriesteuergerät 34, einer entsprechend ausgerüsteten Zellüberwachungseinheit oder einem anderen Steuergerät im Fahrzeug erfolgen. Die Daten können aber auch beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung an einen außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Rechner 36 übertragen werden.In a further variant, according to 4 the algorithm can be used in a battery. At rest, the computing device 16 which is part of a suitably designed battery control unit 34 can be one voltage value or several (for example 2, 3, 4 or 5) voltage values recorded per day. From this, in the manner described above, the expected self-discharge, in particular together with the confidence interval, is calculated for the future. This can be done on the battery control unit 34 , a suitably equipped cell monitoring unit or another control device in the vehicle done. However, the data can also be transmitted, for example via a mobile radio connection, to a computer arranged outside the vehicle 36 be transmitted.

Die Daten über die zu erwartende Selbstentladung der Batteriezellen 10 können auch dem Fahrer zur Verfügung gestellt werden. Dies kann beispielsweise in der Form erfolgen, dass die Anzeigeeinrichtung 38, etwa ein Display des Fahrzeugs, dem Fahrzeugnutzer anzeigt, in wievielen Tagen der Ladezustand unter einen kritischen, einstellbaren Wert von beispielsweise 10% oder 20% fällt. Der Nutzer kann vorher diesen kritischen Wert definieren. Die Anzeige kann dabei sowohl als numerische Zahl, wie auch durch ein Balkendiagramm oder eine LED-Anzeige erfolgen.The data about the expected self-discharge of the battery cells 10 can also be provided to the driver. This can be done, for example, in the form that the display device 38 , such as a display of the vehicle, indicates to the vehicle user in how many days the state of charge falls below a critical, adjustable value of, for example, 10% or 20%. The user can define this critical value in advance. The display can be done both as a numeric number, as well as by a bar graph or an LED display.

Alternativ kann dem Nutzer auf einem Smartphone 40 oder dergleichen in einer App der wie vorstehend beschrieben berechnete Wert dargestellt werden. Dies kann interaktiv gestaltet werden. Beispielsweise definiert der Nutzer einen kritischen Ladezustand oder eine Reichweite, den er oder die er für eine Fahrt benötigt, bevor er eine Ladesäule zur Verfügung hat. Das System beziehungsweise die App auf dem Smartphone 40 oder Tablet oder einem derartigen mobilen Endgerät zeigt daraufhin an, bis zu welchem Tag der Nutzer das Fahrzeug stehen lassen kann, ohne dass der Ladezustand unter den definierten Wert fällt. Alternativ kann über eine Ausgabeeinrichtung 42 ein Service-Team verständigt werden, welches bei drohender Unterschreitung des Werts die Batterie nachlädt.Alternatively, the user can on a smartphone 40 or the like in an app of the value calculated as described above. This can be designed interactively. For example, the user defines a critical state of charge or range that he or she requires for a ride before having a charging station available. The system or the app on the smartphone 40 or tablet or such a mobile terminal then indicates until which day the user can leave the vehicle, without the state of charge falls below the defined value. Alternatively, via an output device 42 A service team will be contacted, which recharges the battery in case of imminent underrun of the value.

Bei einer weiteren, anhand von 5 veranschaulichten Variante wird das Verfahren wieder in einer Batterie im Fahrzeug genutzt. Wie vorstehend beschrieben wird etwa auf einem Steuergerät, welches die Recheneinrichtung 16 aufweist, die zu erwartende Selbstentladung samt Konfidenzgebiet für die Zukunft berechnet. Damit ist ersichtlich, welche Unterschiede zwischen den Batteriezellen 10 in der Spannungslage eintreten werden. Entsprechend wird frühzeitig mittels einer Ausgleichseinrichtung 44 ein Balancing-Vorgang gestartet. Die für das Balancing vorzusehende Zeit und der nächste automatische Aufwachzeitpunkt des Steuergeräts werden bevorzugt ebenfalls mit dem beschriebenen Verfahren bestimmt. So können eine unnötige Ruhestromaufnahme und ein unnötiger Energieverlust reduziert werden. Balancing-Widerstände werden bevorzugt entsprechend dem zu erwartenden Bedarf ausgelegt.In another, based on 5 illustrated variant, the method is used again in a battery in the vehicle. As described above, for example, on a control unit, which is the computing device 16 which calculates the expected self-discharge and confidence interval for the future. This shows the differences between the battery cells 10 be in the tension. Accordingly, early by means of a balancing device 44 started a balancing process. The time to be provided for the balancing and the next automatic wake-up time of the controller are also preferably determined by the described method. Thus, an unnecessary quiescent current consumption and an unnecessary loss of energy can be reduced. Balancing resistors are preferably designed according to the expected demand.

Die berechnete zukünftige Spannungsentwicklung kann also zum Sortieren der Batterien und Batteriezellen 10 genutzt werden, wobei dann die Batteriezellen 10 voneinander verschiedenen Gruppen zugeordnet und in Abhängigkeit von der Zugehörigkeit zu einer Gruppe geladen und/oder in eine Batterie eingebaut werden. Des Weiteren können Überprüfungsintervalle der Batteriezellen 10 in Abhängigkeit von der Zuordnung zu einer jeweiligen Gruppe festgelegt werden. The calculated future voltage development can therefore be used to sort the batteries and battery cells 10 be used, in which case the battery cells 10 assigned to different groups and loaded depending on the affiliation to a group and / or installed in a battery. Furthermore, check intervals of the battery cells 10 depending on the assignment to a respective group.

Die berechnete zu erwartende Selbstentladung, insbesondere zusammen mit dem Konfidenzgebiet, kann auch für die Auslegung von Balancing-Widerständen genutzt werden und/oder für die Anzeige im Fahrzeugdisplay für den Fahrer. Des Weiteren kann die zu erwartende Zeit, bis der Ladezustand durch Selbstentladung unter einen gegebenen Wert fällt, im Fahrzeugdisplay für den Fahrer dargestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die zu erwartende Selbstentladung, insbesondere zusammen mit dem Konfidenzgebiet, zur Anzeige in der App oder zur Verständigung des Service-Teams beziehungsweise Wartungsteams genutzt werden. Auch kann die zu erwartende Zeit, bis der Ladezustand durch Selbstentladung beziehungsweise durch das Balancing unter einen gegebenen Wert fällt, in der App oder im Fahrzeugdisplay dargestellt werden.The calculated expected self-discharge, in particular together with the confidence level, can also be used for the design of balancing resistors and / or for the display in the vehicle display for the driver. Furthermore, the expected time until the state of charge drops by self-discharge below a given value can be displayed in the vehicle display for the driver. Additionally or alternatively, the expected self-discharge, in particular together with the confidence zone, can be used to display in the app or to communicate with the service team or maintenance team. Also, the expected time until the state of charge drops by self-discharge or by the balancing below a given value can be displayed in the app or in the vehicle display.

Darüber hinaus kann eine wechselnde Stromversorgung der Zellüberwachung beziehungsweise des Batteriesteuergeräts 34 aus der Batteriezelle 10 beziehungsweise den Batteriezellen 10 mit dem geringsten zu erwartenden Ladungsverlust vorgenommen werden. Und es ist eine frühzeitige Vorhersage eines durch Tiefentladung verursachten Ausfalls der Batterie unter Verwendung der zu erwartenden Selbstentladung möglich. Zudem ermöglicht das Verfahren eine dynamische Anpassung des Aufwachintervalls etwa des Batteriesteuergeräts 34 zur Spannungsüberprüfung der Batteriezellen 10 entsprechend dem vorhergesagten Spannungsverhalten.In addition, an alternating power supply of the cell monitoring or the battery control device 34 from the battery cell 10 or the battery cells 10 be made with the least expected charge loss. And it is an early prediction of a deep discharge caused by failure of the battery using the expected self-discharge possible. In addition, the method allows dynamic adjustment of the wake-up interval, such as the battery control device 34 for voltage checking of the battery cells 10 according to the predicted voltage behavior.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Batteriezellenbattery cells
1212
Messeinrichtungmeasuring device
1414
SpeicherStorage
1616
Recheneinrichtungcomputing device
1818
Berechnungcalculation
2020
Nachladevorgangreloading
2222
Messwertereadings
2424
Kreiscircle
2626
KurveCurve
2828
Konfidenzbandconfidence band
3030
Sortiereinrichtungsorter
3232
Nachladeeinrichtungreloading
3434
BatteriesteuergerätBattery control unit
3636
Rechnercomputer
3838
Anzeigeeinrichtungdisplay
4040
SmartphoneSmartphone
4242
Ausgabeeinrichtungoutput device
4444
Ausgleichseinrichtungbalancer
4646
ZeitspannePeriod of time
4848
ZeitspannePeriod of time

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010003421 A1 [0002]DE 102010003421 A1 [0002]

Claims (7)

Verfahren zum Ermitteln einer Selbstentladung einer Batterie mit wenigstens einer Batteriezelle (10), bei welchem eine Spannung der wenigstens einen Batteriezelle (10) mittels einer Messeinrichtung (12) erfasst wird, und bei welchem die Spannung beim Ermitteln der Selbstentladung der Batterie berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messeinrichtung (12) zeitlich nacheinander eine Mehrzahl von Messwerten (22) der Spannung erfasst wird, wobei die Messwerte (22) einer Recheneinrichtung (16) zugeführt werden, welche anhand der Messwerte (22) einen zumindest bereichsweise nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung der wenigstens einen Batteriezelle (10) bestimmt, wobei basierend auf dem nicht-linearen zeitlichen Verlauf der Spannung eine für wenigstens einen Zeitpunkt in der Zukunft erwartete Selbstentladung der Batterie abhängig von der Zeit vorhergesagt wird.Method for determining a self-discharge of a battery having at least one battery cell (10), in which a voltage of the at least one battery cell (10) by means of a measuring device (12) is detected, and in which the voltage is taken into account in determining the self-discharge of the battery, characterized characterized in that a plurality of measured values (22) of the voltage are detected in chronological succession by the measuring device (12), the measured values (22) being fed to a computing device (16) which, based on the measured values (22), is at least partially non-linear Determines the time course of the voltage of the at least one battery cell (10), based on the non-linear time course of the voltage is predicted for at least one time in the future expected self-discharge of the battery as a function of time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer ersten Zeitspanne (46) einer vorbestimmten Dauer, insbesondere einer Dauer von bis zu etwa 30 Tagen, die erwartete Selbstentladung basierend auf einer logarithmischen Abhängigkeit der Spannung von der Zeit bestimmt wird.Method according to Claim 1 characterized in that for at least one future time within a first time period (46) of a predetermined duration, in particular a duration of up to about 30 days, the expected self-discharge is determined based on a logarithmic dependence of the voltage on time. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen zukünftigen Zeitpunkt innerhalb einer zweiten Zeitspanne (48) einer vorbestimmten Dauer, insbesondere einer Dauer von etwa 30 Tagen bis zu etwa 160 Tagen, die erwartete Selbstentladung basierend auf einer exponentiellen Abhängigkeit der Spannung von der Zeit bestimmt wird.Method according to Claim 1 or 2 characterized in that for at least one future time within a second time period (48) of a predetermined duration, in particular a duration of about 30 days to about 160 days, the expected self-discharge is determined based on an exponential dependence of the voltage on time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Recheneinrichtung (16) vorhergesagte Selbstentladung der Batterie auf einer Anzeigeeinrichtung (38) dargestellt wird.Method according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that by means of the computing means (16) predicted self-discharge of the battery is displayed on a display device (38). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der mittels der Recheneinrichtung (16) vorhergesagten Selbstentladung der Batterie eine Wartung der Batterie durchgeführt und/oder eine Warnmeldung vor einer Tiefentladung der Batterie ausgegeben wird.Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that based on the by means of the computing means (16) predicted self-discharge of the battery performed a maintenance of the battery and / or a warning is issued before a deep discharge of the battery. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der mittels der Recheneinrichtung (16) vorhergesagten Selbstentladung Batteriezellen (10) voneinander verschiedenen Gruppen zugeordnet und in Abhängigkeit von der Zugehörigkeit zu einer Gruppe geladen und/oder in eine Batterie eingebaut werden.Method according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that based on the by means of the computing means (16) predicted self-discharge battery cells (10) assigned to each other groups and loaded depending on the membership of a group and / or installed in a battery. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der mittels der Recheneinrichtung (16) vorhergesagten Selbstentladung ein Ladungsausgleich von elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen (10) der Batterie durchgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that based on the by means of the computing means (16) predicted self-discharge, a charge equalization of electrically interconnected battery cells (10) of the battery is performed.
DE102017009448.9A 2017-10-11 2017-10-11 Method for determining a self-discharge of a battery with at least one battery cell Withdrawn DE102017009448A1 (en)

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