DE102019111976A1

DE102019111976A1 - Determining the capacity of batteries

Info

Publication number: DE102019111976A1
Application number: DE102019111976.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Baumann
Original assignee: Twaice Technologies GmbH
Current assignee: Twaice Technologies GmbH
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Es wird eine Ruhespannung (221) bei einem ersten Ladungszustand (231) der Batterie (91-96) bestimmt und es wird auch eine zweite Ruhespannung (222) bei einem zweiten Ladungszustand der Batterie (91-96) bestimmt. Außerdem wird ein Ladungsdurchsatz zwischen dem ersten Ladungszustand und dem zweiten Ladungszustand bestimmt. Ferner wird ein Alterungszustand (211, 212) der Batterie (91-96) und auch ein Referenz-Ladungsdurchsatzes (242) basierend auf der ersten Ruhespannung (221), der zweiten Ruhespannung (222) und einer Referenz-Ruhespannungskennlinie (200), die eine Abhängigkeit vom Alterungszustand (211, 212) aufweist. Schließlich wird die Kapazität basierend auf einem Vergleich zwischen dem Ladungsdurchsatz und dem Referenz-Ladungsdurchsatz bestimmt.An open-circuit voltage (221) is determined for a first state of charge (231) of the battery (91-96) and a second open-circuit voltage (222) is also determined for a second state of charge of the battery (91-96). In addition, a charge throughput between the first charge state and the second charge state is determined. Furthermore, an aging condition (211, 212) of the battery (91-96) and also a reference charge throughput (242) based on the first open-circuit voltage (221), the second open-circuit voltage (222) and a reference open-circuit voltage characteristic curve (200), which has a dependency on the aging condition (211, 212). Finally, the capacity is determined based on a comparison between the charge throughput and the reference charge throughput.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Verschiedene Beispiele der Erfindung betreffen Techniken, um eine Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie zu bestimmen. Insbesondere betreffen verschiedene Beispiele der Erfindung Techniken, um die Kapazität besonders genau unter Berücksichtigung der Alterung der Batterie zu bestimmen.Various examples of the invention relate to techniques for determining a capacity of a rechargeable battery. In particular, various examples of the invention relate to techniques for determining the capacity particularly precisely taking into account the aging of the battery.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Wiederaufladbare Batterien, beispielsweise Traktions-Batterien von Elektrofahrzeugen, weisen eine begrenzte Lebensdauer auf. Zum Beispiel kann der sogenannte Gesundheitszustand (engl. state of health, SOH) von Batterien über der Zeit abnehmen, beispielsweise als Funktion von Ladezyklen. Dies kann zum Beispiel im Zusammenhang mit dem zuverlässigen Betrieb eines entsprechenden Batterie-getriebenen Geräts problematisch sein. Der SOH ist typischerweise im Zusammenhang mit Kapazität und Impedanz einer Batterie bestimmt.Rechargeable batteries, for example traction batteries in electric vehicles, have a limited life. For example, the so-called state of health (SOH) of batteries can decrease over time, for example as a function of charging cycles. This can be problematic, for example, in connection with the reliable operation of a corresponding battery-powered device. The SOH is typically determined in connection with the capacity and impedance of a battery.

Es sind Techniken bekannt, um die Kapazität der Batterie zu bestimmen. Beispielsweise kann eine solche Bestimmung durch ein Batteriemanagementsystem (BMS) der Batterie erfolgen. Siehe zum Beispiel M. Einhorn et al., „A Method for Online Capacity Estimation of Lithium Ion Battery Cells using the State of Charge and the Transferred Charge“, IEEE ICSET 2010, 6.-9. Dezember 2010, Kandy, Sri Lanka .Techniques are known for determining the capacity of the battery. For example, such a determination can be made by a battery management system (BMS) of the battery. See for example M. Einhorn et al., “A Method for Online Capacity Estimation of Lithium Ion Battery Cells using the State of Charge and the Transferred Charge”, IEEE ICSET 2010, 6-9. December 2010, Kandy, Sri Lanka .

Solche vorbekannten Techniken weisen jedoch bestimmte Einschränkungen und Nachteile auf. Beispielsweise kann manchmal die Genauigkeit, mit der die Kapazität der Batterie bestimmt werden kann, begrenzt sein.However, such prior art techniques have certain limitations and disadvantages. For example, the accuracy with which the capacity of the battery can be determined can sometimes be limited.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Deshalb besteht ein Bedarf für verbesserte Techniken zur Bestimmung einer Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie. Insbesondere besteht ein Bedarf für Techniken, welche es ermöglichen, die Kapazität besonders genau zu bestimmen.Therefore, there is a need for improved techniques for determining a capacity of a rechargeable battery. In particular, there is a need for techniques which make it possible to determine the capacity particularly precisely.

Diese Aufgabe wird gelöst von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Die Merkmale der abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.This object is achieved by the features of the independent patent claims. The features of the dependent claims define embodiments.

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer Batterie umfasst das Bestimmen einer ersten Ruhespannung bei einem ersten Ladungszustand der Batterie. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen einer zweiten Ruhespannung bei einem zweiten Ladungszustand der Batterie. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen eines Ladungsdurchsatzes zwischen dem ersten Ladungszustand und dem zweiten Ladungszustand. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines Alterungszustands der Batterie sowie das Bestimmen eines Referenz-Ladungsdurchsatzes basierend auf der ersten Ruhespannung, der zweiten Ruhespannung und einer Referenz-Ruhespannungskennlinie. Die Referenz-Ruhespannungskennlinie weist dabei eine Abhängigkeit vom Alterungszustand auf. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen der Kapazität der Batterie basierend auf einem Vergleich zwischen dem Ladungsdurchsatz und dem Referenz-Ladungsdurchsatz.A method for determining a capacity of a battery comprises determining a first open-circuit voltage when the battery is in a first state of charge. The method also includes determining a second open-circuit voltage in the case of a second state of charge of the battery. The method further comprises determining a charge throughput between the first charge state and the second charge state. The method also includes determining an aging condition of the battery and determining a reference charge throughput based on the first open-circuit voltage, the second open-circuit voltage and a reference open-circuit voltage characteristic. The reference no-load voltage characteristic curve is dependent on the state of aging. The method also includes determining the capacity of the battery based on a comparison between the charge flow rate and the reference charge flow rate.

Ein computerlesbares Speichermedium oder ein Computerprogramm oder ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcode, der von einem Prozessor ausgeführt werden kann. Wenn der Prozessor den Programmcode ausführt, bewirkt dies, dass der Prozessor ein Verfahren zum Bestimmen einer Kapazität einer Batterie ausführt. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer ersten Ruhespannung bei einem ersten Ladungszustand der Batterie sowie das Bestimmen einer zweiten Ruhespannung bei einem zweiten Ladungszustand der Batterie sowie das Bestimmen eines Ladungsdurchsatzes zwischen dem ersten Ladungszustand und dem zweiten Ladungszustand. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines Alterungszustands der Batterie sowie das Bestimmen eines Referenz-Ladungsdurchsatzes basierend auf der ersten Ruhespannung, der zweiten Ruhespannung und einer Referenz-Ruhespannungskennlinie, welche eine Abhängigkeit vom Alterungszustand aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der Kapazität basierend auf einem Vergleich zwischen dem Ladungsdurchsatz und dem Referenz-Ladungsdurchsatz.A computer-readable storage medium or a computer program or a computer program product comprises program code that can be executed by a processor. When the processor executes the program code, it causes the processor to execute a method of determining a capacity of a battery. The method comprises determining a first open-circuit voltage for a first state of charge of the battery and determining a second open-circuit voltage for a second state of charge of the battery and determining a charge throughput between the first state of charge and the second state of charge. The method also includes determining an aging state of the battery and determining a reference charge throughput based on the first open-circuit voltage, the second open-circuit voltage and a reference open-circuit voltage characteristic curve which is dependent on the aging state. The method further comprises determining the capacity based on a comparison between the charge throughput and the reference charge throughput.

Ein Gerät umfasst einen Prozessor. Dieser ist eingerichtet, um Programmcode aus einem Speicher zu laden und diesen auszuführen. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der Prozessor ein Verfahren wie obenstehend beschrieben ausführt.A device includes a processor. This is set up to load program code from a memory and to execute it. Execution of the program code causes the processor to carry out a method as described above.

Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The features set out above and features which are described below can be used not only in the corresponding explicitly set out combinations, but also in further combinations or in isolation without departing from the scope of protection of the present invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

1 schematically illustrates a system including multiple batteries and a server according to various examples.
2 illustrates details of a battery according to various examples.
3 illustrates details of a server according to various examples.
4th illustrates an open-circuit voltage characteristic curve of a battery, which has a dependency on an aging state of the battery, according to various examples.
5 Figure 3 is a flow diagram of an exemplary method.
6th illustrates a charging process and associated intercalation potentials of a battery according to various examples.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.The properties, features and advantages of this invention described above and the manner in which they are achieved will become clearer and more clearly understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawings.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.The present invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the drawings. In the figures, the same reference symbols denote the same or similar elements. The figures are schematic representations of various embodiments of the invention. Elements shown in the figures are not necessarily shown to scale. Rather, the various elements shown in the figures are shown in such a way that their function and general purpose can be understood by a person skilled in the art. Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as indirect connections or couplings. A connection or coupling can be implemented in a wired or wireless manner. Functional units can be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.

Nachfolgend werden Techniken im Zusammenhang mit der Charakterisierung von wiederaufladbaren Batterien beschrieben. Die hierin beschriebenen Techniken können im Zusammenhang mit unterschiedlichsten Typen von Batterien eingesetzt werden, beispielsweise im Zusammenhang mit Batterien auf Lithium-Ionen-Basis, wie z.B. Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid-Batterien oder Lithium-Manganoxid-Batterien.Techniques related to characterizing rechargeable batteries are described below. The techniques described herein can be used in connection with a wide variety of types of batteries, for example in connection with lithium-ion-based batteries, e.g. Lithium-nickel-manganese-cobalt oxide batteries or lithium-manganese oxide batteries.

Die hierin beschriebenen Batterien können in unterschiedlichen Anwendungsgebieten eingesetzt werden, beispielsweise für Batterien die in Geräten wie Kraftfahrzeugen oder Drohnen oder tragbaren elektronischen Geräten wie etwa Mobilfunkgeräte eingesetzt werden. Es wäre auch denkbar, die hierin beschriebenen Batterien in Form von stationären Energiespeichern einzusetzen.The batteries described herein can be used in different areas of application, for example for batteries that are used in devices such as motor vehicles or drones or portable electronic devices such as mobile radio devices. It would also be conceivable to use the batteries described here in the form of stationary energy stores.

Die hierin beschriebenen Techniken ermöglichen es, die Kapazität der Batterie zu bestimmen. Die Kapazität kann die maximal speicherbare Ladungsmenge der Batterie beschreiben. Zum Beispiel kann die Kapazität dazu verwendet werden, um den SOH der Batterie besonders genau zu bestimmen.The techniques described herein make it possible to determine the capacity of the battery. The capacity can describe the maximum amount of charge that the battery can store. For example, the capacity can be used to determine the SOH of the battery particularly precisely.

Als allgemeine Regel nimmt der SOH für zunehmende Alterung der Batterie ab. Eine zunehmende Alterung kann vorliegen, wenn die Kapazität der Batterie abnimmt und/oder wenn die Impedanz der Batterie zunimmt.As a general rule, the SOH will decrease as the battery ages. Increasing aging can occur if the capacity of the battery decreases and / or if the impedance of the battery increases.

Als allgemeine Regel können die hierin beschriebenen Techniken zur Bestimmung der Kapazität beispielsweise durch ein Managementsystem der Batterie implementiert werden. Es wäre aber auch möglich, dass die hierin beschriebenen Techniken durch eine Onboard-Einheit, die in Kommunikationsverbindung mit dem Managementsystem steht, bestimmt werden. In manchen Beispielen wäre es auch möglich, dass die Kapazität Server-seitig bestimmt wird. Zum Beispiel kann eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Gerät, welches die Batterie und ein oder mehrere Managementsysteme umfasst und dem Server hergestellt werden. Dann können entsprechende Daten an den Server übertragen werden.As a general rule, the techniques described herein for determining capacity can be implemented, for example, by a management system of the battery. However, it would also be possible for the techniques described here to be determined by an onboard unit that is in communication with the management system. In some examples it would also be possible for the capacity to be determined on the server side. For example, a communication link can be established between a device that includes the battery and one or more management systems and the server. The corresponding data can then be transmitted to the server.

Verschiedene hierin beschriebene Beispiel beruhen auf einer Technik gemäß M. Einhorn et al., „A Method for Online Capacity Estimation of Lithium Ion Battery Cells using the State of Charge and the Transferred Charge“, IEEE ICSET 2010, 6.-9. Dezember 2010, Kandy, Sri Lanka . Dabei kann eine Korrelation von zwei Punkten einer Referenz-Ruhespannungskennlinie (nachfolgend einfach kurz Ruhespannungskennlinie) mit einem dazugehörigen Ladungsdurchsatz durchgeführt werden. Die Ruhespannungskennlinie könnte z.B. aus einer Labormessung bestimmt werden. Wenn sich die Kapazität der Batterie aufgrund fortschreitender Alterung verringert, nimmt der Ladungsdurchsatz zwischen zwei Ruhespannungen auch ab. Diese Abnahme des Ladungsdurchsatzes zwischen zwei Ruhespannungen kann dazu verwendet werden, um die Kapazität der Batterie zu bestimmen.Various examples described herein are based on a technique in accordance with M. Einhorn et al., “A Method for Online Capacity Estimation of Lithium Ion Battery Cells using the State of Charge and the Transferred Charge”, IEEE ICSET 2010, 6-9. December 2010, Kandy, Sri Lanka . A correlation of two points of a reference open-circuit voltage characteristic curve (hereinafter simply open-circuit voltage characteristic curve for short) can be carried out with an associated charge throughput. The open-circuit voltage characteristic could, for example, be determined from a laboratory measurement. If the capacity of the battery decreases due to increasing aging, the charge throughput between two open-circuit voltages also decreases. This decrease in the charge throughput between two open-circuit voltages can be used to determine the capacity of the battery.

Dabei beruhen verschiedene hierin beschriebene Techniken auf der Erkenntnis, dass es in einem solchen Fall erstrebenswert sein kann, die Änderung der Ruhespannungskennlinie (das heißt der Ruhespannung als Funktion des Ladungszustands, SOC) als Funktion der Alterung der Batterie zu berücksichtigen. In verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen wird deshalb in einem ersten Schritt der Alterungszustand der Batterie unabhängig von der Bestimmung der Kapazität der Batterie bestimmt; und anschließend ein Referenz-Ladungsdurchsatz in Abhängigkeit einer Referenz-Ruhespannungskennlinie, die eine Abhängigkeit von diesem Alterungszustand aufweist, bestimmt. Dann kann in einem zweiten Schritt die Kapazität basierend auf einem Vergleich zwischen dem gemessenen Ladungsdurchsatz und dem Referenz-Ladungsdurchsatz bestimmt werden. Dabei wird dann die Änderung der Ruhespannungskennlinie mit fortschreitender Alterung berücksichtigt und es können im Allgemeinen genauere Ergebnisse für die Kapazität erhalten werden.Various techniques described herein are based on the knowledge that in such a case it may be desirable to take into account the change in the open-circuit voltage characteristic curve (i.e. the open-circuit voltage as a function of the state of charge, SOC) as a function of the aging of the battery. In various examples described herein, the aging state of the battery is therefore independent of in a first step determining the capacity of the battery; and then a reference charge throughput is determined as a function of a reference no-load voltage characteristic curve which is dependent on this state of aging. Then, in a second step, the capacity can be determined based on a comparison between the measured charge throughput and the reference charge throughput. The change in the open-circuit voltage characteristic curve with advancing aging is then taken into account and, in general, more precise results can be obtained for the capacitance.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen Änderung der Ruhespannungskennlinie als Funktion der Alterung der Batterie, könnte die Änderung der Ruhespannungskennlinie als Funktion der Temperatur der Batterie - etwa beim entsprechenden Entladungsvorgang oder in der Ruhephase - berücksichtigt werden.As an alternative or in addition to such a change in the open-circuit voltage characteristic as a function of the aging of the battery, the change in the open-circuit voltage characteristic could be taken into account as a function of the temperature of the battery - for example during the corresponding discharge process or in the rest phase.

Als allgemeine Regel gibt es dabei unterschiedliche Möglichkeiten, die Ruhespannungskennlinie - die verwendet wird, um den Referenz-Ladungsdurchsatz zu bestimmen - zu hinterlegen. Zum Beispiel könnte eine Nachschlagetabelle verwendet werden oder aber auch eine parametrisierte Funktion, etwa eine Polynomfunktion, siehe zum Beispiel L. Lavigne et al., „Lithium-ion Open Circuit Voltage (OCV) curve modelling and its ageing adjustment“, Journal of Power Sources, 324 (2016) 694-703 . Die Verwendung einer parametrisierten Funktion kann eine besonders recheneffiziente Bestimmung der Kapazität ermöglichen.As a general rule, there are different ways of storing the no-load voltage characteristic - which is used to determine the reference charge throughput. For example, a look-up table could be used or else a parameterized function, such as a polynomial function, see for example L. Lavigne et al., "Lithium-ion Open Circuit Voltage (OCV) curve modeling and its aging adjustment", Journal of Power Sources, 324 (2016) 694-703 . The use of a parameterized function can enable a particularly computationally efficient determination of the capacity.

Als allgemeine Regel können unterschiedliche Techniken eingesetzt werden, um den Alterungszustand der Batterie, mit welchem dann die Ruhespannungskennlinie angepasst wird, zu bestimmen. In einem Beispiel könnten in diesem Zusammenhang Ladungsvorgänge der Batterie überwacht werden und ein oder mehrere Eigenschaften von Interkalationspotenzialen bestimmt werden, basierend auf diesem Überwachen der Ladungsvorgänge. Zum Beispiel könnte ein Abstand oder eine Breite von Interkalationspotenzialen in einem inkrementellen Kapazitätsspektrum (Ableitung der Ruhespannung nach der Ladung) bestimmt werden. Dann wäre es möglich, dass der Alterungszustand basierend auf den ein oder mehreren Eigenschaften der Interkalationspotenziale bestimmt wird. Ein andere Beispiel umfasst die Verwendungen eines maschinen-gelernten (ML) Algorithmus. Der ML Algorithmus kann z.B. als Eingabe eine Entladungskurve der Batterie erhalten, z.B. während dem normalen Betrieb; als Ausgabe kann der ML Algorithmus den Alterungszustand ausgeben. Der ML Algorithmus kann mit Labor-Trainingsdaten trainiert werden. In einem weiteren Beispiel für die Bestimmung des Alterungszustands kann z.B. das Widerstandsverhalten der Batterie - also z.B. Wechselstromwiderstand oder Gleichstromwiderstand - ausgewertet werden, etwa als Funktion der Zeit. Dazu kann z.B. ein Ersatzschaltkreismodell parametrisiert werden. In noch einem weiteren Beispiel für die Bestimmung des Alterungszustands kann das Relaxationsverhalten der Batterie ausgewertet werden. Das bedeutet, dass z.B. überprüft werden kann, mit welcher Zeitkonstante und/oder mit welchem Verlauf die Zellspannung er Batterie nach Abschluss einer Belastungsphase in die Ruhespannung übergeht. Schließlich kann in noch einem weiteren Beispiel für die Bestimmung des Alterungszustands der Verlauf des Ladevorgangs überwacht werden. Dabei kann beispielsweise überprüft werden, in welchem Verhältnis der sog. constant current (CC) und der constant voltage (CV) Teil des Ladungsvorgangs steht. Es kann z.B. überprüft werden, wie lange der CV-Anteil des Ladungsvorgangs persistent ist.As a general rule, different techniques can be used to determine the aging condition of the battery, with which the open-circuit voltage characteristic is then adapted. In one example, charging processes of the battery could be monitored in this connection and one or more properties of intercalation potentials could be determined based on this monitoring of the charging processes. For example, a distance or a width of intercalation potentials could be determined in an incremental capacitance spectrum (derivation of the open-circuit voltage according to the charge). It would then be possible for the aging condition to be determined based on the one or more properties of the intercalation potentials. Another example includes the uses of a machine learned (ML) algorithm. The ML algorithm can e.g. receive as input a discharge curve of the battery, e.g. during normal operation; The ML algorithm can output the aging status as output. The ML algorithm can be trained with laboratory training data. In a further example for the determination of the aging condition, e.g. the resistance behavior of the battery - e.g. AC resistance or DC resistance - can be evaluated, for example as a function of time. For this purpose, e.g. an equivalent circuit model can be parameterized. In yet another example for determining the state of aging, the relaxation behavior of the battery can be evaluated. This means that e.g. it can be checked with what time constant and / or with what curve the cell voltage of the battery changes to the idle voltage after the end of a load phase. Finally, in yet another example, the course of the charging process can be monitored for determining the aging condition. For example, it can be checked in which ratio the so-called constant current (CC) and the constant voltage (CV) part of the charging process are. It can e.g. it can be checked how long the CV part of the charging process is persistent.

1 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit einem System 80. Das System 80 umfasst einen Server 81, der mit einer Datenbank 82 verbunden ist. Außerdem umfasst das System 80 Kommunikationsverbindungen 49 zwischen dem Server 81 und jeder von mehreren Batterien 91-96. Die Kommunikationsverbindungen 49 könnten zum Beispiel über ein Mobilfunknetzwerk implementiert werden. 1 illustrates aspects related to a system 80 . The system 80 includes a server 81 who is using a database 82 connected is. The system also includes 80 Communication links 49 between the server 81 and each of several batteries 91-96 . The communication links 49 could for example be implemented over a cellular network.

In 1 ist beispielhaft illustriert, dass die Batterien 91-96 über die Kommunikationsverbindungen 49 Zustandsdaten 41 an den Server 81 senden können. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Zustandsdaten 41 indikativ für ein oder mehrere Betriebswerte der jeweiligen Batterie 91-96 sind.In 1 is exemplified that the batteries 91-96 via the communication links 49 Status data 41 to the server 81 can send. For example, it would be possible that the status data 41 indicative of one or more operating values of the respective battery 91-96 are.

Als allgemeine Regel können Betriebswerte zum Beispiel indikativ für den Ist-Wert des SOH der jeweiligen Batterie 91-96 sein. Die Betriebswerte können also zum Beispiel indikativ für Messwerte der Batterien 91-96 sein, aus denen die Kapazität der jeweiligen Batterie 91-96 bestimmt werden kann, also z.B. für ein oder mehrere Ruhespannungen, einen Entladungsvorgang, einen Ladungsvorgang, Strom-Spannungskennlinien, usw..As a general rule, operating values can, for example, be indicative of the actual value of the SOH of the respective battery 91-96 his. The operating values can, for example, be indicative of measured values from the batteries 91-96 be making up the capacity of each battery 91-96 can be determined, e.g. for one or more open-circuit voltages, a discharge process, a charge process, current-voltage characteristics, etc.

In 1 ist auch illustriert, dass der Server 81 über die Kommunikationsverbindungen 49 in manchen Beispielen Steuerdaten 42 an die Batterien 91-96 senden kann. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Steuerdaten 42 ein oder mehrere Betriebsgrenzen für den zukünftigen Betrieb der jeweiligen Batterie 91-96 indizieren. Zum Beispiel könnten die Steuerdaten ein oder mehrere Steuerparameter für ein Thermomanagement der jeweiligen Batterie 91-96 und/oder ein Lademanagement der jeweiligen Batterie 91-96 indizieren. Durch Verwendung der Steuerdaten 42 kann der Server 81 also den Betrieb der Batterien 91-96 beeinflussen bzw. steuern. Diese Steuerung könnte z.B. in Abhängigkeit der Kapazität der jeweiligen Batterie 91-96 erfolgen, etwa um alterungsbedingte Einflüsse zu mildern.In 1 is also illustrated that the server 81 via the communication links 49 in some examples control data 42 to the batteries 91-96 can send. For example, it would be possible that the tax data 42 one or more operating limits for the future operation of the respective battery 91-96 index. For example, the control data could be one or more control parameters for thermal management of the respective battery 91-96 and / or charge management for the respective battery 91-96 index. By using the tax data 42 can the server 81 so the operation of the batteries 91-96 influence or control. This control could, for example, depend on the capacity the respective battery 91-96 take place, for example, to mitigate age-related influences.

In 1 ist außerdem für jede der Batterien 91-96 schematisch der jeweilige SOH 99 illustriert. Als allgemeine Regel kann der SOH 99 einer Batterie 91-96 je nach Implementierung ein oder mehrere unterschiedliche Kenngrößen umfassen. Typische Kenngrößen des SOH 99 können beispielsweise sein: elektrische Kapazität, d. h. die maximal mögliche gespeicherte Ladung; und/oder elektrische Impedanz, d. h. der Frequenzgang des Widerstands bzw. Wechselstromwiderstand als Verhältnis zwischen elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke. Die elektrische Impedanz kann alternativ oder hinsichtlich auch durch den Gleichstrom-Innenwiderstand für eine gewisse Belastungsdauer charakterisiert sein.In 1 is also for each of the batteries 91-96 schematically the respective SOH 99 illustrated. As a general rule, the SOH 99 a battery 91-96 include one or more different parameters depending on the implementation. Typical parameters of the SOH 99 can be, for example: electrical capacity, ie the maximum possible stored charge; and / or electrical impedance, ie the frequency response of the resistance or alternating current resistance as the ratio between electrical voltage and electrical current strength. The electrical impedance can alternatively or with regard to also be characterized by the direct current internal resistance for a certain load duration.

In den verschiedenen hierin beschriebenen Beispielen ist es möglich, dass die Kapazität der verschiedenen Batterien 91-96 durch den Server 81, beispielsweise basierend auf den Zustandsdaten 41, bestimmt wird. Es wäre aber auch möglich, dass die Kapazität der verschiedenen Batterien 91-96 durch ein oder mehrere Managementsysteme lokal bei den Batterien 91-96 bestimmt wird; und anschließend optional an den Server 81 berichtet wird.In the various examples described herein, it is possible that the capacity of the various batteries 91-96 through the server 81 , for example based on the status data 41 , is determined. But it would also be possible that the capacity of the different batteries 91-96 by one or more management systems locally at the batteries 91-96 is determined; and then optionally to the server 81 is reported.

2 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit den Batterien 91-96. Die Batterien 91-96 sind mit einem jeweiligen Gerät 69 gekoppelt. Dieses Gerät wird durch elektrische Energie aus der jeweiligen Batterie 91-96 getrieben. 2 illustrates aspects related to batteries 91-96 . The batteries 91-96 are with a respective device 69 coupled. This device is powered by electrical energy from the respective battery 91-96 driven.

Die Batterien 91-96 umfassen bzw. sind assoziiert mit ein oder mehreren Managementsysteme 61, z.B. ein BMS oder eine andere Steuerlogik wie eine on-boardunit im Falle eines Fahrzeugs. Das Managementsystem 61 kann zum Beispiel durch Software auf einem CPU implementiert sein. Alternativ oder zusätzlich könnte zum Beispiel ein Applikations-spezifischer Schaltkreis (ASIC) oder ein Feldprogrammierbares gated array (FPGA) verwendet werden. Das Managementsystem 61 kann z.B. einen Speicher und einen Prozessor umfassen. Zum Beispiel kann Programmcode im Speicher gespeichert sein und vom Prozessor geladen werden. Der Prozessor kann dann den Programmcode ausführen. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der Prozessor ein oder mehrere der folgenden Prozesse ausführt, wie sie im Zusammenhang mit den verschiedenen Beispielen hierin im Detail beschrieben sind: Charakterisierung der jeweiligen Batterie 91-96; Bestimmen der Kapazität für die jeweilige Batterie 91-96 etwa basierend auf Sensordaten die von der jeweiligen Batterie 91-96 erhalten werden.The batteries 91-96 include or are associated with one or more management systems 61 , e.g. a BMS or another control logic such as an on-board unit in the case of a vehicle. The management system 61 can for example be implemented by software on a CPU. Alternatively or additionally, for example, an application-specific circuit (ASIC) or a field-programmable gated array (FPGA) could be used. The management system 61 can for example comprise a memory and a processor. For example, program code can be stored in memory and loaded by the processor. The processor can then execute the program code. The execution of the program code causes the processor to carry out one or more of the following processes, as described in detail in connection with the various examples herein: Characterization of the respective battery 91-96 ; Determine the capacity for the respective battery 91-96 e.g. based on sensor data from the respective battery 91-96 can be obtained.

Die Batterien 91-96 könnten z.B. über ein Bussystem mit dem Managementsystem 61 kommunizieren. Die Batterien 91-96 umfassen auch eine Kommunikationsschnittstelle 62. The batteries 91-96 could for example be connected to the management system via a bus system 61 communicate. The batteries 91-96 also include a communication interface 62 .

Das Managementsystem 61 kann über die Kommunikationsschnittstelle 62 eine Kommunikationsverbindung 49 mit dem Server 81 aufbauen.The management system 61 can be via the communication interface 62 a communication link 49 with the server 81 build up.

Während in 2 das Managementsystem 61 separat von den Batterien 91-96 gezeichnet ist (wie das z.B. für eine onboard-Einheit der Fall wäre), wäre es in anderen Beispielen auch möglich, dass das Managementsystem 61 Teil der Batterien 91-96 ist.While in 2 the management system 61 separate from the batteries 91-96 is drawn (as would be the case for an onboard unit, for example), it would also be possible in other examples that the management system 61 Part of the batteries 91-96 is.

Außerdem umfassen die Batterien 91-96 ein oder mehrere Batterieblöcke 63. Jeder Batterieblock 63 umfasst typischerweise eine Anzahl von parallel geschalteten und/oder seriell geschalteten Batteriezellen. Dort kann elektrische Energie gespeichert werden.Also include the batteries 91-96 one or more battery blocks 63 . Any battery pack 63 typically comprises a number of battery cells connected in parallel and / or in series. Electrical energy can be stored there.

Typischerweise kann das Managementsystem 61 auf ein oder mehrere Sensoren in den ein oder mehreren Batterieblöcken 63 zurückgreifen. Die Sensoren können zum Beispiel den Stromfluss und/oder die Spannung in zumindest einigen der Batteriezellen messen. Die Sensoren können alternativ oder zusätzlich auch andere Größen im Zusammenhang mit zumindest einigen der Batteriezellen messen, beispielsweise Temperatur, Volumen, Druck, etc. Das Managementsystem 61 kann dann eingerichtet sein, um auf Grundlage von ein oder mehreren solchen Messwerten von Sensoren einen aktuellen SOH 99 für die jeweilige Batterie 91-96 bzw. optional auch für individuelle Batterieblöcke zu bestimmen, d. h. also zum Beispiel die elektrische Kapazität und/oder die elektrische Impedanz der Batterie zu bestimmen und in Form von Betriebsdaten an den Server 81 zu senden. Es könnten auch Messwerte, etwa Ladungsdurchsatz oder Ruhespannungen etc., an den Server 81 gesendet werden.Typically the management system 61 on one or more sensors in the one or more battery blocks 63 To fall back on. For example, the sensors can measure the current flow and / or the voltage in at least some of the battery cells. As an alternative or in addition, the sensors can also measure other variables in connection with at least some of the battery cells, for example temperature, volume, pressure, etc. The management system 61 can then be set up to determine a current SOH on the basis of one or more such measured values from sensors 99 for the respective battery 91-96 or optionally also for individual battery blocks to be determined, ie for example to determine the electrical capacity and / or the electrical impedance of the battery and in the form of operating data to the server 81 to send. Measured values, such as charge throughput or open circuit voltages, etc., could also be sent to the server 81 be sent.

3 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit dem Server 81. Der Server 81 umfasst einen Prozessor 51 sowie einen Speicher 52. Der Speicher 52 kann ein flüchtiges Speicherelement und/oder ein nicht-flüchtiges Speicherelement umfassen. Außerdem umfasst der Server 81 auch eine Kommunikationsschnittstelle 53. Der Prozessor 51 kann über die Kommunikationsschnittstelle 53 eine Kommunikationsverbindung 49 mit jeder der Batterien 91-96 und der Datenbank 82 aufbauen. 3 illustrates aspects related to the server 81 . The server 81 includes a processor 51 as well as a memory 52 . The memory 52 may comprise a volatile memory element and / or a non-volatile memory element. The server also includes 81 also a communication interface 53 . The processor 51 can be via the communication interface 53 a communication link 49 with each of the batteries 91-96 and the database 82 build up.

Zum Beispiel kann Programmcode im Speicher 52 gespeichert sein und vom Prozessor 51 geladen werden. Der Prozessor 51 kann dann den Programmcode ausführen. Das Ausführen des Programmcodes bewirkt, dass der Prozessor 51 ein oder mehrere der folgenden Prozesse ausführt, wie sie im Zusammenhang mit den verschiedenen Beispielen hierin im Detail beschrieben sind: Charakterisierung von Batterien 91-96; Bestimmen der Kapazität für eine oder mehrere der Batterien 91-96, beispielsweise basierend auf Betriebswerten die von den entsprechenden Batterien 91-96 über die Kommunikationsverbindung als Zustandsdaten 41 empfangen werden.For example, program code can be in memory 52 stored and from the processor 51 Loading. The processor 51 can then execute the program code. Executing the program code causes the processor 51 Performs one or more of the following processes, as used in connection with the various examples described in detail herein are: Characterization of batteries 91-96 ; Determine the capacity for one or more of the batteries 91-96 , for example based on operating values from the corresponding batteries 91-96 via the communication link as status data 41 be received.

4 illustriert Aspekte im Zusammenhang mit der Ruhespannungskennlinie 200. Die Ruhespannungskennlinie 200 wird dazu verwendet, um die Kapazität einer Batterie 91-96 zu bestimmen. Die Ruhespannungskennlinie 200 kann als Referenz in einem Speicher hinterlegt sein, etwa in einem Speicher des Managementsystems 61 (vgl. 2) oder im Speicher 52 des Servers 81 (vgl. 3). 4th illustrates aspects related to the open-circuit voltage characteristic 200 . The open-circuit voltage characteristic 200 is used to increase the capacity of a battery 91-96 to determine. The open-circuit voltage characteristic 200 can be stored as a reference in a memory, for example in a memory of the management system 61 (see. 2 ) or in memory 52 of the server 81 (see. 3 ).

Dabei ist in 4, oben, die Ruhespannungskennlinie 200 für die Ladung (Absolutwert) dargestellt. In 4, unten, ist die Ruhespannungskennlinie 200 für den Ladungszustand (SOC, relativ definiert) dargestellt.In 4th , above, the no-load voltage characteristic 200 for the charge (absolute value). In 4th , below, is the no-load voltage characteristic 200 for the state of charge (SOC, relatively defined).

Insbesondere ist in 4 die Ruhespannungskennlinie 200 für einen ersten Alterungszustand 211 sowie einen zweiten Alterungszustand 212 der Batterie 91-96 illustriert. Der Alterungszustand 211 entspricht einem geringeren Alterungswert der Batterie 91-96 als der Alterungszustand 212. Dies bedeutet zum Beispiel, dass die Ruhespannungskennlinie 200 für den Alterungswert 211 kurz nach Inbetriebnahme der Batterie 91-96 erhalten werden könnte; und die Ruhespannungskennlinie 200 für den Alterungszustand 212 nach einer gewissen Zeitdauer des Betriebs der Batterie 91-96, d.h., z. B. nach 500 oder 1.000 Lade-/Entladezyklen.In particular, in 4th the no-load voltage characteristic 200 for a first state of aging 211 and a second aging condition 212 the battery 91-96 illustrated. The state of aging 211 corresponds to a lower aging value of the battery 91-96 than the state of aging 212 . This means, for example, that the open-circuit voltage characteristic 200 for the aging value 211 shortly after commissioning the battery 91-96 could be obtained; and the no-load voltage characteristic 200 for the state of aging 212 after a period of battery operation 91-96 , ie, e.g. B. after 500 or 1,000 charge / discharge cycles.

In 4 ist auch der Ladungsdurchsatz für zwei Ruhespannungen 221, 222 illustriert (es ist jeweils auf entnommene Ladung referenziert, daher nimmt die Ruhespannung ab). Insbesondere ist der Ladungsdurchsatz 241 zwischen den Ruhespannungen 221, 222 für die Ruhespannungskennlinie 200 im Alterungszustand 211 illustriert; sowie der Ladungsdurchsatz 242 zwischen den Ruhespannungen 221, 222 für den Alterungszustand 212. Aus einem Vergleich der Ladungsdurchsätze 241, 242 ist ersichtlich, dass sich eine signifikante Abweichung in Abhängigkeit vom Alterungszustand ergibt. Das bedeutet, dass - je nach Alterungszustand - ein anderer Ladungsdurchsatz zwischen zwei Ruhespannungen 221, 222 zu erwarten ist.In 4th is also the charge throughput for two open-circuit voltages 221 , 222 illustrated (it is referenced to the withdrawn charge, so the rest voltage decreases). In particular is the charge throughput 241 between rest tensions 221 , 222 for the no-load voltage characteristic 200 in the state of aging 211 illustrated; as well as the charge throughput 242 between rest tensions 221 , 222 for the state of aging 212 . From a comparison of the charge throughputs 241 , 242 it can be seen that there is a significant deviation depending on the state of aging. This means that - depending on the state of aging - a different charge throughput between two open-circuit voltages 221 , 222 is to be expected.

Gemäß verschiedener Beispiele wird dies bei der Bestimmung eines Referenz-Ladungsdurchsatzes zur Bestimmung der Kapazität der jeweiligen Batterie 91-96 berücksichtigt. Details hierzu sind im Zusammenhang mit dem Flussdiagram der 5 beschrieben.According to various examples, this is used when determining a reference charge throughput for determining the capacity of the respective battery 91-96 considered. Details on this can be found in connection with the flow diagram of 5 described.

5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens. Zum Beispiel könnte das Verfahren gemäß 5 von einem Managementsystem 61, das lokal bei den Batterien 91-96 angeordnet ist, ausgeführt werden. Es wäre aber auch möglich, dass das Verfahren gemäß 5 vom Server 81, insbesondere vom Prozessor 51, ausgeführt wird (vergleiche 2 und 3). In manchen Beispielen könnten auch manche Blöcke von 5 lokal auf dem Managementsystem 61 ausgeführt werden und andere Blöcke aus 5 Server-seitig beim Server 81 ausgeführt werden. 5 Figure 3 is a flow diagram of an exemplary method. For example, the procedure according to 5 from a management system 61 that is local to the batteries 91-96 is arranged to be executed. But it would also be possible that the method according to 5 from the server 81 , especially from the processor 51 , is executed (compare 2 and 3 ). In some examples, some blocks of 5 locally on the management system 61 and other blocks 5 On the server side at the server 81 are executed.

Das Verfahren beginnt in Block 1001. Das Verfahren aus 5 dient der Bestimmung einer Kapazität einer Batterie 91-96. Dazu umfasst das Verfahren in 5 zwei Stränge 1051, 1052. Der Strang 1051 dient der Bestimmung eines Ladungsdurchsatzes zwischen zwei Betriebspunkten der Batterie, die mit unterschiedlichen Ruhespannungen 221, 222 assoziiert sind. Der Strang 1051 dient der Messung des aktuellen Batteriezustands.The process begins in block 1001 . The procedure out 5 is used to determine the capacity of a battery 91-96 . To do this, the method in 5 two strands 1051 , 1052 . The strand 1051 is used to determine a charge throughput between two operating points of the battery that have different open-circuit voltages 221 , 222 are associated. The strand 1051 is used to measure the current battery status.

Dahingegen dient der Strang 1052 der Bestimmung eines Referenz-Ladungsdurchsatzes 242 (vergleiche 4). Dies bedeutet, dass hier überprüft wird, wie das Referenzverhalten der Batterie 91-96 ist. Dies basiert auf der Ruhespannungskennlinie 200, die als Referenz hinterlegt ist.In contrast, the strand serves 1052 the determination of a reference charge throughput 242 (compare 4th ). This means that the reference behavior of the battery is checked here 91-96 is. This is based on the no-load voltage characteristic 200 that is stored as a reference.

Durch Vergleich der Messung mit der Referenz kann die Kapazität bestimmt werden.The capacitance can be determined by comparing the measurement with the reference.

Das Verfahren starten mit Block 1001 und teilt sich dann auf in den Strang 1051 und den Strang 1052. Im Grundsatz ist es möglich, dass der Strang 1051 unabhängig von dem Strang 1052 ausgeführt wird. Dies bedeutet, dass zum Beispiel die verschiedenen Blöcke 1002-1008 des Strangs 1051 zu anderen Zeitpunkten ausgeführt werden könnten als die Blöcke 1011-1015 des Strangs 1052. Dies kann auch bedeuten, dass unterschiedliche Einheiten den Strang 1051 an den Strang 1052 ausführen. Zum Beispiel könnte einer der Stränge 1051, 1052 Batterie-seitig ausgeführt werden, während der jeweils andere Strang Server-seitig ausgeführt werden könnte. Zunächst wird der Strang 1051 näher beschrieben.Start the process with Block 1001 and then splits into the strand 1051 and the strand 1052 . In principle it is possible that the strand 1051 regardless of the strand 1052 is performed. This means, for example, the different blocks 1002-1008 of the strand 1051 could be executed at different times than the blocks 1011-1015 of the strand 1052 . This can also mean that different units make up the strand 1051 to the strand 1052 To run. For example, one of the strands could be 1051 , 1052 Run on the battery side, while the other strand could be run on the server side. First is the strand 1051 described in more detail.

Zunächst erfolgt in Block 1002 das Bestimmen einer ersten Ruhespannung. Zum Beispiel kann Block 1002 ausgelöst werden durch die Beendigung eines Ladungsvorgangs über Nacht. Die Ruhespannung kann mit einer gewissen Ruhephase assoziiert sein, bei welcher die jeweilige Batterie 91-96 ohne Belastung verbleibt; derart kann dann die Batterie relaxieren. Die erste Ruhespannung dient später als Bezugswert für den Ladungsdurchsatz.First takes place in block 1002 determining a first rest voltage. For example, block 1002 triggered by the completion of a charging process overnight. The open-circuit voltage can be associated with a certain rest phase in which the respective battery 91-96 remains unencumbered; the battery can then relax in this way. The first open-circuit voltage is later used as a reference value for the charge throughput.

Dann erfolgt in Block 1003 das Überwachen eines Entladungsvorgangs. Im Zusammenhang mit Block 1003 kann zum Beispiel die Spannung über die Zellen der Batterie 91-96 überwacht werden. Es kann auch ein Stromfluss durch die Zellen der Batterie 91-96 überwacht werden. Zum Beispiel könnte durch Integration des Stromflusses durch die Zellen der Batterie 91-96 der Ladungsfluss bestimmt werden.Then it takes place in block 1003 the monitoring of a discharge process. In connection with block 1003 for example the voltage across the cells of the battery 91-96 be monitored. There can also be a flow of current through the cells of the battery 91-96 be monitored. For example, by integrating the current flow through the cells of the battery 91-96 the charge flow can be determined.

Entsprechend kann anschließend in Block 1004 der Ladungsfluss des Entladungsvorgangs mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Der gesamte Ladungsfluss des Entladungsvorgangs wird auch als Entladungstiefe bezeichnet. Unterschreitet die Entladungstiefe des Entladungsvorgang den vorgegebenen Schwellenwert, so kann zugewartet werden, indem Block 1003 weiter ausgeführt wird. Andernfalls kann Block 1005 ausgeführt werden; dann liegt eine genügend große Entladungstiefe in Bezug auf den Bezugswert für den Ladungsdurchsatz aus Block 1002, um grds. eine aussagekräftige Bestimmung der Kapazität vorzunehmen. Das bedeutet, dass die zweite Ruhespannung und der Ladungsdurchsatz zum Bezugswert aus Block 1002 dann bestimmt wird, wenn eine genügend große Entladungstiefe vorliegt. Typische Entladungstiefen sind nicht kleiner als 30%.Accordingly, in block 1004 the charge flow of the discharge process can be compared with a predetermined threshold value. The entire charge flow of the discharge process is also referred to as the depth of discharge. If the depth of discharge of the discharge process falls below the specified threshold value, it is possible to wait by adding block 1003 continues. Otherwise, Block 1005 run; then there is a sufficiently large depth of discharge in relation to the reference value for the charge throughput from block 1002 to grds. make a meaningful determination of the capacity. This means that the second open-circuit voltage and the charge throughput to the reference value from block 1002 is then determined when there is a sufficiently large depth of discharge. Typical depths of discharge are not less than 30%.

In Block 1005 wird überprüft, ob der Entladungsvorgang abgeschlossen ist und eine Ruhephase eingetreten ist. Als allgemeine Regel sind unterschiedliche Techniken denkbar, um die Ruhephase in Block 1005 zu erkennen. Zum Beispiel könnte die Ruhephase erkannt werden, wenn der Entladestrom nach Abschluss des Entladungsvorgangs für eine vorgegebene Zeitdauer unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt. Dies bedeutet, dass überprüft werden kann, ob die Batterie für eine bestimmte Zeitdauer ohne Belastung verbleibt. Ein typischer Wert für die vorgegebene Zeitdauer kann zum Beispiel 3 Stunden oder mehr betragen, es könnten aber auch kürzere oder längere Zeitdauern verwendet werden.In block 1005 it is checked whether the discharge process has been completed and a rest phase has occurred. As a general rule, different techniques are conceivable to block the resting phase 1005 to recognize. For example, the idle phase could be recognized if the discharge current falls below a predetermined threshold value for a predetermined period of time after the discharge process has ended. This means that it can be checked whether the battery remains without load for a certain period of time. A typical value for the predetermined time period can be, for example, 3 hours or more, but shorter or longer time periods could also be used.

Eine weitere Option zum Erkennen der Ruhephase betrifft die Überwachung der Änderung der Zellenspannung der Batterie. Zum Beispiel kann eine Ruhephase erkannt werden, wenn die Änderung der Zellenspannung der Batterie unter einen vorgegebenen Schwellenwert fällt (und dort z.B. optional für eine bestimmte Zeitdauer verbleibt). Dies bedeutet, dass die Ruhephase dann erkannt werden kann, wenn sich die Zellenspannung nicht mehr signifikant verändert. Diese stabile Zellenspannung kann dann der Ruhespannung entsprechen.Another option for detecting the resting phase relates to monitoring the change in the cell voltage of the battery. For example, a rest phase can be recognized when the change in the cell voltage of the battery falls below a specified threshold value (and optionally remains there for a certain period of time, for example). This means that the resting phase can be recognized when the cell voltage no longer changes significantly. This stable cell voltage can then correspond to the rest voltage.

Es wäre im Allgemeinen möglich, dass im Zusammenhang mit dem Erkennen der Ruhephase in Block 1005 ein oder mehrere Charakteristiken des Entladungsvorgangs, wie er in Block 1003 überwacht wird, berücksichtigt werden. Das bedeutet in anderen Worten, dass die Überprüfung in Block 1005 in Abhängigkeit vom konkreten Profil des Entladungsvorgangs angepasst werden kann. Dies bedeutet, dass das Ausführen des Blocks 1005 auf dem Block 1003 beruhen kann. Um ein paar Beispiele zu geben: zum Beispiel wäre es möglich, dass die Entladerate des Entladungsvorgangs basierend auf dem Überwachen aus Block 1003 bestimmt wird. Dann könnte zum Beispiel die Zeitdauer - für welche der Entladestrom nach Abschluss des Entladungsvorgangs unter den vorgegebenen Schwellenwert fallen soll - in Abhängigkeit von dieser Entladerate angepasst werden. Zum Beispiel könnte für niedrigere Entladeraten eine kürzere Zeitdauer verwendet werden, weil die Ruhespannung dann schneller erreicht werden kann. Als weiteres Beispiel könnte zum Beispiel die Temperatur der Batterie basierend auf dem Überwachen des Entladungsvorgangs erkannt werden. Wiederum könnte dann die vorgegebene Zeitdauer in Abhängigkeit von der Temperatur angepasst werden. Wenn zum Beispiel die Batterie bei kleineren Temperaturen geladen wird, so könnte der Ruhezustand früher eintreten.It would generally be possible that in connection with the recognition of the resting phase in block 1005 one or more characteristics of the discharge process as shown in block 1003 is monitored. In other words, this means that the check is in block 1005 can be adjusted depending on the specific profile of the discharge process. This means running the block 1005 on the block 1003 can be based. To give a few examples: for example, it would be possible that the discharge rate of the discharge process is based on the monitoring from Block 1003 is determined. Then, for example, the period of time - for which the discharge current should fall below the predetermined threshold value after the discharge process has ended - could be adapted as a function of this discharge rate. For example, a shorter period of time could be used for lower discharge rates because the open-circuit voltage can then be reached more quickly. As another example, the temperature of the battery could be detected based on the monitoring of the discharge process, for example. The predefined time period could then again be adapted as a function of the temperature. For example, if the battery is charged at lower temperatures, the idle state could occur earlier.

In manchen Beispielen kann das genügend lange Zuwarten, bis die Ruhephase erkannt wird, nicht möglich sein. Z.B. könnte nur eine vergleichsweise kurze tatsächliche Ruhephase vorliegen, d.h. die Batterie könnte recht bald wieder unter Last betrieben werden. Diese Zeitdauer könnte so kurz sein, dass bestimmte chemische Prozesse in der Batterie noch nicht abgeklungen sind und z.B. noch ein signifikanter Entladestrom fließt. Die Batterie kann sich noch in Relaxation befinden. Zum Beispiel könnte dies der Fall sein, wenn ein Kraftfahrzeug nur z.B. eine halbe Stunde geparkt wird, nicht aber 3 Stunden oder länger geparkt wird. Um dies zu berücksichtigen könnten in Block 1005 vergleichsweise kleine Schwellenwerte berücksichtigt werden, um dann bei Block 1006 die Ruhespannung durch Approximation zu bestimmen.In some examples it may not be possible to wait long enough for the resting phase to be recognized. For example, there could only be a comparatively short actual idle phase, ie the battery could be operated under load again very soon. This period could be so short that certain chemical processes in the battery have not yet subsided and, for example, a significant discharge current is still flowing. The battery can still be in relaxation. For example, this could be the case when a motor vehicle is only parked for half an hour, for example, but is not parked for 3 hours or longer. To take this into account could be in block 1005 comparatively small threshold values are taken into account to then block 1006 to determine the rest voltage by approximation.

Wenn in Block 1005 die Ruhephase nach Abschluss des Entladungsvorgangs erkannt wurde, so wird anschließend Block 1006 ausgeführt. In Block 1006 wird die Ruhespannung der Batteriezellen der Batterie 91-96 bestimmt. Eine entsprechende Spannungsmessung wird durchgeführt, d.h. die Zellspannung wird z.B. durch einen Analog-Digital-Wandler als digitaler Wert bestimmt. Insbesondere wenn in Block 1005 kein besonders striktes Kriterium zum Bestimmen der Ruhephase verwendet wurde - und sich damit bei der Spannungsmessung die Batterie noch in Relaxation befindet -, wäre es möglich, eine Approximationslogik in Block 1006 zu berücksichtigen. Hier kann vom Messwert der Spannungsmessung mithilfe eines Algorithmus auf die tatsächlich erwartete Ruhespannung zurückgeschlossen werden. Das bedeutet, dass basierend auf dem Messwert noch zusätzliche Logik berücksichtigt wird, um die Ruhespannung zu bestimmen (entsprechende Techniken können auch im Zusammenhang mit Block 1002 angewendet werden). Sh. z.B. Waag, Wladislaw. Adaptive algorithms for monitoring of lithium-ion batteries in electric vehicles. Shaker Verlag, 2014.If in block 1005 the idle phase was recognized after the discharge process has been completed, then Block 1006 executed. In block 1006 becomes the open circuit voltage of the battery cells of the battery 91-96 certainly. A corresponding voltage measurement is carried out, ie the cell voltage is determined as a digital value, for example by an analog-digital converter. Especially when in block 1005 If no particularly strict criterion was used to determine the rest phase - and the battery is therefore still in relaxation during the voltage measurement - it would be possible to use an approximation logic in block 1006 to consider. Here, an algorithm can be used to deduce the actually expected open-circuit voltage from the measured value of the voltage measurement. This means that based on the measured value, additional logic is taken into account in order to adjust the open-circuit voltage determine (appropriate techniques can also be used in connection with block 1002 be applied). Sh. e.g. Waag, Wladislaw. Adaptive algorithms for monitoring of lithium-ion batteries in electric vehicles. Shaker Verlag, 2014.

Außerdem wird in Block 1007 der Ladungsdurchsatz zwischen dem Bezugswert, d.h. der ersten Ruhespannung aus Block 1002, und dem Betriebspunkt der Batterie 91-96, der mit der zweiten Ruhespannung in Block 1006 assoziiert ist, bestimmt. Dies kann zum Beispiel durch Integration des Stromflusses über den Entladungsvorgang geschehen. Damit liegt dann ein gemessener Ladungsdurchsatz für ein Ruhespannungs-Paar vor.It is also in block 1007 the charge throughput between the reference value, ie the first no-load voltage from block 1002 , and the operating point of the battery 91-96 , the one with the second rest voltage in block 1006 associated is determined. This can be done, for example, by integrating the current flow over the discharge process. There is then a measured charge throughput for an open-circuit voltage pair.

Manchmal kann es erstrebenswert sein, mehrere Paare von Ruhespannungen und Ladungsdurchsätzen zu erhalten. Dann kann in Block 1008 überprüft werden, ob mehrere entsprechende Messpaare vorhanden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird Block 1002 und folgende Blöcke erneut ausgeführt. Manchmal kann z.B. eine Mittelung über zwei oder drei oder vier oder mehr OCV-Ladungsdurchsatz-Paare hilfreich sein, um eine gute Genauigkeit für die Kapazität zu erhalten.Sometimes it can be desirable to have multiple pairs of open circuit voltages and charge throughputs. Then can in block 1008 check whether there are several corresponding measurement pairs. If this is not the case, then Block 1002 and executed the following blocks again. Sometimes, for example, averaging over two or three or four or more OCV charge throughput pairs can be helpful to get a good accuracy for the capacity.

Als nächstes werden verschiedene Aspekte im Zusammenhang mit dem Strang 1052 beschrieben.Next are various aspects related to the strand 1052 described.

Zunächst wird in Block 1011 ein Ladungsvorgang der Batterie überwacht. Dies kann zum Beispiel beinhalten, dass ein Stromfluss durch die Batteriezellen der jeweiligen Batterie 91-96 überwacht wird.First is in block 1011 a charging process of the battery is monitored. This can include, for example, that a current flow through the battery cells of the respective battery 91-96 is monitored.

In Block 1012 wird überprüft, ob die Laderate - das heißt zum Beispiel die Amplitude des Ladestroms - einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet. Zum Beispiel kann in Block 1002 also überprüft werden, ob ein vergleichsweise langsamer Ladungsvorgang durchgeführt wird, wie er z.B. beim nächtlichen Laden einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs an der Heimatadresse oder der Haussteckdose/Wallbox der Fall sein kann. Wenn dies nicht der Fall ist, das heißt wenn die Laderate vergleichsweise hoch ist, so wird zugewartet, indem der Ladungsvorgang oder ein nächster Ladungsvorgang in Block 1011 weiter überwacht wird.In block 1012 it is checked whether the charging rate - that is, for example the amplitude of the charging current - does not exceed a certain threshold value. For example, in block 1002 That is, it is checked whether a comparatively slow charging process is being carried out, as can be the case, for example, when charging a traction battery of a motor vehicle at night at the home address or the house socket / wallbox. If this is not the case, that is to say if the charging rate is comparatively high, then there is a wait, by adding the charging process or a next charging process in block 1011 is further monitored.

Als allgemeine Regel ist Block 1012 optional. Eine möglicherweise weniger genaue Bestimmung der Interkalationspotentiale kann oftmals auch mit größeren Laderaten durchgeführt werden.As a general rule, block is 1012 optional. A possibly less precise determination of the intercalation potentials can often also be carried out with higher charging rates.

Andernfalls wird Block 1013 ausgeführt. In Block 1013 werden ein oder mehrere Interkalationspotenziale bestimmt. Ein entsprechendes Beispiel ist in 6 dargestellt. In 6, oben, ist die Zellspannung 305 über die Batteriezellen der jeweiligen Batterie 91-96 als Funktion der Zeit für den Ladungsvorgang 300 dargestellt. In 6, unten ist das inkrementelle Kapazitätsspektrum für den Ladungsvorgang 300 dargestellt. Dieses entspricht einer Ableitung der Spannung 305 nach der Ladung. Die Peaks im inkrementellen Kapazitätsspektrum entsprechen den Interkalationspotenzialen 301.Otherwise it becomes block 1013 executed. In block 1013 one or more intercalation potentials are determined. A corresponding example is in 6th shown. In 6th , above, is the cell voltage 305 via the battery cells of the respective battery 91-96 as a function of time for the charging process 300 shown. In 6th , below is the incremental capacity spectrum for the charging process 300 shown. This corresponds to a derivative of the voltage 305 after the charge. The peaks in the incremental capacity spectrum correspond to the intercalation potentials 301 .

Wieder bezugnehmend auf 5: Es ist dann in Block 1014 möglich, basierend auf einer oder mehreren Eigenschaften der Interkalationspotenziale 301 den Alterungszustand zu bestimmen. Zum Beispiel könnte ein Abstand zwischen den Interkalationspotenzialen berücksichtigt werden. Es könnte auch eine Breite oder eine Amplitude der Interkalationspotenziale berücksichtigt werden. Unter Verwendung des Alterungszustands kann dann die angepasste Ruhespannungskennlinie 200 als Funktion des Ladungszustands (vergleiche 4, unten) bestimmt werden. Zum Beispiel könnte für eine fortgeschrittene Alterung 212 der jeweiligen Batterie 91-96 die gestrichelte Kurve in 4 erhalten werden.Again referring to 5 : It is then in block 1014 possible based on one or more properties of the intercalation potentials 301 to determine the state of aging. For example, a distance between the intercalation potentials could be taken into account. A width or an amplitude of the intercalation potentials could also be taken into account. The adjusted open-circuit voltage characteristic can then be used using the aging condition 200 as a function of the state of charge (cf. 4th , below). For example, it could be for advanced aging 212 the respective battery 91-96 the dashed curve in 4th can be obtained.

Alternativ oder zusätzlich zur Alterungsbestimmung gemäß Blöcken 1011-1014 könnte auch die Temperatur der Batterie bestimmt werden, durch Messung. Die Ruhespannungskennlinie 200 weist nämlich typischerweise auch eine Abhängigkeit von der Temperatur ab. Dies bedeutet, dass auch die angepasste Ruhespannungskennlinie 200 unter Verwendung der Temperatur bestimmt werden kann.As an alternative or in addition to the aging determination according to blocks 1011-1014 The temperature of the battery could also be determined by measurement. The open-circuit voltage characteristic 200 namely typically also rejects a dependence on the temperature. This means that the adjusted open-circuit voltage characteristic 200 can be determined using the temperature.

Dann ist es möglich, einen Referenz-Ladungsdurchsatz in Block 1015 zu bestimmen. Der Referenz-Ladungsdurchsatz kann in Abhängigkeit von der Ruhespannungskennlinie, angepasst in Abhängigkeit von dem Alterungszustand 211, 212 und/oder der Temperatur, bestimmt werden (zum Beispiel ist ein entsprechender Ladungsdurchsatz 242 für die in Abhängigkeit von der Alterung im Alterungszustand 212 angepasste Ruhespannungskennlinie 200 zwischen den Ruhespannungen 221, 222 in 4 dargestellt).Then it is possible to have a reference charge throughput in block 1015 to determine. The reference charge throughput can be adjusted as a function of the no-load voltage characteristic curve, adapted as a function of the aging condition 211 , 212 and / or the temperature (for example a corresponding charge throughput is 242 for depending on the aging in the aging state 212 adapted no-load voltage characteristic 200 between rest tensions 221 , 222 in 4th shown).

Damit wird ein Referenz-Ladungsdurchsatz erhalten, der mit dem tatsächlich gemessenen Ladungsdurchsatz aus Block 1007 verglichen werden kann.In this way, a reference charge throughput is obtained that corresponds to the actually measured charge throughput from block 1007 can be compared.

Dies erfolgt in Block 1020. In Block 1020 wird die Kapazität basierend auf einem Vergleich zwischen dem Ladungsdurchsatz aus Block 1007 (gegebenenfalls mehreren gemittelten Ladungsdurchsätzen, wenn mehrere Iterationen aus Block 1008 resultieren) mit dem Referenz-Ladungsdurchsatz aus Block 1015 bestimmt. Dies kann z.B. durch lineare Interpolation erfolgen: $C = C_{i n i t i a l} \frac{Δ Q_{m e s s}}{Δ Q_{R e f}},$

wobei C die Kapazität ist, C_initial die ursprüngliche Kapazität, ΔQ_mess der gemessene Ladungsdurchsatz aus Block 1007 (ggf. gemittelt über die Anzahl der Iterationen gem. Block 1008), und ΔQ_Ref der Referenz-Ladungsdurchsatz aus Block 1015.This is done in blocks 1020 . In block 1020 the capacity is based on a comparison between the charge throughput from block 1007 (if necessary several averaged charge throughputs if several iterations from Block 1008 result) with the reference charge throughput from block 1015 certainly. This can be done, for example, by linear interpolation:

C. = {C.}_{i n i t i a l} \frac{Δ Q_{m e s s}}{Δ Q_{R. e f}},

where C is the capacity, C _initially the original capacity, ΔQ _mess the measured charge throughput from block 1007 (if necessary averaged over the number of iterations according to the block 1008 ), and ΔQ _{Ref is} the reference charge throughput from block 1015 .

Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welche es ermöglichen, die Kapazität einer Batterie besonders genau zu bestimmen. Dabei wird der Einfluss der Änderung einer Ruhespannungskennlinie entlang der Alterung berücksichtigt. Es wurde festgestellt, dass durch die Berücksichtigung der Änderung der Ruhespannungskennlinie als Funktion der Alterung eine besonders hohe Genauigkeit beim Bestimmen der Kapazität erzielt werden kann. Insbesondere kann die Kapazität mit der vorliegenden Methode typischerweise mit einer Ungenauigkeit von nicht mehr als 5% bestimmt werden; während Referenzimplementierungen eine Ungenauigkeit von mehr als 10% aufweisen können. Durch die Berücksichtigung einer minimalen Entladungstiefe (vergleiche 5: Block 1004) sowie hinreichend langen Ruhephasen (vergleiche 5: Block 1005) kann die Genauigkeit weiter erhöht werden.In summary, techniques have been described above which make it possible to determine the capacity of a battery particularly precisely. The influence of the change in an open-circuit voltage characteristic curve along with aging is taken into account. It was found that by taking into account the change in the open-circuit voltage characteristic curve as a function of aging, a particularly high level of accuracy can be achieved when determining the capacitance. In particular, using the present method, the capacity can typically be determined with an inaccuracy of no more than 5%; while reference implementations can have an inaccuracy of more than 10%. By taking into account a minimum depth of discharge (compare 5 : Block 1004 ) as well as sufficiently long periods of rest (cf. 5 : Block 1005 ) the accuracy can be further increased.

Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen, verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.Of course, the features of the embodiments and aspects of the invention described above can be combined with one another. In particular, the features can be used not only in the combinations described, but also in other combinations or on their own, without departing from the field of the invention.

Beispielsweise wurden voranstehend Techniken im Zusammenhang mit der Bestimmung eines Alterungszustands der Batterie beschrieben, um einen Referenz-Ladungsdurchsatz in Abhängigkeit von einer angepassten Ruhespannungskennlinie zu erhalten. Diese Techniken wurden insbesondere im Zusammenhang mit der Überwachung von Interkalationspotenzialen beschrieben. Es ist aber im Allgemeinen möglich, dass auch andere Techniken zur Bestimmung der Alterung verwendet werden. Zum Beispiel wäre es möglich, dass mittels maschinellem Lernen auf Grundlage von Messdaten, zum Beispiel des Strom-Spannungsverlaufs, der Alterungswert bestimmt wird. Hierzu könnten zum Beispiel ML Algorithmen basierend auf Trainingsdaten, die von einem Ensemble von Batterien 91-96 erhalten werden (vergleiche 1), verwendet werden.For example, techniques were described above in connection with the determination of an aging state of the battery in order to obtain a reference charge throughput as a function of an adapted open-circuit voltage characteristic. These techniques have been described in particular in connection with the monitoring of intercalation potentials. However, it is generally possible that other techniques are used to determine aging. For example, it would be possible for the aging value to be determined by means of machine learning on the basis of measurement data, for example the current-voltage profile. For this purpose, for example, ML algorithms based on training data from an ensemble of batteries 91-96 obtained (compare 1 ), be used.

Ferner wurden voranstehenden verschiedene Techniken im Zusammenhang mit der Berücksichtigung Alterungsabhängigkeit der Ruhespannungskennlinie berücksichtigt. Alternativ oder zusätzlich könnten entsprechende Techniken auch im Zusammenhang mit der Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Ruhespannungskennlinie berücksichtigt werden. In anderen Beispielen wäre es sogar möglich, noch andere Einflussgrößen auf die Ruhespannungskennlinie zu berücksichtigen, z.B. Luftfeuchtigkeit, Druck, usw..Furthermore, the various techniques above were taken into account in connection with the consideration of the aging dependency of the open-circuit voltage characteristic. Alternatively or additionally, corresponding techniques could also be taken into account in connection with the consideration of the temperature dependency of the open-circuit voltage characteristic. In other examples it would even be possible to take into account other influencing variables on the open-circuit voltage characteristic, e.g. Humidity, pressure, etc ..

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

M. Einhorn et al., “A Method for Online Capacity Estimation of Lithium Ion Battery Cells using the State of Charge and the Transferred Charge”, IEEE ICSET 2010, 6-9. December 2010, Kandy, Sri Lanka [0003, 0018]
L. Lavigne et al., "Lithium-ion Open Circuit Voltage (OCV) curve modeling and its aging adjustment", Journal of Power Sources, 324 (2016) 694-703 [0021]

Claims

A method for determining a capacity of a battery (91-96), the method comprising: - Determining a first open-circuit voltage (221) for a first state of charge of the battery (91-96) and determining a second open-circuit voltage (222) for a second state of charge of the battery (91-96) and determining a charge throughput between the first state of charge and the second state of charge , - determining an aging condition (211, 212) of the battery (91-96), - determining a reference charge throughput (242) based on the first open-circuit voltage (221), the second open-circuit voltage (222) and a reference open-circuit voltage characteristic curve (200) which is dependent on the aging condition (211, 212), and - Determining the capacity based on a comparison between the charge throughput and the reference charge throughput.

Procedure according to Claim 1 which further comprises: - monitoring a charging process of the battery (91-96), - determining one or more properties of intercalation potentials (301) based on the monitoring of the charging process of the battery (91-96), and - determining the state of aging (211 , 212) based on the one or more properties of the intercalation potentials.

Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the reference no-load voltage characteristic curve (200) is specified as a parameterized function which comprises at least one parameter that is determined as a function of the aging condition.

Method according to one of the preceding claims, further comprising: - Monitoring a battery discharge process (91-96), - Detecting a depth of discharge of the discharge process based on the monitoring of the discharge process, and - Determining the first no-load voltage (221) and / or the second no-load voltage (222) if the depth of discharge exceeds a predetermined threshold value.

Procedure according to Claim 4 , the specified threshold value for the depth of discharge is not less than 30%.

Method according to one of the preceding claims, further comprising: - Monitoring a battery discharge process (91-96), - Recognition of a rest phase after the discharge process has been completed, - Determination of the first rest voltage (221) and / or the second rest voltage (222) when the rest phase is recognized.

Procedure according to Claim 6 , the idle phase being detected when the discharge current falls below a predetermined threshold value for a predetermined period of time after the discharge process has ended.

Procedure according to Claim 7 , whereby the specified period of time is not less than 3 hours.

Procedure according to Claim 7 or 8th wherein the method further comprises: - determining a discharge rate of the discharge process based on the monitoring of the discharge processes, and - adapting the predetermined period of time as a function of the discharge rate.

Method according to one of the Claims 7 to 9 wherein the method further comprises: - recognizing a temperature of the battery (91-96) based on the monitoring of the discharge process, and - adapting the predetermined time period as a function of the temperature.

Method according to one of the Claims 6 to 10 , wherein the resting phase is recognized, a change in a cell voltage of the battery (91-96) falls below a predetermined threshold value.

Device with a processor which is set up to load program code from a memory and to execute the program code, the execution of the program code causing the processor to execute the following steps for determining a capacity of a battery (91-96): first open-circuit voltage (221) with a first state of charge of the battery (91-96) and determining a second open-circuit voltage (222) with a second state of charge of the battery (91-96) and determining a charge throughput between the first state of charge and the second state of charge, - determination an aging state (211, 212) of the battery (91-96), - determining a reference charge throughput (242) based on the first open-circuit voltage (221), the second open-circuit voltage (222) and a reference open-circuit voltage characteristic curve (200), the one Dependence on the aging condition (211, 212), and - Determining the capacity based on a comparison between the charge throughput and the reference charge throughput.

Device after Claim 12 , wherein the processor is set up to perform the method according to one of Claims 1 to 11 execute.