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EP3577477A1 - Method and arrangement for determining the charging capacity state and the state of health of an electrical energy store - Google Patents

Method and arrangement for determining the charging capacity state and the state of health of an electrical energy store

Info

Publication number
EP3577477A1
EP3577477A1 EP17835468.4A EP17835468A EP3577477A1 EP 3577477 A1 EP3577477 A1 EP 3577477A1 EP 17835468 A EP17835468 A EP 17835468A EP 3577477 A1 EP3577477 A1 EP 3577477A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery system
converter
response
state
ddc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17835468.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3577477A1 publication Critical patent/EP3577477A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements

Definitions

  • the present invention relates to a method and to ⁇ order to determine the Ladekapazticians- of the Healthy and ⁇ reasonableness state of an electric energy storage device according to the preamble of claim 1 for the method of claim 3 or for the assembly.
  • the charging capacity SOC and the state of health SOH of the battery wherein battery below always for battery as such or for energy storage as such or for battery system, that is for a Batte ⁇ rie or for an energy store with units for the control or regulation of Energyzu- and -abbowen stands are determined during operation by means of so-called ge ⁇ state estimator.
  • a state estimator has deposited a given battery model as the basis for his work. This model must be adjusted to ⁇ reason of aging processes in the cells of the battery because of changes Ladekapazticians- and resistance parameters after some time. For this purpose, certain series of measurements are necessary, which are recorded by means of an external, highly accurate battery charger with measured value recording.
  • Health status SOH is determined by a very slow charge and discharge cycle.
  • the document DE 101 06 505 AI discloses an example of a corresponding method. Another way to determine the current charge capacity and resistance parameters of the cells is the
  • Impedance meter By these measurements, the opponent ⁇ articles can be measured, and closed by correlation to the aging of the charge capacity of the battery. The effort, especially for the measuring device, is high.
  • the object of the present invention is to provide a method and an arrangement for determining the charging capacity and the charging capacity
  • the method according to the invention then has procedural steps according to which a measuring circuit is formed between an AC / DC converter or a DC / DC controller and a battery system connected in each case by providing on the DC side of the AC / DC converter or the A sine-shaped voltage harmonic with a varied frequency or a sinusoidal current with a varied frequency is impressed on the DC / DC controller as a respective measurement signal.
  • the respective measurement Sent from the AC / DC converter or the DC / DC controller to the battery system the current response or thepossant ⁇ word determined for each measurement signal on the battery system, acting on the measuring circuit located outside of the battery system tioning capacity or impedance determined in advance ,
  • Each current response or each voltage response of the effect of the predetermined capacitances or impedances adjusted, a phase difference from each adjusted current response or each adjusted voltage response determined and parameters for a statement on the charging capacity or the health ⁇ the state of the downstream battery system from the he ⁇ derived phase shifts.
  • the arrangement of the invention then comprises a measurement equipment, which form a measuring circuit between ei ⁇ nesammlung on the DC side of the AC / DC converter or the DC / DC actuator under imparting a sinusoidal voltage harmonics with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal which is sent to the battery system, and on the other hand connected to the Batte ⁇ riesystem under determining a current response or a voltage response to each transmitted measurement signal.
  • the measuring device is designed for a pre ⁇ abbephin of acting on the loop, to exploiting Dende outside of the battery system capacities or impedances,
  • the inventive process respectively the dung OF INVENTION ⁇ arrangement according to have the advantage that the Batteriemo ⁇ dell may be adjusted directly to the battery. Furthermore, from the correlation of the resistances, the health status of the battery can be assessed. This makes it possible to always have the right battery model during operation of the battery. State estimator used to work accurately and it can be difficult to calculate the healthy ⁇ integrated, state of the battery on the state estimator dispensed with. Impedance measurements are no longer performed by an external device or device integrated into the powertrain, but by the already installed AC / DC converter or DC / DC controller. The effectiveness of load capacity and health status determination is increased. The costs for this are reduced, because no maintenance and no removal of the battery or the battery ⁇ system from the current operation are more necessary.
  • the battery is connected directly.
  • at least one winding system of a connected motor is required.
  • the inductance of the motor is needed to let the inverter generate the signals.
  • the inverter sends the sinusoidal currents and varies them over a frequency spectrum.
  • the voltage sensors on the inverter, on the battery system and on the cells are used to control the To measure voltage response. By measuring the cells, it is even possible to specifically measure a cell.
  • the main focus is on the overall resistance of the battery system and on determining the parameters for it. From the recorded frequency spectrum, the resistors can be assigned.
  • measuring device ME is not necessarily to be understood as a separate unit, independent of the rest of the components shown, although this may in principle also be the case.
  • the measuring device ME is to be regarded as an integral part of the rest of the components shown, where as such already existing suitable components are shared.
  • the arrangement shown in the figure shows starting from a generator G a first drive train with an AC / DC converter ADC and a first battery system BS1, wherein a second drive train via a DC / DC controller DDC and a second battery system BS2 leads.
  • the respective Batteriesys ⁇ systems BS1 and BS2 are each a
  • the compensation circuit resistors could also be real resistors.
  • the first voltage VI first consumer VR1 and the second voltage V2 second consumer VR2 are supplied with electrical energy.
  • the first te voltage is a 42 volt voltage and the second voltage is a 12v voltage.
  • the battery systems BS1 and BS2 have in the present exemplary example in addition to an energy storage device such as a battery as a core component, other components that are used to measure, for example, optionally already Zellimpe ⁇ impedances.
  • the batteries battery systems BS1 and BS2 where appropriate, conversely, the battery system BS1 and BS2 can actually composed only of ei ⁇ ner battery alone.
  • Corresponding be ⁇ forced components to form the inventive arrangement are then supplement.
  • the AC / DC converter ADC which is already prepared in the manner either or prepare that for this inverter in accordance needed to be impressed signals, in particular ⁇ sondere special measuring signals are einschleusbar.
  • measuring device ME not necessarily be a separate unit, as indicated in the figure, but a total existie ⁇ -saving device which is embedded in different forms in a starting construct.
  • the ge in the figure showed ⁇ figure shows only the basic principle of the inventive arrangement.
  • a measuring device ME can come not only to a single one of the drive trains for a set ⁇ ⁇ gleichzei tig but them. In the latter case, it is conceivable that in fact only a single measuring device ME is installed, but in such a way that it measures alternately at intervals in each drive train.
  • two battery systems BS1 and BS2 are used, which are respectively connected in a drive train, and that the first battery system BS1 together ⁇ men with an AC / DC converter ADC and the second Batteriesys ⁇ tem BS2 additionally together with a DC / DC controller DDC.
  • the battery systems BS1 and BS2 are located after the fi- gur each at a the AC / DC converter ADC or DC / DC controller DDC downstream point.
  • Embodiments are conceivable in which only a single drive train is present, for example, with an AC / DC converter ADC or with a DC / DC controller.
  • the first drive train with the AC / DC converter ADC and the first battery system BS1 drives the first consumers VR1.
  • the second drive train with the DC / DC controller DDC and the second battery system BS2 drives the second consumer
  • the first battery system BS1 or its energy store or its battery is simultaneously charged. Sliding ⁇ ches applies to the second drive train, in which at the same time the second battery system BS2 or their energy storage or its battery is charged with the driving of the second load VR2. If the AD / DC converter ADC or the DC / DC controller DDC fails, the first battery system BS1 drives the first consumers VR1 and the second battery system BS2 drives the second consumers VR2. The relevant battery system or its energy storage or its battery is discharged.
  • a measuring device ME To know the current carrying capacity or the current health of the battery systems and measures ⁇ men to make depending on a measuring device ME to form a measuring circuit between one end on the DC side of the AC / DC converter ADC or the DC / DC Stellers DDC imprinting a sinusoidal voltage harmonic with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal that is sent to the battery system BS1, BS2, and on the other ⁇ hand on the battery system BS1, BS2 under determining a current response or a voltage response to each transmitted measuring signal connected.
  • the measuring device ME is configured for predetermining measures acting on the measuring circuit, which are outside the battery system BS1, BS2.
  • a measuring circuit between the AC / DC converter ADC or the DC / DC controller DDC and the respectively downstream battery system BS1, BS2 formed. This is done by impressing on the DC side of the AC / DC converter ADC or the DC / DC adjuster DDC a sinusoidal voltage harmonic with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal.
  • the respective measurement signal is from the

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Abstract

In order to determine the charging capacity state and the state of health of an electrical energy store of a battery system (BS1; BS2) with little effort, a measuring device (ME) is proposed, which measuring device injects, into a drive train which is available for first or second loads (VR1; VR2) and has an AC/DC converter (ADC) or a DC/DC controller (DDC) on the DC side of the AC/DC converter (ADC) or of the DC/DC controller (DDC), a sinusoidal voltage harmonic with a varied frequency or a sinusoidal current with a varied frequency as a particular measurement signal which is transmitted to the battery system (BS1; BS2). The current response or voltage response, which has been purged of unwanted influences, is then determined for each measurement signal at the battery system (BS1; BS2), from which response phase shifts are determined in each case, and parameters for a statement relating to the charging capacity state or the state of health of the battery system (BS1; BS2) are in turn determined therefrom.

Description

Beschreibung description

Verfahren und Anordnung zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers A method and arrangement for determining the charge capacity and health of an electrical energy store

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine An¬ ordnung zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des Gesund¬ heitszustands eines elektrischen Energiespeichers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für das Verfahren beziehungsweise des Anspruchs 3 für die Anordnung. The present invention relates to a method and to ¬ order to determine the Ladekapazitäts- of the Healthy and ¬ reasonableness state of an electric energy storage device according to the preamble of claim 1 for the method of claim 3 or for the assembly.

Es ist kompliziert, den Ladekapazitäts- SOC (State Of Charge) und den Gesundheitszustand SOH (State Of Health) eines Ener¬ giespeichers, beispielsweise einer Batterie wie beispielswei- se einer Lithium-Batterie, der oder die eine oder mehr Zellen aufweist, während des Einsatzes im Feld zu bestimmen. Die gängigen Verfahren hierfür sind aufwendig und liefern nur ungenaue Ergebnisse. Der Zeitaufwand für die Durchführung der Messungen ist erheblich und der eigentliche Betriebsablauf wird gestört. It is complicated, the Ladekapazitäts- SOC (State Of Charge), and the state of health SOH (State Of Health) of a Ener ¬ giespeichers, for example, a battery such as a lithium battery, or the one or more cells which during the Use in the field to determine. The common methods for this are complex and provide only inaccurate results. The time required to perform the measurements is significant and the actual operation is disturbed.

Der Ladekapazitäts- SOC und der Gesundheitszustand SOH der Batterie, wobei Batterie nachfolgend stets auch für Batterie als solches beziehungsweise für Energiespeicher als solches beziehungsweise für Batteriesystem, das heißt für eine Batte¬ rie beziehungsweise für einen Energiespeicher mit Einheiten für die Steuerung beziehungsweise Regelung von Energiezu- und -abfuhren, steht, werden während des Betriebs mittels so ge¬ nannter Zustandsschätzer bestimmt. Ein Zustandsschätzer hat als Grundlage für seine Arbeit ein vorgegebenes Batteriemo¬ dell hinterlegt. Dieses Modell muss nach einiger Zeit auf¬ grund von Alterungsvorgängen in den Zellen der Batterie wegen geänderter Ladekapazitäts- und Widerstandsparametern nachjustiert werden. Hierfür sind bestimmte Messreihen nötig, die mittels eines externen, hochgenauen Batterieladegeräts mit Messwertaufzeichnung erfasst werden. Durch entsprechendes Auswerten der Messreihen werden die Ladekapazitäts- und Widerstandsparameter für die betreffende Batterie neu bestimmt. Der Gesundheitszustand SOH wird durch einen sehr langsamen Lade- und Entladezyklus bestimmt. Das Dokument DE 101 06 505 AI offenbart hierfür beispielhaft eine entsprechende Methode. Eine andere Möglichkeit, die aktuellen Ladekapazitäts- und Widerstandsparameter der Zellen zu bestimmen, ist die The charging capacity SOC and the state of health SOH of the battery, wherein battery below always for battery as such or for energy storage as such or for battery system, that is for a Batte ¬ rie or for an energy store with units for the control or regulation of Energiezu- and -abfuhren stands are determined during operation by means of so-called ge ¬ state estimator. A state estimator has deposited a given battery model as the basis for his work. This model must be adjusted to ¬ reason of aging processes in the cells of the battery because of changes Ladekapazitäts- and resistance parameters after some time. For this purpose, certain series of measurements are necessary, which are recorded by means of an external, highly accurate battery charger with measured value recording. By appropriately evaluating the measurement series, the charge capacity and resistance parameters for the relevant battery are redetermined. Health status SOH is determined by a very slow charge and discharge cycle. The document DE 101 06 505 AI discloses an example of a corresponding method. Another way to determine the current charge capacity and resistance parameters of the cells is the

Impedanzspektroskopie, das heißt die Bestimmung des Wechsel¬ stromwiderstands beziehungsweise der Impedanz. Für diese Me¬ thode muss, wie bei der oben erwähnten Methode, ein externes Gerät angeschlossen werden, in diesem Fall ein Impedance spectroscopy, that is the determination of the exchange ¬ current resistance or impedance. For this Me ¬ Thode must, as in the above-mentioned method, an external device can be connected, in this case a

Impedanzmessgerät. Durch diese Messungen können die Wider¬ stände gemessen und durch Korrelation auf die Alterung der Ladekapazität der Batterie geschlossen werden. Der Aufwand, vor allem für die Messeinrichtung, ist hoch. Impedance meter. By these measurements, the opponent ¬ articles can be measured, and closed by correlation to the aging of the charge capacity of the battery. The effort, especially for the measuring device, is high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des The object of the present invention is to provide a method and an arrangement for determining the charging capacity and the charging capacity

Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers anzu¬ geben, das beziehungsweise die einen geringeren Aufwand als bisher erfordert und genauer arbeitet. State of health of an electrical energy storage ¬ give that or requires less effort than before and works more accurately.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens ausgehend von ei¬ nem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrens- schritten gelöst. Diese Aufgabe wird weiter bezüglich der Anordnung ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Anspruchs 3 angegebenen Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren weist danach Verfahrensschrit¬ te auf, nach denen ein Messkreis zwischen einem AC/DC- Umrichter oder einem DC/DC-Steller und einem jeweils nachgeschalteten Batteriesystem gebildet wird, indem auf der DC- Seite des AC/DC-Umrichters oder des DC/DC-Stellers eine si- nusförmige Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder ein sinusförmiger Strom mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Messsignal eingeprägt wird. Weiter werden nach den erfindungsgemäßen Verfahrensschritten das jeweilige Messsig- nal vom AC/DC-Umrichter oder vom DC/DC-Steller an das Batteriesystem gesendet, die Stromantwort oder die Spannungsant¬ wort zu jedem Messsignal am Batteriesystem ermittelt, auf den Messkreis wirkende, sich außerhalb des Batteriesystems befin- dende Kapazitäten oder Impedanzen vorab bestimmt, jede Stromantwort oder jede Spannungsantwort von der Wirkung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen bereinigt, eine eingetretene Phasenverschiebung aus jeder bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsantwort ermittelt und Parame- ter für eine Aussage zum Ladekapazitäts- oder zum Gesund¬ heitszustand des nachgeschalteten Batteriesystems aus den er¬ mittelten Phasenverschiebungen abgeleitet. This object is achieved with respect to the method, starting from egg ¬ nem method of the type mentioned above according to the invention with the specified in the characterizing part of claim 1 process steps. This object is further achieved with respect to the arrangement starting from an arrangement of the type mentioned according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 3. The method according to the invention then has procedural steps according to which a measuring circuit is formed between an AC / DC converter or a DC / DC controller and a battery system connected in each case by providing on the DC side of the AC / DC converter or the A sine-shaped voltage harmonic with a varied frequency or a sinusoidal current with a varied frequency is impressed on the DC / DC controller as a respective measurement signal. Furthermore, according to the method steps according to the invention, the respective measurement Sent from the AC / DC converter or the DC / DC controller to the battery system, the current response or the Spannungsant ¬ word determined for each measurement signal on the battery system, acting on the measuring circuit located outside of the battery system tioning capacity or impedance determined in advance , Each current response or each voltage response of the effect of the predetermined capacitances or impedances adjusted, a phase difference from each adjusted current response or each adjusted voltage response determined and parameters for a statement on the charging capacity or the health ¬ the state of the downstream battery system from the he ¬ derived phase shifts.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand eines Unteranspruchs. Danach wird das einem betreffendenAn advantageous embodiment of the invention is the subject of a subclaim. After that, that becomes one

Energiespeicher beziehungsweise einer betreffenden Batterie zugrunde liegende Energiespeicher- beziehungsweise Batterie¬ modell mit den abgeleiteten entsprechenden Parametern entsprechend nachjustiert, wodurch ein mit diesem Energiespei- eher beziehungsweise mit dieser Batterie arbeitendes Gesamt¬ system in vereinfachter Weise mit erhöhter Genauigkeit funktioniert . Readjusted energy storage battery or a respective underlying energy storage or battery ¬ model with the derived appropriate parameters accordingly, whereby a more or working with this energy store with this battery total ¬ system works in a simplified way with increased accuracy.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist danach eine Messeinrich- tung auf, die unter Bildung eines Messkreises dazwischen ei¬ nerseits an der DC-Seite des AC/DC-Umrichters oder des DC/DC- Stellers unter Aufprägen einer sinusförmigen Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder eines sinusförmigen Stroms mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Messsignal, das an das Batteriesystem gesendet wird, und andererseits am Batte¬ riesystem unter Ermitteln einer Stromantwort oder einer Spannungsantwort zu jedem gesendeten Messsignal angeschlossen ist. Dabei ist die Messeinrichtung ausgestaltet für ein Vor¬ abbestimmen von auf den Messkreis wirkende, sich außerhalb des Batteriesystems befindende Kapazitäten oder Impedanzen,The arrangement of the invention then comprises a measurement equipment, which form a measuring circuit between ei ¬ nerseits on the DC side of the AC / DC converter or the DC / DC actuator under imparting a sinusoidal voltage harmonics with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal which is sent to the battery system, and on the other hand connected to the Batte ¬ riesystem under determining a current response or a voltage response to each transmitted measurement signal. The measuring device is designed for a pre ¬ abbestimmen of acting on the loop, to exploiting Dende outside of the battery system capacities or impedances,

Bereinigen jeder Stromantwort oder jeder Spannungsantwort von der Wirkung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen, Ermitteln einer eingetretenen Phasenverschiebung aus jeder bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsantwort, und Ableiten von Parametern für eine Aussage zum Lade- kapazitäts- oder zum Gesundheitszustand des Energiespeichers des Batteriesystems aus den ermittelten Phasenverschiebungen. Cleaning up each current response or voltage response from the effect of the predetermined capacitances or impedances, determining an occurred phase shift from each one cleaned stream response or any adjusted voltage response, and deriving parameters for a statement about the charge capacity or the health of the energy storage of the battery system from the determined phase shifts.

Das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise die erfin¬ dungsgemäße Anordnung haben den Vorteil, dass das Batteriemo¬ dell zur Batterie direkt nachjustiert werden kann. Weiter kann aus der Korrelation der Widerstände der Gesundheitszu- stand der Batterie beurteilt werden. Damit ist es möglich, immer das richtige Batteriemodell während des Betriebs der Batterie zu haben. Verwendete Zustandsschätzer arbeiten genauer und es kann auf eine schwierige Berechnung des Gesund¬ heitszustands der Batterie über den Zustandsschätzer verzich- tet werden. Impedanzmessungen werden nicht mehr durch ein externes Gerät oder in den Antriebsstrang extra integriertes Gerät durchgeführt, sondern durch den ohnehin eingebauten AC/DC-Umrichter oder DC/DC-Steller . Die Effektivität der La- dekapazitäts- und der Gesundheitszustandsbestimmung ist er- höht. Die Kosten hierfür sind gesenkt, weil keine Wartung und kein Herausnehmen der Batterie beziehungsweise des Batterie¬ systems aus dem laufenden Betrieb mehr nötig sind. The inventive process, respectively the dung OF INVENTION ¬ arrangement according to have the advantage that the Batteriemo ¬ dell may be adjusted directly to the battery. Furthermore, from the correlation of the resistances, the health status of the battery can be assessed. This makes it possible to always have the right battery model during operation of the battery. State estimator used to work accurately and it can be difficult to calculate the healthy ¬ integrated, state of the battery on the state estimator dispensed with. Impedance measurements are no longer performed by an external device or device integrated into the powertrain, but by the already installed AC / DC converter or DC / DC controller. The effectiveness of load capacity and health status determination is increased. The costs for this are reduced, because no maintenance and no removal of the battery or the battery ¬ system from the current operation are more necessary.

Beim Einprägen einer Spannung an der Serienschaltung einer Batterie aus Einzelzellen beziehungsweise Einzelmodulen können durch Einzelspannungsmessungen an den Zellen auch gezielt einzelne Zellen gemessen werden. Die Stromantwort bewirkt un¬ terschiedliche Spannungsabfälle an den Einzelimpedanzen. Der AC/DC-Umrichter prägt einen sinusförmigen Strom in denWhen impressing a voltage on the series connection of a battery of individual cells or individual modules, it is also possible to measure individual cells by individual voltage measurements on the cells. The current response causes un ¬ different voltage drops at the individual impedances. The AC / DC inverter shapes a sinusoidal current in the

Antriebsstrang ein, wo die Batterie direkt angeschlossen ist. Damit zum Beispiel der AC/DC-Umrichter dieses Signal erzeugt, wird mindestens ein Wicklungssystem eines angeschlossenen Motors benötigt. Die Induktivität des Motors wird gebraucht, um den Umrichter die Signale erzeugen zu lassen. Der Umrichter sendet die sinusförmigen Ströme und variiert diese über ein Frequenzspektrum. Die Spannungssensoren am Umrichter, am Batteriesystem und an den Zellen werden dafür genutzt, um die Spannungsantwort zu messen. Durch die Messungen an den Zellen ist es sogar möglich, gezielt eine Zelle zu messen. Drive train where the battery is connected directly. For example, in order for the AC / DC converter to generate this signal, at least one winding system of a connected motor is required. The inductance of the motor is needed to let the inverter generate the signals. The inverter sends the sinusoidal currents and varies them over a frequency spectrum. The voltage sensors on the inverter, on the battery system and on the cells are used to control the To measure voltage response. By measuring the cells, it is even possible to specifically measure a cell.

Das Hauptaugenmerk liegt auf dem Gesamtwiderstand des Batte- riesystems und darauf, hierfür die Parameter zu bestimmen. Aus dem aufgenommen Frequenzspektrum können die Widerstände zugeordnet werden. The main focus is on the overall resistance of the battery system and on determining the parameters for it. From the recorded frequency spectrum, the resistors can be assigned.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Fi¬ gur eine Prinzipdarstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung . An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Therein, the only fi gure shows a schematic representation of an arrangement according to the invention.

Angemerkt an dieser Stelle ist, dass die erwähnte Messein- richtung ME nicht zwangsläufig als eine separate, unabhängig von den übrig dargestellten Komponenten einzelne Einheit aufzufassen ist, wenn dies auch grundsätzlich so sein kann. It should be noted at this point that the mentioned measuring device ME is not necessarily to be understood as a separate unit, independent of the rest of the components shown, although this may in principle also be the case.

Vielmehr ist die Messeinrichtung ME als ein integraler Bestandteil der übrig dargestellten Komponenten aufzufassen, wobei dort als solche schon vorhandene geeignete Komponenten mitbenutzt sind. Rather, the measuring device ME is to be regarded as an integral part of the rest of the components shown, where as such already existing suitable components are shared.

Die in der Figur gezeigte Anordnung zeigt ausgehend von einem Generator G einen ersten Antriebsstrang mit einem AC/DC- Umrichter ADC und einem ersten Batteriesystem BS1, wobei ein zweiter Antriebsstrang über einen DC/DC-Steller DDC und ein zweites Batteriesystem BS2 führt. Die jeweiligen Batteriesys¬ teme BS1 und BS2 sind jeweils über einen The arrangement shown in the figure shows starting from a generator G a first drive train with an AC / DC converter ADC and a first battery system BS1, wherein a second drive train via a DC / DC controller DDC and a second battery system BS2 leads. The respective Batteriesys ¬ systems BS1 and BS2 are each a

ersatzschaltungstechnichen Widerstand angeschlossen, an denen jeweils zugehörig eine erste Spannung VI beziehungsweise eine zweite Spannung V2 anliegt. In gegebenen Fällen könnten die ersatzschaltungstechnischen Widerstände auch reelle Widerstände sein. Mit der ersten Spannung VI werden erste Verbraucher VR1 und mit der zweiten Spannung V2 werden zweite Verbraucher VR2 mit elektrischer Energie versorgt. Beispielsweise könnte die ers- te Spannung eine 42-Volt-Spannung und die zweite Spannung eine 12V-Spannung sein. Replacement circuit-connected resistor connected to each of which a first voltage VI and a second voltage V2 is applied. In given cases, the compensation circuit resistors could also be real resistors. With the first voltage VI first consumer VR1 and the second voltage V2 second consumer VR2 are supplied with electrical energy. For example, the first te voltage is a 42 volt voltage and the second voltage is a 12v voltage.

Die Batteriesysteme BS1 und BS2 weisen im vorliegenden Aus- führungsbeispiel neben einem Energiespeicher wie zum Beispiel einer Batterie als eine Kernkomponente weitere Komponenten auf, mit denen gegebenenfalls bereits zum Beispiel Zellimpe¬ danzen gemessen werden. Insofern stellen die Batterien Batteriesysteme BS1 und BS2 dar, wobei gegebenenfalls umgekehrt die Batteriesystems BS1 und BS2 tatsächlich auch nur aus ei¬ ner Batterie alleine zusammensetzen können. Entsprechende be¬ nötigte Komponenten zur Bildung der erfinderischen Anordnung sind dann zu ergänzen. Entsprechendes gilt zum Beispiel auch für den AC/DC-Umrichter ADC, der in der Weise entweder schon hergerichtet ist oder herzurichten ist, dass über diesen Umrichter entsprechend benötigte einzuprägende Signale, insbe¬ sondere besondere Messsignale, einschleusbar sind. Insofern handelt es sich bei der in der Figur dargestellten Messeinrichtung ME nicht zwangsläufig um eine separate Einheit, wie in der Figur angedeutet, sondern um eine insgesamt existie¬ rende Einrichtung, die in unterschiedlicher Ausprägung in einem Ausgangskonstrukt eingebettet ist. Die in der Figur ge¬ zeigte Darstellung zeigt lediglich das Grundprinzip der erfinderischen Anordnung. The battery systems BS1 and BS2 have in the present exemplary example in addition to an energy storage device such as a battery as a core component, other components that are used to measure, for example, optionally already Zellimpe ¬ impedances. In this respect are the batteries battery systems BS1 and BS2, where appropriate, conversely, the battery system BS1 and BS2 can actually composed only of ei ¬ ner battery alone. Corresponding be ¬ forced components to form the inventive arrangement are then supplement. The same applies, for example, for the AC / DC converter ADC, which is already prepared in the manner either or prepare that for this inverter in accordance needed to be impressed signals, in particular ¬ sondere special measuring signals are einschleusbar. To this extent, in the illustrated in the figure measuring device ME not necessarily be a separate unit, as indicated in the figure, but a total existie ¬-saving device which is embedded in different forms in a starting construct. The ge in the figure showed ¬ figure shows only the basic principle of the inventive arrangement.

Weiter angemerkt ist, dass eine Messeinrichtung ME gleichzei¬ tig nicht nur bei einem einzigen der Antriebsstränge zum Ein¬ satz kommen kann, sondern bei jedem. Im letzten Fall ist denkbar, dass tatsächlich nur eine einzige Messeinrichtung ME installiert ist, diese aber in einer solchen Art, dass sie in Zeitabschnitten abwechselnd bei jedem Antriebsstrang misst. Is further noted that a measuring device ME can come not only to a single one of the drive trains for a set ¬ ¬ gleichzei tig but them. In the latter case, it is conceivable that in fact only a single measuring device ME is installed, but in such a way that it measures alternately at intervals in each drive train.

Im konkreten Fall nach der Figur sind zwei Batteriesysteme BS1 und BS2 verwendet, die jeweils in einen Antriebsstrang geschaltet sind, und zwar das erste Batteriesystem BS1 zusam¬ men mit einem AC/DC-Umrichter ADC und das zweite Batteriesys¬ tem BS2 zusätzlich zusammen mit einem DC/DC-Steller DDC . Die Batteriesysteme BS1 und BS2 befinden sich dabei nach der Fi- gur jeweils an einer dem AC/DC-Umrichter ADC beziehungsweise DC/DC-Steller DDC nachgeschalteten Stelle. Ausführungsbeispiele sind denkbar, in denen nur ein einziger Antriebsstrang zum Beispiel mit einem AC/DC-Umrichter ADC oder mit einem DC/DC-Steller anwesend ist. In the specific case according to the figure, two battery systems BS1 and BS2 are used, which are respectively connected in a drive train, and that the first battery system BS1 together ¬ men with an AC / DC converter ADC and the second Batteriesys ¬ tem BS2 additionally together with a DC / DC controller DDC. The battery systems BS1 and BS2 are located after the fi- gur each at a the AC / DC converter ADC or DC / DC controller DDC downstream point. Embodiments are conceivable in which only a single drive train is present, for example, with an AC / DC converter ADC or with a DC / DC controller.

Der erste Antriebsstrang mit dem AC/DC-Umrichter ADC und dem ersten Batteriesystem BS1 treibt die ersten Verbraucher VR1. Der zweite Antriebsstrang mit dem DC/DC-Steller DDC und dem zweiten Batteriesystem BS2 treibt die zweiten VerbraucherThe first drive train with the AC / DC converter ADC and the first battery system BS1 drives the first consumers VR1. The second drive train with the DC / DC controller DDC and the second battery system BS2 drives the second consumer

VR2. Mit dem Treiben der ersten Verbraucher VR1 wird gleichzeitig das erste Batteriesystem BS1 beziehungsweise deren Energiespeicher beziehungsweise deren Batterie geladen. Glei¬ ches gilt für den zweiten Antriebsstrang, bei dem mit dem Treiben der zweiten Verbraucher VR2 gleichzeitig das zweite Batteriesystem BS2 beziehungsweise deren Energiespeicher beziehungsweise deren Batterie geladen wird. Fällt der AD/DC- Umrichter ADC beziehungsweise der DC/DC-Steller DDC aus, treibt das erste Batteriesystem BS1 die ersten Verbraucher VR1 beziehungsweise das zweite Batteriesystem BS2 die zweiten Verbraucher VR2. Das jeweils betreffende Batteriesystem beziehungsweise deren Energiespeicher beziehungsweise deren Batterie wird dabei entladen. Um die aktuelle Ladekapazität beziehungsweise den aktuellen Gesundheitszustand der Batteriesysteme zu kennen und Maßnah¬ men davon abhängig vornehmen zu können, ist eine Messeinrichtung ME unter Bildung eines Messkreises dazwischen einerseits an der DC-Seite des AC/DC-Umrichters ADC oder des DC/DC- Stellers DDC unter Aufprägen einer sinusförmigen Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder eines sinusförmigen Stroms mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Messsignal, das an das Batteriesystem BS1, BS2 gesendet wird, und ande¬ rerseits am Batteriesystem BS1, BS2 unter Ermitteln einer Stromantwort oder einer Spannungsantwort zu jedem gesendeten Messsignal angeschlossen. Dabei ist die Messeinrichtung ME ausgestaltet für ein Vorabbestimmen von auf den Messkreis wirkende, sich außerhalb des Batteriesystems BS1, BS2 befin- dende Kapazitäten oder Impedanzen, Bereinigen jeder Stromantwort oder jeder Spannungsantwort von der Wirkung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen, Ermitteln aus jeder bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsant- wort eine eingetretene Phasenverschiebung, und Ableiten aus den Phasenverschiebungen von Parametern für eine Aussage zum Ladekapazitätszustand oder zum Gesundheitszustand des Batte¬ riesystems BS1, BS2. Zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers eines Batteriesystems, das in einen elektrischen Antriebsstrang geschaltet ist, wird mit der oben erwähnten Messeinrichtung ME ein Messkreis zwischen dem AC/DC-Umrichter ADC oder dem DC/DC-Steller DDC und dem jeweils nachgeschalteten Batteriesystem BS1, BS2 gebildet. Dies erfolgt, indem auf der DC-Seite des AC/DC- Umrichters ADC oder des DC/DC-Stellers DDC eine sinusförmige Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder ein sinusförmiger Strom mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Mess- signal eingeprägt wird. Das jeweilige Messsignal wird vomVR2. With the driving of the first load VR1, the first battery system BS1 or its energy store or its battery is simultaneously charged. Sliding ¬ ches applies to the second drive train, in which at the same time the second battery system BS2 or their energy storage or its battery is charged with the driving of the second load VR2. If the AD / DC converter ADC or the DC / DC controller DDC fails, the first battery system BS1 drives the first consumers VR1 and the second battery system BS2 drives the second consumers VR2. The relevant battery system or its energy storage or its battery is discharged. To know the current carrying capacity or the current health of the battery systems and measures ¬ men to make depending on a measuring device ME to form a measuring circuit between one end on the DC side of the AC / DC converter ADC or the DC / DC Stellers DDC imprinting a sinusoidal voltage harmonic with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal that is sent to the battery system BS1, BS2, and on the other ¬ hand on the battery system BS1, BS2 under determining a current response or a voltage response to each transmitted measuring signal connected. In this case, the measuring device ME is configured for predetermining measures acting on the measuring circuit, which are outside the battery system BS1, BS2. terminating capacitances or impedances, purging each current response or voltage response from the effect of the predetermined capacitances or impedances, determining from each adjusted current response or voltage response a phase shift that has occurred, and deriving from the phase shifts of parameters indicative of the state of charge capacity or health of the Batte ¬ riesystems BS1, BS2. For determining the charging capacity and the health of an electric energy storage of a battery system, which is connected in an electric drive train, with the above-mentioned measuring device ME, a measuring circuit between the AC / DC converter ADC or the DC / DC controller DDC and the respectively downstream battery system BS1, BS2 formed. This is done by impressing on the DC side of the AC / DC converter ADC or the DC / DC adjuster DDC a sinusoidal voltage harmonic with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal. The respective measurement signal is from the

AC/DC-Umrichter ADC oder vom DC/DC-Steller DDC an das Batteriesystem BS1, BS2 gesendet. Es wird dann die Stromantwort oder die Spannungsantwort zu jedem Messsignal am Batteriesys¬ tem BS1, BS2 ermittelt. Auf den Messkreis wirkende, sich au- ßerhalb des Batteriesystems BS1, BS2 befindende Kapazitäten oder Impedanzen werden vorab bestimmt. Es wird dann jede Stromantwort oder jede Spannungsantwort von der Wirkung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen bereinigt. Aus einer jeden bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsantwort wird eine eingetretene Phasenverschiebung ermittelt, aus denen Parameter für eine Aussage zum Ladekapa¬ zitäts- oder zum Gesundheitszustand des Energiespeichers des nachgeschalteten Batteriesystems BS1, BS2 abgeleitet werden. In einem weiteren Schritt wird mit den abgeleiteten Parametern ein dem Energiespeicher des nachgeschalteten Batteriesystems BS1, BS2 zugrunde liegendes Batteriemodell nachjus¬ tiert . AC / DC converter ADC or sent from the DC / DC controller DDC to the battery system BS1, BS2. It is then determined for each measurement signal at Batteriesys ¬ tem BS1, BS2, the current response or voltage response. Capacitors or impedances acting on the measuring circuit and located outside the battery system BS1, BS2 are determined in advance. Each current response or voltage response is then adjusted for the effect of the predetermined capacitances or impedances. For each adjusted current response or any adjusted voltage response occurred a phase shift is determined from which parameters for a statement to Ladekapa ¬ zitäts- or the state of health of the energy storage of the downstream battery system BS1, BS2 are derived. In a further step, an energy storage of the downstream battery system BS1, BS2 underlying battery model nachjus ¬ advantage with the derived parameters.

Claims

Patentansprüche claims 1. Verfahren zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des 1. A method for determining the charging capacity and the Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers eines Batteriesystems, das in einen elektrischen Antriebsstrang geschaltet ist, State of health of an electrical energy store of a battery system connected in an electric drive train, - der einen AC/DC-Umrichter oder einen DC/DC-Steller aufweist, denen das Batteriesystem jeweils nachgeschaltet ist, und  - Has an AC / DC converter or a DC / DC controller, which the battery system is connected downstream, and - der Verbraucher aufweist, die über den AC/DC-Umrichter oder den DC/DC-Steller oder das Batteriesystem mit elektrischer Energie versorgt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Having the consumer, which are supplied via the AC / DC converter or the DC / DC controller or the battery system with electrical energy, characterized in that - ein Messkreis zwischen dem AC/DC-Umrichter (ADC) oder dem DC/DC-Steller (DDC) und dem jeweils nachgeschalteten Batte- riesystem (BS1; BS2) gebildet wird, indem auf der DC-Seite des AC/DC-Umrichters (ADC) oder des DC/DC-Stellers (DDC) eine sinusförmige Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder ein sinusförmiger Strom mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Messsignal eingeprägt wird,  - a measuring circuit is formed between the AC / DC converter (ADC) or the DC / DC controller (DDC) and the respective downstream battery system (BS1, BS2), on the DC side of the AC / DC converter (ADC) or the DC / DC adjuster (DDC) a sinusoidal voltage harmonic with varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency is impressed as a respective measurement signal, - das jeweilige Messsignal vom AC/DC-Umrichter (ADC) oder vom DC/DC-Steller (DDC) an das Batteriesystem (BS1; BS2) gesendet wird, the respective measuring signal is sent from the AC / DC converter (ADC) or from the DC / DC controller (DDC) to the battery system (BS1, BS2), - die Stromantwort oder die Spannungsantwort zu jedem Mess¬ signal am Batteriesystem (BS1; BS2) ermittelt wird, the current response or the voltage response to each measurement signal is determined on the battery system (BS1, BS2), - auf den Messkreis wirkende, sich außerhalb des Batteriesys¬ tems befindende Kapazitäten oder Impedanzen vorab bestimmt werden, - acting on the measuring circuit, will be determined outside the Batteriesys ¬ tems exploiting Dende capacities or impedances in advance, - jede Stromantwort oder jede Spannungsantwort von der Wir¬ kung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen berei- nigt wird, - any current response or any voltage response is Adjusted by the effect we ¬ the predetermined capacity or impedances - eine eingetretene Phasenverschiebung aus jeder bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsantwort ermit¬ telt wird, und - an event subsequent phase shift from each adjusted current response or any underlying stress response is ermit ¬ telt, and - Parameter für eine Aussage zum Ladekapazitäts- oder zum Gesundheitszustand des Energiespeichers des nachgeschalteten Batteriesystems (BS1; BS2) aus den ermittelten Phasenverschiebungen abgeleitet werden. - derived parameters for a statement about the charge capacity or health state of the energy storage of the downstream battery system (BS1, BS2) from the determined phase shifts. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass2. The method according to claim 1, characterized in that - mit den abgeleiteten Parametern ein dem Energiespeicher des nachgeschalteten Batteriesystems (BS1; BS2) zugrunde liegen¬ des Batteriemodell nachjustiert wird. - With the derived parameters of the energy storage of the downstream battery system (BS1, BS2) is based ¬ the battery model is readjusted. 3. Anordnung zum Bestimmen des Ladekapazitäts- und des 3. Arrangement for determining the charging capacity and the Gesundheitszustands eines elektrischen Energiespeichers eines Batteriesystems (BS1; BS2), das in einen elektrischen Antriebsstrang geschaltet ist, der Health state of an electrical energy storage of a battery system (BS1, BS2), which is connected in an electric drive train, the - einen AC/DC-Umrichter (ADC) oder einen DC/DC-Steller (DDC) aufweist, denen das Batteriesystem (BS1; BS2) jeweils nachge¬ schaltet ist, und - An AC / DC converter (ADC) or a DC / DC controller (DDC), which the battery system (BS1, BS2) nachge ¬ each switched, and - Verbraucher (VR1; VR2) aufweist, die über den AC/DC- Umrichter (ADC) oder den DC/DC-Steller (DDC) oder das Batte- riesystem (BS1; BS2) mit elektrischer Energie versorgt sind, dadurch gekennzeichnet, dass  - Consumers (VR1, VR2), which are supplied via the AC / DC converter (ADC) or the DC / DC controller (DDC) or the battery system (BS1; BS2) with electrical energy, characterized in that - eine Messeinrichtung (ME) unter Bildung eines Messkreises dazwischen einerseits an der DC-Seite des AC/DC-Umrichters (ADC) oder des DC/DC-Stellers (DDC) unter Aufprägen einer si- nusförmigen Spannungsoberwelle mit variierter Frequenz oder eines sinusförmigen Stroms mit variierter Frequenz als ein jeweiliges Messsignal, das an das Batteriesystem (BS1; BS2) gesendet wird, und andererseits am Batteriesystem (BS1; BS2) unter Ermitteln einer Stromantwort oder einer Spannungsant- wort zu jedem gesendeten Messsignal angeschlossen ist, wobei die Messeinrichtung (ME) ausgestaltet ist für ein  - A measuring device (ME) to form a measuring circuit therebetween on the one hand on the DC side of the AC / DC converter (ADC) or the DC / DC adjuster (DDC) to impress a sinusoidal voltage harmonic with a varied frequency or a sinusoidal current with varied frequency as a respective measurement signal sent to the battery system (BS1; BS2) and on the other hand connected to the battery system (BS1; BS2) determining a current response or a voltage response to each transmitted measurement signal, the measurement means (ME ) is designed for one - Vorabbestimmen von auf den Messkreis wirkende, sich außerhalb des Batteriesystems (BS1; BS2) befindende Kapazitäten oder Impedanzen,  Predetermining capacitors or impedances acting on the measuring circuit and located outside the battery system (BS1, BS2), - Bereinigen jeder Stromantwort oder jeder Spannungsantwort von der Wirkung der vorab bestimmten Kapazitäten oder Impedanzen, Purging of each current response or voltage response from the effect of the predetermined capacitances or impedances, - Ermitteln aus jeder bereinigten Stromantwort oder jeder bereinigten Spannungsantwort eine eingetretene Phasenverschie- bung, und  Determining from each adjusted current response or each adjusted voltage response an occurred phase shift, and - Ableiten aus den Phasenverschiebungen von Parametern für eine Aussage zum Ladekapazitätszustand oder zum Gesundheits¬ zustand des Batteriesystems (BS1; BS2). - deriving from the phase shifts of parameters for a statement on the state of charge capacity or health ¬ state of the battery system (BS1; BS2).
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