DE102010003421A1 - Energy storage device operating method for e.g. hybrid car, involves determining initial sizes of energy storage voltage and current, determining two state of charge, and determining state of charge loss dependent on two state of charge - Google Patents

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Abstract

The method involves determining initial sizes (U, I) of detected energy storage voltage and current, respectively. A state of charge (SOC) of an energy storage device (10) is determined depending on the initial size of detected energy storage voltage. Another state of charge (SOCi) of the energy storage device is determined depending on an initial value and the initial size of current, where the value is representative of the former state of charge at the end of a previous operation phase. A state of charge loss (deltaSOC) is determined dependent on the two state of charge. An independent claim is also included for a device for operating an energy storage device during a current operating phase.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers, bei dem beziehungsweise bei der ein erster Ladezustand und ein zweiter Ladezustand eines Energiespeichers ermittelt werden.The invention relates to a method and a device for operating an energy store, in which or in which a first state of charge and a second state of charge of an energy store are determined.

Aufgrund einer geringen CO2-Emission nimmt das Interesse an batteriebetriebenen Fahrzeugen, insbesondere an Fahrzeugen mit Hybridantrieb, sehr stark zu. Fahrzeuge mit Hybridantrieb weisen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen einen zusätzlichen Energiespeicher auf, in welchem zurückgewonnene Energie abgespeichert werden kann. Für die Funktion von batteriebetriebenen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen spielt die Leistungsfähigkeit des Energiespeichers eine wesentliche Rolle. Viele moderne Energiespeichersysteme, die beispielsweise in Hybridfahrzeugen und Batteriefahrzeugen eingesetzt werden, verfügen über eine Überwachungs- und Batteriemanagementelektronik.Due to low CO 2 emissions, interest in battery-powered vehicles, especially hybrid-powered vehicles, is growing rapidly. Vehicles with hybrid drive have in comparison to conventional vehicles on an additional energy storage in which recovered energy can be stored. For the function of battery-powered vehicles and hybrid vehicles, the performance of the energy storage plays an essential role. Many modern energy storage systems used in hybrid vehicles and battery vehicles, for example, have monitoring and battery management electronics.

S. H. Choi, J. Kim, Y. Yoon, Self-discharge analysis of LiCoCO2 for lithium batteries, Journal of Power Sources 138 (2004), Seite 283 bis 287 offenbart eine experimentelle Ermittlung einer Selbstentladung verschiedener Li/LiCoCO2 Energiespeicherzellen, die jeweils unterschiedliche Partikelgrößen aufweisen. Zum Ermitteln der Selbstentladung wird ein Absinken einer Ruhespannung der Energiespeicher ausgewertet. SH Choi, J. Kim, Y. Yoon, Self-discharge analysis of LiCoCO2 for lithium batteries, Journal of Power Sources 138 (2004), pages 283 to 287 discloses an experimental determination of self-discharge of various Li / LiCoCO 2 energy storage cells, each having different particle sizes. To determine the self-discharge, a drop in a quiescent voltage of the energy store is evaluated.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers zu schaffen, das beziehungsweise die einen Beitrag leistet, den Energiespeicher zuverlässig zu betreiben.The object on which the invention is based is to provide a method and a device for operating an energy store which makes a contribution to operating the energy store reliably.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers. Während einer aktuellen Betriebsphase des Energiespeichers wird eine erste Betriebsgröße ermittelt, die repräsentativ ist für eine erfasste Energiespeicherspannung, und eine zweite Betriebsgröße, die repräsentativ ist für einen erfassten Energiespeicherstrom. Während der aktuellen Betriebsphase des Energiespeichers wird abhängig von zumindest der ersten Betriebsgröße ein erster Ladezustand des Energiespeichers ermittelt. Des Weiteren wird abhängig von einem vorgegebenen ersten Anfangswert und zumindest der zweiten Betriebsgröße, jedoch unabhängig von der ersten Betriebsgröße, ein zweiter Ladezustand des Energiespeichers ermittelt, wobei der erste Anfangswert repräsentativ ist für den ersten Ladezustand des Energiespeichers am Ende einer vorangegangenen Betriebsphase. Dabei sind die vorangegangene Betriebsphase und die aktuelle Betriebsphase durch eine Ruhephase getrennt. Abhängig von dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand wird ein Ladezustandsverlust ermittelt.The invention is characterized by a method and a corresponding device for operating an energy store. During a current operating phase of the energy store, a first operating variable representative of a sensed energy storage voltage and a second operating variable representative of a sensed energy storage current are determined. During the current operating phase of the energy store, a first state of charge of the energy store is determined as a function of at least the first operating variable. Furthermore, depending on a predetermined first initial value and at least the second operating variable, but independent of the first operating variable, a second state of charge of the energy store is determined, wherein the first initial value is representative of the first state of charge of the energy store at the end of a previous operating phase. The previous operating phase and the current operating phase are separated by a rest phase. Depending on the first state of charge and the second state of charge, a state of charge loss is determined.

Vorzugsweise wird der erste Ladezustand auch abhängig von der zweiten Betriebsgröße ermittelt. Die erste Betriebsgröße ist beispielsweise die analog-digital gewandelte Energiespeicherspannung und die zweite Betriebsgröße der analog-digital gewandelte Energiespeicherstrom. Es ist auch möglich, dass die erfasste Energiespeicherspannung und der erfasste Energiespeicherstrom mittels einer Signalaufbereitungseinheit weiterverarbeitet werden, beispielsweise gefiltert werden. Durch ein Berücksichtigen der ersten Betriebsgröße beim Ermitteln des ersten Ladezustands und ein Nichtberücksichtigen der ersten Betriebsgröße beim Ermitteln des zweiten Ladezustands kann ein Ladezustandsverlust bestimmt werden unter Nutzung der Erkenntnis, dass der zweite Ladezustand Ladeverluste während der Ruhephase nicht berücksichtigt. Durch einen Vergleich des ersten Ladezustands mit dem zweiten Ladezustand kann so vorteilhafterweise der Ladezustandsverlust des Energiespeichers während der Ruhephase, die zwischen der vorangegangenen und der aktuellen Betriebsphase liegt, nahezu fehlerfrei bestimmt werden. Beispielsweise überwiegt im Laufe einer Fahrzeuglebensdauer eine Gesamtdauer der Ruhephasen deutlich eine Gesamtdauer der Betriebsphasen. Ein Großteil einer Selbstentladung des Energiespeichers findet somit in den Ruhephasen statt. Während der Betriebsphase ist beispielsweise eine Energiespeicherelektronik aktiv und ein Energiespeicherstromkreis über eine an den Energiespeicher angeschlossene Last geschlossen. Während der Ruhephase ist dagegen der Energiespeicherstromkreis über eine an den Energiespeicher angeschlossene Last nicht geschlossen.Preferably, the first state of charge is also determined depending on the second operating variable. The first operating variable is, for example, the analog-digitally converted energy storage voltage and the second operating variable the analog-digitally converted energy storage current. It is also possible for the detected energy storage voltage and the detected energy storage current to be processed further by means of a signal conditioning unit, for example by being filtered. By taking into account the first operating variable when determining the first state of charge and disregarding the first operating variable when determining the second state of charge, a state of charge loss can be determined using the knowledge that the second state of charge does not take account of charging losses during the idle phase. By comparing the first state of charge with the second state of charge, the charge state loss of the energy store during the idle phase, which lies between the preceding and the current operating phase, can thus advantageously be determined virtually without errors. For example, in the course of a vehicle life a total duration of the rest periods clearly outweighs a total duration of the operating phases. A large part of a self-discharge of the energy storage thus takes place in the resting phases. During the operating phase, for example, energy storage electronics are active and an energy storage circuit is closed via a load connected to the energy store. During the resting phase, however, the energy storage circuit is not closed via a load connected to the energy storage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird frühestens nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer ab Beginn der aktuellen Betriebsphase abhängig von dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand der Ladezustandsverlust ermittelt. Dies ermöglicht den Ladezustandsverlust unter Berücksichtigung von möglichen Einschwingzeiten zu ermitteln.According to an advantageous embodiment of the invention, the state of charge state is determined at the earliest after a predetermined first period of time from the beginning of the current operating phase as a function of the first state of charge and the second state of charge. This allows to determine the state of charge loss taking into account possible settling times.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Ladezustand ermittelt mittels eines Zustandsschätzers abhängig von der ersten Betriebsgröße. Bei der Zustandsschätzung wird angenommen, dass zumindest die erste Betriebsgröße Rauschanteile aufweist und der erste Ladezustand geschätzt und nicht deterministisch ermittelt wird. Die Zustandsschätzung weist eine Einschwingzeit auf. Vorteilhafterweise wird die erste Zeitdauer gleich der Einschwingzeit der Zustandsschätzung gewählt. According to a further advantageous embodiment of the invention, the first state of charge is determined by means of a state estimator depending on the first operating variable. In the state estimation, it is assumed that at least the first operating variable has noise components and the first state of charge is estimated and determined non-deterministically. The state estimation has a settling time. Advantageously, the first time duration is selected equal to the settling time of the state estimate.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Zustandsschätzer ein Kalman-Filter. Das Kalman-Filter ist ein lineares Filter und ermöglicht eine einfache Realisierung.According to a further advantageous embodiment of the invention, the state estimator comprises a Kalman filter. The Kalman filter is a linear filter and allows for easy implementation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite Ladezustand ermittelt abhängig von einer Integration der zweiten Betriebsgröße. Das Ermitteln des zweiten Ladezustands abhängig von der Integration der zweiten Betriebsgröße hat den Vorteil, dass eine Ladezustandsänderung durch Laden oder Entladen des Energiespeichers während der Betriebsphase unter Berücksichtigung des vorgegebenen ersten Anfangswerts einfach ermittelt werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, the second state of charge is determined depending on an integration of the second operating variable. The determination of the second state of charge as a function of the integration of the second operating variable has the advantage that a state of charge change can be easily determined by charging or discharging the energy store during the operating phase taking into account the predetermined first initial value.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein mittlerer Selbstentladungsstrom ermittelt abhängig von dem Ladezustandsverlust und einer Ruhephasendauer, die repräsentativ ist für eine Zeitdauer zwischen der aktuellen und der vorangegangenen Betriebsphase.According to a further advantageous embodiment of the invention, a mean self-discharge current is determined as a function of the state of charge loss and a resting phase duration, which is representative of a period of time between the current and the preceding operating phase.

Vorteilhafterweise kann mit Hilfe des ermittelten mittleren Selbstentladungsstroms abgeschätzt werden, wie lange eine mögliche Ruhephase des Energiespeichers maximal zeitlich andauern darf, bis der Energiespeicher einen kritischen Ladezustand unterschreitet. Der kritische Ladezustand kann beispielsweise charakterisiert werden als ein Ladezustand, bei dem zumindest eine Funktionalität des Energiespeichers beeinträchtigt ist, beispielsweise bei dem ein Zustart eines Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor eines Hybridfahrzeugs nicht mehr möglich ist. Des Weiteren kann mit Hilfe des ermittelten mittleren Selbstentladungsstroms eine Abschätzung eines Alterungszustands des Energiespeichers durchgeführt werden, beispielsweise unter Zuhilfenahme von energiespeicherspezifischen Alterungskennlinien.Advantageously, it can be estimated with the aid of the determined average self-discharge current, how long a possible rest phase of the energy store may last at most until the energy store falls below a critical state of charge. The critical state of charge can be characterized, for example, as a state of charge, in which at least one functionality of the energy store is impaired, for example, in which it is no longer possible to start an internal combustion engine by an electric motor of a hybrid vehicle. Furthermore, an estimate of an aging state of the energy store can be carried out with the aid of the determined average self-discharge current, for example with the aid of energy storage-specific aging characteristics.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der erste Ladezustand abhängig von einer weiteren Betriebsgröße ermittelt. Beispielsweise kann die weitere Betriebsgröße repräsentativ sein für eine gemessene Energiespeichertemperatur. Die Nutzung einer weiteren Betriebsgröße kann einen Beitrag leisten, Fehlschätzungen des ersten Ladezustands durch den Zustandsschätzer zu verringern.According to a further advantageous embodiment of the invention, the first state of charge is determined depending on a further operating variable. For example, the further operating variable may be representative of a measured energy storage temperature. The use of a further operating variable may contribute to reducing mis estimates of the first state of charge by the state estimator.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite Ladezustand abhängig von der weiteren Betriebsgröße ermittelt. Beispielsweise kann die weitere Betriebsgröße repräsentativ sein für eine gemessene Energiespeichertemperatur. Dadurch kann beispielsweise ein Beitrag geleistet werden, den zweiten Ladezustand des Energiespeichers genauer zu bestimmen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the second state of charge is determined depending on the further operating variable. For example, the further operating variable may be representative of a measured energy storage temperature. As a result, for example, a contribution can be made to more accurately determine the second state of charge of the energy store.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in vorgegebenen Zeitabschnitten eine Energiespeichertemperatur ermittelt sowie während zumindest einer Betriebsphase jeweils zu dem vorgegebenen ersten Zeitpunkt der Ladezustandsverlust ermittelt und abhängig von den jeweiligen Energiespeichertemperaturen und den jeweiligen Ladezustandsverlusten temperaturabhängige Selbstentladungsströme ermittelt. Mit Hilfe der ermittelten Energiespeichertemperaturen kann ein Temperaturhistogramm erstellt werden, insbesondere für die Ruhephasen des Energiespeichers. Das Temperaturhistogramm weist beispielsweise für spezifische Temperaturbereiche jeweils eine kumulierte zeitliche Dauer auf, während derer der Energiespeicher jeweils den spezifischen Temperaturbereich aufweist. Vorteilhafterweise wird zu Beginn der jeweiligen Betriebsphase das Temperaturhistogramm aktualisiert. Eine Anzahl der spezifischen Temperaturbereiche und eine Anzahl der kumulierten Ruhephasen kann jeweils anwendungsspezifisch festgelegt werden. Das Temperaturhistogramm weist beispielsweise minimal drei bis maximal sieben spezifische Temperaturbereiche auf und beispielsweise wird das Temperaturhistogramm jeweils für minimal drei bis maximal sieben Ruhephasen ermittelt. Vorteilhafterweise kann so eine Temperaturabhängigkeit der jeweiligen Selbstentladungsströme des Energiespeichers während einer oder mehrerer Ruhephasen ermittelt werden. Wird die Anzahl der Ruhephasen und die Anzahl der spezifischen Temperaturbereiche gleich gewählt, ist die Berechnung der temperaturabhängigen Selbstentladungsströme sehr einfach möglich. Durch die Kenntnis der Temperaturabhängigkeit der Selbstentladung des Energiespeichers während der Ruhephasen ist es möglich, den Alterungszustand und eine maximale Ruhephasendauer des Energiespeichers abhängig von den Energiespeichertemperaturen und beispielsweise zusätzlich oder alternativ unter Berücksichtigung der jeweiligen Umgebungstemperatur zu ermitteln.According to a further advantageous embodiment of the invention, an energy storage temperature is determined at predetermined periods and determined during at least one operating phase in each case at the predetermined first time of state of charge loss and determined depending on the respective energy storage temperatures and the respective state of charge loss temperature-dependent self-discharge. With the help of the determined energy storage temperatures, a temperature histogram can be created, in particular for the resting phases of the energy storage. The temperature histogram has, for example for specific temperature ranges, in each case a cumulative time duration during which the energy store in each case has the specific temperature range. Advantageously, the temperature histogram is updated at the beginning of the respective operating phase. A number of the specific temperature ranges and a number of cumulative dwell phases may be specified for each application. The temperature histogram has, for example, a minimum of three to a maximum of seven specific temperature ranges and, for example, the temperature histogram is determined in each case for a minimum of three to a maximum of seven rest periods. Advantageously, such a temperature dependence of the respective self-discharge currents of the energy store can be determined during one or more rest periods. If the number of rest periods and the number of specific temperature ranges are chosen to be the same, it is very easy to calculate the temperature-dependent self-discharge currents. By knowing the temperature dependence of the self-discharge of the energy store during the rest phases, it is possible to determine the aging state and a maximum rest period of the energy storage depending on the energy storage temperatures and, for example, additionally or alternatively taking into account the respective ambient temperature.

Ausführungsbeispiele von Ausgestaltungen der Erfindung sind im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Energiespeichers 10 in Verbindung mit einer Messeinrichtung 200 und dem Energiespeicher 10, 1 a first embodiment of a device 100 to operate an energy storage 10 in connection with a measuring device 200 and the energy storage 10 .

2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zum Betreiben des Energiespeichers 10 in Verbindung mit der Messeinrichtung 200 und dem Energiespeicher 10 und 2 A second embodiment of the device 100 to operate the energy storage 10 in connection with the measuring device 200 and the energy storage 10 and

3 ein Temperaturhistogramm, ein Ladezustandsverlustdiagramm und ein Diagramm eines temperaturabhängigen Selbstentladungsstroms ISD. 3 a temperature histogram, a state of charge loss diagram and a diagram of a temperature-dependent self-discharge current ISD.

1 zeigt eine Messeinheit 200 und eine Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Energiespeichers 10. Die Messeinheit 200 ist beispielsweise ausgebildet, eine Energiespeicherspannung und einen Energiespeicherstrom zu erfassen. Die Messeinheit 200 kann beispielsweise auch ausgebildet sein, weitere Messgrößen zu erfassen, beispielsweise eine Energiespeichertemperatur Temp. 1 shows a measuring unit 200 and a device 100 to operate an energy storage 10 , The measuring unit 200 For example, it is designed to detect an energy storage voltage and an energy storage current. The measuring unit 200 For example, it may also be designed to detect further measured variables, for example an energy storage temperature Temp.

Die Vorrichtung 100 zum Betreiben des Energiespeichers 10 weist beispielsweise eine Signalaufbereitungseinheit 105, eine Ladezustandseinheit 110 und eine erste Auswerteeinheit 160 auf.The device 100 to operate the energy storage 10 has, for example, a signal conditioning unit 105 , a state of charge unit 110 and a first evaluation unit 160 on.

Die Signalaufbereitungseinheit 105 ist beispielsweise ausgebildet, eine erste Betriebsgröße U zu ermitteln, die repräsentativ ist für die gemessene Energiespeicherspannung und eine zweite Betriebsgröße I zu ermitteln, die repräsentativ ist für den gemessen Energiespeicherstrom. Die Signalaufbereitungseinheit 105 kann beispielsweise ein Filter zur Unterdrückung von Messrauschen aufweisen.The signal conditioning unit 105 For example, it is designed to determine a first operating variable U, which is representative of the measured energy storage voltage and to determine a second operating variable I, which is representative of the measured energy storage current. The signal conditioning unit 105 For example, it may include a filter for suppressing measurement noise.

Die Ladezustandseinheit 110 umfasst beispielsweise einen Zustandsschätzer 130, eine Integrationseinheit 140, eine Summationseinheit 150 und eine Zeitgebereinheit 120.The charge status unit 110 includes, for example, a state estimator 130 , an integration unit 140 , a summation unit 150 and a timer unit 120 ,

Der Zustandsschätzer 130 ist gekoppelt mit der Signalaufbereitungseinheit 105. Dem Zustandsschätzer 130 wird die erste Betriebsgröße U, vorzugsweise auch die zweite Betriebsgröße I, zugeführt. Der Zustandsschätzer 130 ist ausgebildet, abhängig von der ersten Betriebsgröße U, vorzugsweise auch abhängig von der zweiten Betriebsgröße I, einen ersten Ladezustand SOC zu ermitteln. Der Zustandsschätzer 130 kann beispielsweise als Kalman-Filter ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass dem Zustandsschätzer 130 ergänzend zu der ersten Betriebsgröße U zusätzlich oder alternativ zu der zweiten Betriebsgröße I zumindest eine weitere Betriebsgröße zugeführt wird und der erste Ladezustand SOC abhängig von der ersten Betriebsgröße U und zumindest der weiteren Betriebsgröße ermittelt wird.The state estimator 130 is coupled with the signal conditioning unit 105 , The state estimator 130 the first operating variable U, preferably also the second operating variable I, is supplied. The state estimator 130 is formed, depending on the first operating variable U, preferably also dependent on the second operating variable I, to determine a first state of charge SOC. The state estimator 130 For example, it can be designed as a Kalman filter. It is also possible that the state estimator 130 in addition to the first operating variable U, in addition to or as an alternative to the second operating variable I, at least one further operating variable is supplied and the first charging state SOC is determined as a function of the first operating variable U and at least the further operating variable.

Die Integrationseinheit 140 ist beispielsweise gekoppelt mit der Signalaufbereitungseinheit 105. Der Integrationseinheit 140 wird die zweite Betriebsgröße I zugeführt. Die Integrationseinheit 140 ist ausgebildet, abhängig von einem vorgegebenen ersten Anfangswert und der zweiten Betriebsgröße I, jedoch unabhängig von der ersten Betriebsgröße U, einen zweiten Ladezustand SOCi zu ermitteln. Der Anfangswert ist beispielsweise der erste Ladezustand SOC des Energiespeichers 10 am Ende einer vorangegangenen Betriebsphase, wobei die vorangegangene Betriebsphase und die aktuelle Betriebsphase durch eine Ruhephase getrennt sind. Es ist auch möglich, dass der Integrationseinheit 140 ergänzend zu der zweiten Betriebsgröße I zumindest eine weitere Betriebsgröße, jedoch nicht die erste Betriebsgröße U, zugeführt wird und der zweite Ladezustand SOCi abhängig von der zweiten Betriebsgröße I und zumindest der weiteren Betriebsgröße ermittelt wird.The integration unit 140 is for example coupled with the signal conditioning unit 105 , The integration unit 140 the second operating variable I is supplied. The integration unit 140 is formed, depending on a predetermined first initial value and the second operating variable I, but independent of the first operating variable U, to determine a second state of charge SOCi. The initial value is, for example, the first state of charge SOC of the energy store 10 at the end of a previous operating phase, wherein the preceding operating phase and the current operating phase are separated by a rest phase. It is also possible that the integration unit 140 in addition to the second operating variable I at least one further operating variable, but not the first operating variable U, is supplied and the second state of charge SOCi is determined depending on the second operating variable I and at least the further operating variable.

Die Summationseinheit 150 ist beispielsweise gekoppelt mit dem Zustandsschätzer 130 und der Integrationseinheit 140. Der Summationseinheit 150 werden so der erste Ladezustand SOC und der zweite Ladezustand SOCi zugeführt. Die Summationseinheit 150 ist beispielsweise ausgebildet, einen Ladezustandsverlust ΔSOC zu ermitteln, der gleich der Differenz zwischen dem ersten Ladezustand SOC und dem zweiten Ladezustand SOCi ist. Das Ermitteln des Ladezustandsverlusts ΔSOC erfolgt beispielsweise frühestens nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer ab Beginn der aktuellen Betriebsphase, wobei die erste Zeitdauer eine Einschwingzeit des Zustandsschätzers 130 ist.The summation unit 150 is, for example, coupled with the state estimator 130 and the integration unit 140 , The summation unit 150 Thus, the first state of charge SOC and the second state of charge SOCi are supplied. The summation unit 150 For example, it is configured to determine a state of charge loss ΔSOC which is equal to the difference between the first state of charge SOC and the second state of charge SOCi. The determination of the state of charge loss ΔSOC takes place, for example, at the earliest after a predetermined first period of time from the start of the current operating phase, wherein the first time duration is a settling time of the state estimator 130 is.

Die Zeitgebereinheit 120 ist beispielsweise ausgebildet, jeweils eine Ruhephasendauer t, die repräsentativ ist für eine Zeitdauer zwischen der aktuellen und der vorangegangenen Betriebsphase, zu ermitteln.The timer unit 120 For example, it is designed to determine in each case a rest period t, which is representative of a period of time between the current and the preceding operating phase.

Die erste Auswerteeinheit 160 weist beispielsweise eine Stromberechnungseinheit 163 auf. Die Stromberechnungseinheit 163 ist gekoppelt mit der Summationseinheit 150 und der Zeitgebereinheit 120. Der Stromberechnungseinheit 163 werden jeweils der Ladezustandsverlust ΔSOC und die Ruhephasendauer t zugeführt. Die Stromberechnungseinheit 163 ist ausgebildet, beispielsweise abhängig von einem Verhältnis des Ladezustandsverlusts ΔSOC zu der Ruhephasendauer t einen mittleren Selbstentladungsstrom ISE zu ermitteln. Die erste Auswerteeinheit 160 kann beispielsweise eine Ergänzungseinheit, die in 1 nicht dargestellt ist, aufweisen, die ausgebildet ist, abhängig von dem mittleren Selbstentladungsstrom ISE zu ermitteln, wie lange eine mögliche Ruhephase des Energiespeichers maximal zeitlich andauern kann, bis der Energiespeicher einen kritischen Ladezustand unterschreitet. Des Weiteren kann die Ergänzungseinheit ausgebildet sein, mit Hilfe des ermittelten mittleren Selbstentladungsstroms ISE einen Alterungszustand des Energiespeichers abzuschätzen, beispielsweise unter Zuhilfenahme von energiespezifischen Alterungskennlinien, die beispielsweise in einer Speichereinheit abgespeichert sind.The first evaluation unit 160 has, for example, a current calculation unit 163 on. The current calculation unit 163 is coupled to the summation unit 150 and the timer unit 120 , Of the Current calculation unit 163 In each case, the state of charge loss ΔSOC and the rest phase duration t are supplied. The current calculation unit 163 is designed, for example, to determine a mean self-discharge current ISE, depending on a ratio of the state of charge loss ΔSOC to the resting phase duration t. The first evaluation unit 160 For example, a supplementary unit that is in 1 is not shown, which is designed to determine depending on the average self-discharge current ISE, how long a possible rest phase of the energy storage can last a maximum of time until the energy storage falls below a critical state of charge. Furthermore, the supplementary unit can be designed to estimate an aging state of the energy store with the aid of the determined mean self-discharge current ISE, for example with the aid of energy-specific aging characteristics which are stored, for example, in a memory unit.

Die Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Energiespeichers 10 kann beispielsweise als Recheneinheit mit einem Programm- und Datenspeicher ausgebildet sein.The device 100 to operate an energy storage 10 For example, it can be designed as a computer unit with a program and data memory.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zum Betreiben eines Energiespeichers 10 in Verbindung mit einem Energiespeicher 10, einer Messeinheit 200 und einer Temperaturmesseinheit 300. 2 shows a second embodiment of the device 100 to operate an energy storage 10 in conjunction with an energy storage 10 , a measurement unit 200 and a temperature measuring unit 300 ,

Die Temperaturmesseinheit 300 ist beispielsweise ausgebildet, eine Energiespeichertemperatur Temp in vorgegebenen Zeitabständen, insbesondere während einer Ruhephase, zu messen. Beispielsweise wird die Energiespeichertemperatur Temp in regelmäßigen Zeitabständen gemessen. Werden die vorgegebenen Zeitabstände jeweils gleich gewählt, hat dies den Vorteil, dass für die weitere Verarbeitung von Messwerten, die Zeitabstände nicht zwischengespeichert werden müssen. Beispielsweise kann vorgegeben werden, dass die Energiespeichertemperatur Temp stündlich gemessen wird.The temperature measuring unit 300 For example, it is designed to measure an energy storage temperature Temp at predetermined time intervals, in particular during a rest phase. For example, the energy storage temperature Temp is measured at regular intervals. If the predetermined time intervals are selected the same, this has the advantage that the time intervals do not have to be temporarily stored for the further processing of measured values. For example, it can be specified that the energy storage temperature Temp is measured every hour.

Das in 2 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 zum Betreiben des Energiespeichers 10 weist die Ladezustandseinheit 110 und eine zweite Auswerteeinheit 190 auf. Die Messeinheit 200 und die Ladezustandseinheit 110 sind beispielsweise analog zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet.This in 2 shown second embodiment of the device 100 to operate the energy storage 10 indicates the state of charge unit 110 and a second evaluation unit 190 on. The measuring unit 200 and the state of charge unit 110 are for example analogous to that in 1 formed first embodiment shown.

Die zweite Auswerteeinheit weist beispielsweise eine Histogrammeinheit 191, eine Vektoreinheit 193 und eine Stromeinheit 195 auf.The second evaluation unit has, for example, a histogram unit 191 , a vector unit 193 and a power unit 195 on.

Die Histogrammeinheit 191 ist gekoppelt mit der Temperaturmesseinheit 300, der Zeitgebereinheit 120 und der Summationseinheit 150. Die Histogrammeinheit 191 ist ausgebildet, abhängig von der jeweiligen Ruhephasendauer der Ruhephase und den gemessenen Energiespeichertemperaturen Temp ein Temperaturhistogramm für den Energiespeicher 10 zu ermitteln. Das Temperaturhistogramm gibt jeweils eine kumulierte Dauer an, wie lange der Energiespeicher 10 beispielsweise während mehrerer Ruhephasen einen spezifischen Temperaturbereich aufweist. Das Ermitteln des Temperaturhistogramms erfolgt beispielsweise für mehrere aufeinanderfolgende Ruhephasen. Beispielsweise werden drei Ruhephasen ausgewertet und drei spezifische Temperaturbereiche vorgegeben. Hierzu wird während jeder Ruhephase in den vorgegebenen Zeitabständen die Energiespeichertemperatur Temp gemessen und abgespeichert. Anschließend wird für den jeweiligen spezifischen Temperaturbereich ermittelt, wie lange jeweils während der drei Ruhephasen der Energiespeicher den jeweiligen spezifischen Temperaturbereich aufweist. Wird zu Beginn der jeweiligen Betriebsphase das Temperaturhistogramm aktualisiert, hat dies den Vorteil, dass aktuelle Werte zur Verfügung stehen und ein Speicherplatzbedarf gering gehalten werden kann. Unter Berücksichtigung von beispielsweise drei Ruhephasen und drei spezifischen Temperaturbereichen kann das Temperaturhistogramm mit Hilfe einer 3×3-Matrix gemäß Gleichung Gl. 1 dargestellt werden:

Figure 00120001
The histogram unit 191 is coupled with the temperature measuring unit 300 , the timer unit 120 and the summation unit 150 , The histogram unit 191 is formed, depending on the respective rest period of the rest phase and the measured energy storage temperatures Temp a temperature histogram for the energy storage 10 to investigate. The temperature histogram indicates in each case a cumulative duration, how long the energy store 10 for example, has a specific temperature range during several rest periods. The determination of the temperature histogram, for example, for several consecutive periods of rest. For example, three resting phases are evaluated and given three specific temperature ranges. For this purpose, the energy storage temperature Temp is measured and stored during each resting phase in the predetermined time intervals. Subsequently, it is determined for the respective specific temperature range how long the energy store has the respective specific temperature range during the three rest phases. If the temperature histogram is updated at the beginning of the respective operating phase, this has the advantage that current values are available and storage space requirements can be kept low. Taking into account, for example, three resting phases and three specific temperature ranges, the temperature histogram can be determined using a 3 × 3 matrix according to Equation Eq. 1:
Figure 00120001

Die Vektoreinheit 193 ist gekoppelt mit der Summationseinheit 150. Die Vektoreinheit 193 weist beispielsweise eine Speichereinheit auf, in der die Ladezustandsverluste ΔSOC der Ruhephasen zwischengespeichert werden.The vector unit 193 is coupled to the summation unit 150 , The vector unit 193 has, for example, a memory unit in which the state of charge losses ΔSOC of the rest phases are temporarily stored.

Die Stromeinheit 195 ist ausgebildet, jeweils abhängig von den ermittelten Ladezustandsverlusten ΔSOC während der Ruhephasen und abhängig von dem Temperaturhistogramm einen temperaturabhängigen Selbstentladungsstrom ISD beispielsweise gemäß Gleichung Gl. 2 für den jeweiligen spezifischen Temperaturbereich zu ermitteln.The power unit 195 is formed, depending on the determined state of charge losses ΔSOC during the resting phases and depending on the temperature histogram a temperature-dependent Self-discharge current ISD, for example, according to equation Eq. 2 for each specific temperature range to determine.

Figure 00120002
Figure 00120002

Ist die Anzahl der zu berücksichtigenden spezifischen Temperaturbereiche und die Anzahl der zu berücksichtigenden Ruhephasen gleich und kann somit das Temperaturhistogramm mittels einer quadratischen Matrix dargestellt werden, kann der temperaturabhängige Selbstentladungsstrom ISD kann nach Gleichung Gl. 2 ermittelt werden. Kann das Temperaturhistogramm nicht mittels einer quadratischen Matrix dargestellt werden, da die Anzahl der spezifischen Temperaturbereiche und die Anzahl der Ruhephasen verschieden sind, kann der temperaturabhängige Selbstentladungsstrom ISD beispielsweise numerisch berechnet werden.If the number of specific temperature ranges to be considered and the number of quiescent phases to be taken into account are the same, and thus the temperature histogram can be represented by means of a square matrix, the temperature-dependent self-discharge current ISD can be calculated according to Eq. 2 are determined. If the temperature histogram can not be represented by means of a square matrix, since the number of specific temperature ranges and the number of rest periods are different, the temperature-dependent self-discharge current ISD can be numerically calculated, for example.

3a zeigt ein Beispiel für das Temperaturhistogramm das drei Ruhephasen und drei spezifische Temperaturbereiche berücksichtigt. 3a shows an example of the temperature histogram taking into account three rest periods and three specific temperature ranges.

3b zeigt den ermittelten Ladezustandsverlust ΔSOC für drei Ruhephasen abhängig von einer jeweiligen Ruhephasendauer t1, t2, t3. 3b shows the determined state of charge loss ΔSOC for three periods of rest depending on a respective rest phase duration t1, t2, t3.

3c zeigt den für den jeweiligen spezifischen Temperaturbereich über die drei Ruhephasen kumulierten temperaturabhängigen Selbstentladungsstrom ISD. 3c shows the cumulative for the specific temperature range over the three rest periods temperature-dependent self-discharge current ISD.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Energiespeicherenergy storage
100100
Vorrichtung zum Betreiben eines EnergiespeichersDevice for operating an energy store
105105
SignalaufbereitungseinheitSignal conditioning unit
110110
LadezustandseinheitSOC unit
120120
ZeitgebereinheitTimer unit
130130
LadezustandsschätzerCharge state estimator
140140
Integrationseinheitintegration unit
150150
SummationseinheitSummation unit
160160
erste Auswerteeinheitfirst evaluation unit
163163
StromberechungseinheitStromberechungseinheit
190190
zweite Auswerteeinheitsecond evaluation unit
191191
Histogrammeinheithistogram unit
193193
Vektoreinheitvector unit
195195
Stromeinheitpower unit
200200
Messeinheitmeasuring unit
300300
TemperaturmesseinheitTemperature measurement unit
HH
Temperaturhistogramm-MatrixTemperature histogram matrix
II
zweite Betriebsgrößesecond farm size
ISEISE
SelbstentladungsstromSelf-discharge current
ISDISD
temperaturabhängiger Selbstentladungsstromtemperature-dependent self-discharge current
SS
Ladezustandsverlust-VektorSOC loss vector
SOCSOC
erster Ladezustandfirst charge state
SOCiSoci
zweiter Ladezustandsecond charge state
tt
RuhephasendauerDormancy period
TempTemp
EnergiespeichertemperaturEnergy storage temperature
UU
erste Betriebsgrößefirst farm size
ΔSOC.DELTA.SOC
LadezustandsverlustSOC loss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • S. H. Choi, J. Kim, Y. Yoon, Self-discharge analysis of LiCoCO2 for lithium batteries, Journal of Power Sources 138 (2004), Seite 283 bis 287 [0003] SH Choi, J. Kim, Y. Yoon, Self-discharge analysis of LiCoCO 2 for lithium batteries, Journal of Power Sources 138 (2004), pages 283 to 287 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers (10), bei dem während einer aktuellen Betriebsphase des Energiespeichers (10) – eine erste Betriebsgröße (U) ermittelt wird, die repräsentativ ist für eine erfasste Energiespeicherspannung, – eine zweite Betriebsgröße (I) ermittelt wird, die repräsentativ ist für einen erfassten Energiespeicherstrom, – abhängig von zumindest der ersten Betriebsgröße (U) ein erster Ladezustand (SOC) des Energiespeichers (10) ermittelt wird, – abhängig von einem vorgegebenen ersten Anfangswert und zumindest der zweiten Betriebsgröße (I), jedoch unabhängig von der ersten Betriebsgröße (U), ein zweiter Ladezustand (SOCi) des Energiespeichers (10) ermittelt wird, wobei der erste Anfangswert repräsentativ ist für den ersten Ladezustand (SOC) des Energiespeichers (10) am Ende einer vorangegangenen Betriebsphase, die durch eine Ruhephase von der aktuellen Betriebsphase getrennt ist, und – abhängig von dem ersten Ladezustand (SOC) und dem zweiten Ladezustand (SOCi) ein Ladezustandsverlust (ΔSOC) ermittelt wird.Method for operating an energy store ( 10 ), during which during a current operating phase of the energy store ( 10 ) - a first operating variable (U) is determined, which is representative of a detected energy storage voltage, - a second operating variable (I) is determined, which is representative of a detected energy storage current, - depending on at least the first operating variable (U), a first state of charge (SOC) of the energy store ( 10 ) is determined, depending on a predetermined first initial value and at least the second operating variable (I), but independent of the first operating variable (U), a second state of charge (SOCi) of the energy store ( 10 ), wherein the first initial value is representative of the first state of charge (SOC) of the energy store ( 10 ) at the end of a previous operating phase, which is separated by a rest phase of the current operating phase, and - depending on the first state of charge (SOC) and the second state of charge (SOCi) a state of charge loss (.DELTA.SOC) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem frühestens nach einer vorgegebenen ersten Zeitdauer ab Beginn der aktuellen Betriebsphase abhängig von dem ersten Ladezustand (SOC) und dem zweiten Ladezustand (SOCi) der Ladezustandsverlust (ΔSOC) ermittelt wird.Method according to Claim 1, in which the state of charge state loss (ΔSOC) is determined at the earliest after a predetermined first period of time from the beginning of the current operating phase as a function of the first state of charge (SOC) and the second state of charge (SOCi). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der erste Ladezustand (SOC) ermittelt wird mittels eines Zustandsschätzers abhängig von der ersten Betriebsgröße (U).Method according to one of claims 1 or 2, wherein the first state of charge (SOC) is determined by means of a state estimator depending on the first operating variable (U). Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Zustandsschätzer ein Kalman-Filter umfasst.The method of claim 3, wherein the state estimator comprises a Kalman filter. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Ladezustand (SOCi) ermittelt wird abhängig von einer Integration der zweiten Betriebsgröße (I).Method according to one of the preceding claims, in which the second state of charge (SOCi) is determined as a function of an integration of the second operating variable (I). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein mittlerer Selbstentladungsstrom (ISE) ermittelt wird abhängig von dem Ladezustandsverlust (ΔSOC) und einer Ruhephasendauer (t), die repräsentativ ist für eine Zeitdauer zwischen der aktuellen und der vorangegangenen Betriebsphase.A method according to any one of the preceding claims, wherein an average self-discharge current (ISE) is determined in dependence on the state of charge loss (ΔSOC) and a resting phase duration (t) which is representative of a period of time between the current and the preceding phases of operation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erste Ladezustand (SOC) abhängig von einer weiteren Betriebsgröße ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the first state of charge (SOC) is determined as a function of a further operating variable. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der zweite Ladezustand (SOCi) abhängig von der weiteren Betriebsgröße ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the second state of charge (SOCi) is determined as a function of the further operating variable. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – in vorgegebenen Zeitabschnitten eine Energiespeichertemperatur (Temp) ermittelt wird, – während zumindest einer Betriebsphase jeweils zu dem vorgegebenen ersten Zeitpunkt der Ladezustandsverlust (ΔSOC) ermittelt wird, – abhängig von den jeweiligen Energiespeichertemperaturen (Temp) und den jeweiligen Ladezustandsverlusten (ΔSOC) temperaturabhängige Selbstentladungsströme (ISD) ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, in which An energy storage temperature (Temp) is determined in predetermined time intervals, During at least one operating phase, the charge state loss (ΔSOC) is determined in each case at the predetermined first time, - Depending on the respective energy storage temperatures (Temp) and the respective state of charge losses (ΔSOC) temperature-dependent self-discharge currents (ISD) can be determined. Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers (10), die ausgebildet ist während einer aktuellen Betriebsphase des Energiespeichers (10), – eine erste Betriebsgröße (U) zu ermitteln, die repräsentativ ist für eine erfasste Energiespeicherspannung, – eine zweite Betriebsgröße (I) zu ermitteln, die repräsentativ ist für einen erfassten Energiespeicherstrom, – abhängig von zumindest der ersten Betriebsgröße (U) einen ersten Ladezustand (SOC) des Energiespeichers (10) zu ermitteln, – abhängig von einem vorgegebenen ersten Anfangswert und zumindest der zweiten Betriebsgröße (I), jedoch unabhängig von der ersten Betriebsgröße (U), einen zweiten Ladezustand (SOCi) des Energiespeichers (10) zu ermitteln, wobei der erste Anfangswert repräsentativ ist für den ersten Ladezustand (SOC) des Energiespeichers (10) am Ende einer vorangegangenen Betriebsphase, die durch eine Ruhephase von der aktuellen Betriebsphase getrennt ist, und – abhängig von dem ersten Ladezustand (SOC) und dem zweiten Ladezustand (SOCi) einen Ladezustandsverlust (ΔSOC) zu ermitteln.Device for operating an energy store ( 10 ), which is formed during a current operating phase of the energy store ( 10 ), - to determine a first operating variable (U) which is representative of a detected energy storage voltage, - to determine a second operating variable (I), which is representative of a detected energy storage current, - depending on at least the first operating variable (U) a first State of charge (SOC) of the energy store ( 10 ), - depending on a predetermined first initial value and at least the second operating variable (I), but independent of the first operating variable (U), a second state of charge (SOCi) of the energy store ( 10 ), wherein the first initial value is representative of the first state of charge (SOC) of the energy store ( 10 ) at the end of a previous operating phase, which is separated by a rest phase of the current operating phase, and - depending on the first state of charge (SOC) and the second state of charge (SOCi) to determine a state of charge loss (.DELTA.SOC).
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