Erweiterte Onboard-Diagnose von Lithium-Ionen-Batterien in Fahrzeugen mit alternativem Antriebskonzept. Entwicklung eines auf Fahrzeugsteuergeraete optimierten Batteriemodells zur Erkennung und Prognose des aktuellen Alterungszustands von Lithium-Ionen Antriebsbatterien

Es wird ein Verfahren vorgestellt, welches den aktuellen Alterungszustand einer Lithium-lonen-Antriebsbatterie im Fahrzeug waehrend der Fahrt abbildet. Es ist darauf ausgelegt, ressourcenschonend im Batteriesteuergeraet untergebracht zu werden und mit den im Fahrzeug zur Verfuegung stehenden Messsignalen ein optimales Ergebnis zu liefern. Aus der Kenntnis des aktuellen Zustands durch das Modell kann das vorgestellte Verfahren fuer eine genauere Ladezustandsabschaetzung als zum Beispiel bei reiner Stromintegration verwendet werden sowie fuer eine exakte Leistungsprognose. Somit koennen diese Resultate als Basis einer adaptiven Betriebsstrategie dienen, welche eine verbesserte Leistungs- und Reichweitenprognose des Gesamtfahrzeugs zum Ziel hat. Hierfuer werden Diffusionseffekte in den Elektroden modelliert, welche sich deutlich mit dem fortschreitenden Alterungsprozess der Batterie veraendern. Durch Erweiterung des Zustandsvektors um die im Modell verwendeten Parameter kann das in den Zustandsraum transformierte Differentialgleichungssystem durch ein stochastisches Schaetzverfahren beobachtet werden. Der auf diese Weise bestimmte aktuelle Batteriezustand kann nachfolgend im Betriebsmanagement des Fahrzeugs beispielsweise zur optimalen Bestimmung der aktuell verfuegbaren Batterieleistung verwendet werden. Ein wesentliches Ergebnis ist die verifizierte Beobachtbarkeit der Batteriezustaende durch das dynamische Batteriemodell und die daraus resultierende Moeglichkeit zur Praediktion der in naher Zukunft zur Verfuegung stehenden Batterieleistung. Entsprechende Auswertungen von Messdaten aus Erprobungsfahrzeugen im Dauerlaufbetrieb zeigen hierbei eine nachweisbare Tendenz der beobachteten Parameter in Abhaengigkeit der tatsaechlichen Batteriealterung. (A) Beitrag zum Themenbereich "Elektrifizierung der Mobilitaet - Batterie und Komponenten I" der 7. VDI-Tagung Innovative Fahrzeugantriebe 2010, Dresden, 10. und 11. November 2010. Siehe auch Gesamtaufnahme der Tagung, ITRD D368236. ABSTRACT IN ENGLISH: In this paper a method is presented for observing the current aging status of a high voltage lithium-ion battery in hybrid and electric vehicles during operation. It is designed to be integrated in the battery management system and therefore for low consumption of processing power and for getting optimal results with the onboard available measurement signals. With the knowledge of the current battery state from the dynamic model, the presented method can also be used for a more accurate state of charge estimation as, for instance, with pure current integration and for a better power prediction. Thus, these results can be used as the basics of an adaptive control strategy for an improved power and range prediction of the vehicle. The method describes the modelling of diffusion effects in the electrodes, which change significantly with the progressive aging of the battery. By extending the state vector with the parameters used in the model, the resulting differential equations in state space representation can be observed through a stochastic estimation procedure. So, the observed battery aging status can be used for example for an optimal power prediction in the electronic control unit of the vehicle. A key result is the verified observability of the battery status, such as battery internal resistance and capacity, by the dynamic battery model and the resulting possibility of a near fu-ture power prediction. Evaluations of measurement data from test vehicles in continuous op-eration show a detectable trend of the observed parameters as a function of the actual battery aging. (A)

• Availability:
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• Authors:
  • BRILL, M
• Publication Date: 2010

Language

• German

Media Info

• Pagination: 91-103
• Serial:
  • VDI-Berichte
  • Issue Number: 2105
  • Publisher: VDI Verlag GmbH
  • ISSN: 0083-5560

Subject/Index Terms

• TRT Terms: Aging (Materials); Capacitance; Conferences; Detection and identification; Diagnostic tests; Diffusion (Optics); Electric batteries; Electric vehicles; Electrodes; Forecasting; Hybrid vehicles; Mathematical analysis; Mathematical models; Measurement; Motor vehicles; Vehicle miles of travel
• Uncontrolled Terms: Vehicle diagnostics
• Geographic Terms: Germany
• ITRD Terms: 5292: Alterung (Mater); 6471: Analyse (math); 1315: Batterie; 9115: Detektion; 8125: Deutschland; 6769: Diffusion; 6951: Elektrode; 1282: Elektrofahrzeug; 292: Fahrleistung; 3826: Fahrzeugdiagnostik; 1291: Hybridfahrzeug; 6917: Kapazität (elektr); 8525: Konferenz; 6136: Messung; 132: Prognose; 6473: Rechenmodell
• Subject Areas: Energy; I91: FAHRZEUGKONSTRUKTION;

Filing Info

• Accession Number: 01447287
• Record Type: Publication
• Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
• Files: ITRD
• Created Date: Sep 26 2012 10:10AM