DE102013215628A1

DE102013215628A1 - Method for battery diagnosis

Info

Publication number: DE102013215628A1
Application number: DE102013215628.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Steil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Batteriediagnose einer Batterie, welche zumindest eine Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) aufweist, angegeben, wobei der zumindest einen Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) ein definierter Betrag (I1) eines Stroms entnommen oder zugeführt wird und ein der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbarer Spannungsunterschied (U1) über der Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) ermittelt wird, wobei der ermittelte Spannungsunterschied (U1) einem Steuersystem übergeben wird. Des Weiteren werden ein Computerprogramm, ein Batteriediagnosegerät, ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug zur Ausführung des Verfahrens vorgestellt.A method for battery diagnosis of a battery, which has at least one battery unit (1, 2, 3, 4, 7), is specified, wherein the at least one battery unit (1, 2, 3, 4, 7) has a defined amount (I1). a current is taken or supplied and a current drain or supply assignable voltage difference (U1) on the battery unit (1, 2, 3, 4, 7) is determined, wherein the determined voltage difference (U1) is passed to a control system. Furthermore, a computer program, a battery diagnosis device, a battery system and a motor vehicle for carrying out the method are presented.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Batteriediagnose. Gegenstand der Erfindung sind auch ein Batteriediagnosegerät, ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug, die sich insbesondere zur Ausführung des Verfahrens eignen, sowie ein Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens. The invention relates to a method for battery diagnosis. The invention also provides a battery diagnostic device, a battery system and a motor vehicle, which are particularly suitable for carrying out the method, and a computer program for carrying out the method.

Wenn Sekundärzellen von Energiespeichern in Traktionsbatterien, insbesondere in Lithiumhochvoltbatteriesystemen, altern, dann erhöht sich der elektrische Widerstand der Zelle. Dieser Effekt tritt beispielsweise durch chemische Veränderungen in den Wickeln der Zelle auf. Die Erhöhung des Widerstands kann aber auch von einer Verschlechterung der elektromechanischen Kontaktierung des Wickels mit den Polen am Zellgehäuse stammen. Diese Art der Schädigung kann beispielsweise von mechanischen Beanspruchungen der Zelle über die Lebenszeit der Zelle verursacht werden. As secondary cells of energy storage batteries in traction batteries, especially in high-voltage lithium battery systems, age, then the electrical resistance of the cell increases. This effect occurs, for example, due to chemical changes in the cell's coils. However, the increase in the resistance can also come from a deterioration of the electromechanical contacting of the coil with the poles on the cell housing. This type of damage can be caused, for example, by mechanical stresses on the cell over the lifetime of the cell.

Bei Zellen, deren Zellgehäuse mehrere zueinander parallel geschaltete Wickel enthalten, kann die Kontaktierung einzelner Wickel schlechter werden und die betroffenen Wickel tragen dann nicht mehr vollständig zur Leistungsbereitstellung bei. For cells whose cell housings contain several mutually parallel wound coils, the contacting of individual reels may become worse and the affected reels then no longer contribute completely to the provision of power.

Bei einer Verschaltung von mehreren einzelnen Zellen zu größeren Einheiten besteht die Möglichkeit, dass in diesen Einheiten einzelne Zellen den Kontakt zum Zellverbinder verlieren. In diesem Fall werden die verbleibenden Zellen im Betrieb stärker belastet. When connecting several individual cells to larger units, it is possible that individual cells lose contact with the cell connector in these units. In this case, the remaining cells are more heavily loaded during operation.

Demzufolge ist es von großer Bedeutung, präzise Aussagen über den Zustand von Batterieeinheiten treffen zu können. Consequently, it is very important to be able to make precise statements about the condition of battery units.

Aus der JP 2010 124 629 A ist ein Verfahren zur Steuerung eines Batteriepacks bekannt, bei dem die Spannung und der Entladestrom während des Entladens einer Batteriezelle gemessen werden. Aus diesen Werten wird eine Leerlaufspannung der Zellen bestimmt. Die Leerlaufspannung und die Entladespannung werden miteinander verglichen und hieraus die Impedanz bestimmt. Aus der Impedanz kann der Alterungsgrad des Batteriepacks bestimmt werden. From the JP 2010 124 629 A For example, a method for controlling a battery pack is known in which the voltage and the discharge current are measured during the discharge of a battery cell. From these values, an open circuit voltage of the cells is determined. The open circuit voltage and the discharge voltage are compared with each other and from this determines the impedance. From the impedance, the degree of aging of the battery pack can be determined.

WO 2008/095315 A1 zeigt einen Batteriepack, der modulare Einheiten mit in Serie geschalteten Batteriezellen umfasst. Um die Batteriezellen aktiv auszubalancieren umfasst ein Batteriemanagementsystem eine Steuereinheit, die mit den einzelnen Modulen und Zellen gekoppelt ist, um die Spannung und den Strom zu einem gegebenen Zeitpunkt zu messen. WO 2008/095315 A1 shows a battery pack comprising modular units with series-connected battery cells. To actively balance the battery cells, a battery management system includes a controller that is coupled to the individual modules and cells to measure the voltage and current at a given time.

Aus der DE 103 32 625 A1 ist ein Diagnosegerät für das elektrische System eines Kraftfahrzeugs bekannt, das während des Fahrzeugbetriebs Spannungswerte erfasst und speichert, anhand derer der Alterungsgrad der Batterie bestimmt wird. From the DE 103 32 625 A1 a diagnostic device for the electrical system of a motor vehicle is known, which detects and stores voltage values during vehicle operation, by means of which the degree of aging of the battery is determined.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Batteriediagnose einer Batterie, welche zumindest eine Batterieeinheit aufweist, wird der zumindest einen Batterieeinheit ein definierter Betrag eines Stroms entnommen oder zugeführt, ein der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbarer Spannungsunterschied über der Batterieeinheit ermittelt und der ermittelte Spannungsunterschied einem Steuersystem übergeben.In the method according to the invention for battery diagnosis of a battery which has at least one battery unit, the at least one battery unit is taken or supplied with a defined amount of current, a voltage difference across the battery unit that can be assigned to the current drain or supply, and the determined voltage difference is transferred to a control system.

Das Steuersystem bestimmt aus dem ermittelten Spannungsunterschied einen Zustand der Batterieeinheit und aus einer Gesamtbetrachtung der Zustände der einzelnen Einheiten den Zustand der Batterie, was im Rahmen der Erfindung als Diagnose bezeichnet wird. Die Anzahl der Batterieeinheiten, die zur Diagnose herangezogen werden, ist im Prinzip lediglich auf die Gesamtzahl der verbauten Batterieeinheiten beschränkt. Je mehr Batterieeinheiten untersucht werden, umso umfassender ist das Diagnosebild des Steuersystems. The control system determines from the determined voltage difference a state of the battery unit and from an overall view of the states of the individual units the state of the battery, which is referred to in the invention as a diagnosis. The number of battery units that are used for diagnosis is limited in principle only to the total number of installed battery units. The more battery units that are examined, the more comprehensive the diagnostic image of the control system.

Vorteilhaft werden Spannungsmessungen und insbesondere der gemessene Verlauf von Spannungskurven bei definierten Strömen verwendet, um Aussagen über den Zustand bestimmter Batterieeinheiten zu treffen. Durch die Beobachtung des Zustands bestimmter Batterieeinheiten können bei einem sich verschlechterndem Zustand der betrachteten Einheiten oder bei einem sich andeutendem Fehlerfall Maßnahmen getroffen werden, um gefährliche Situationen zu verhindern oder Situationen in denen sich ein Leistungsabfall der Batterie ergibt, im Vorfeld zu erkennen. Derartige Maßnahmen können beispielsweise darin bestehen, den Fehler in Form eines Fehlercodes in einem nicht-flüchtigen Bereich des Datenspeichers abzuspeichern, eine Sicherheitswarnung, beispielsweise in Form eines Kontrolllämpchens, an den Fahrer abzugeben und/oder Notlauf-Funktionen des Fahrzeugs zu aktivieren, um Folgeschäden zu vermeiden. Eine Notlauf-Funktion kann ein sogenanntes Limp-Home sein, bei welchem beispielsweise eine Begrenzung der Motorleistung oder der Motordrehzahl vorgenommen wird oder ein Umschalten auf reinen Verbrennungsmotorbetrieb bei einem Hybridfahrzeug erfolgt.Advantageously, voltage measurements and in particular the measured course of voltage curves at defined currents are used to make statements about the condition of certain battery units. By observing the state of certain battery units can be taken in a deteriorating state of the units under consideration or in an erroneous error case measures to prevent dangerous situations or situations in which there is a drop in performance of the battery to recognize in advance. Such measures may consist, for example, of storing the error in the form of an error code in a non-volatile area of the data memory, issuing a safety warning, for example in the form of a control lamp, to the driver and / or activating emergency functions of the vehicle in order to prevent consequential damage avoid. A limp home function may be a so-called limp home in which, for example, a limitation of the engine power or the engine speed is made or switching to pure engine operation takes place in a hybrid vehicle.

Das Verfahren wird bevorzugt bei Traktionsbatteriesystemen für Fahrzeuge verwendet, insbesondere bei Lithium-Batteriesystemen. Das Verfahren kann bei Elektrofahrzeugbatterien, bei Hybridfahrzeugbatterien oder allgemein bei Batteriesystemen angewendet werden, die modular aufgebaut sind und als Energiespeicher eingesetzt werden. The method is preferably used in traction battery systems for vehicles, especially in lithium battery systems. The Method can be applied to electric vehicle batteries, hybrid vehicle batteries or generally battery systems that are modular and used as energy storage.

Die Batterieeinheit kann als eine Batteriezelle mit einem Wickel, eine Batteriezelle mit mehreren Wickeln, ein Batteriemodul oder ein Batteriemodulstrang ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Batterie mehrere Batteriemodulstränge aufweisen, der eine Mehrzahl von in Serie oder parallel geschaltete Batteriemodule umfasst, wobei jedes Batteriemodul wiederum eine einzelne oder eine Mehrzahl von parallel oder in Serie geschalteten Batteriezellen umfasst. Das erfindungsgemäße Batteriesystem erlaubt die Diagnose des Zustands verschiedener Instanzen der Batterie, insbesondere der Instanz aus zweien oder mehreren parallel geschalteten Batteriezellen im Vergleich zu den anderen dieser Instanzen der Batterie, der interne Zustand von Batteriezellen, die ihrerseits aus einer Parallelschaltung von zwei oder mehreren Wickeln in einem Zellgehäuse bestehen, zu einer anderen beziehungsweise zu den anderen Batteriezellen der Batterie oder den Zustand einer Batteriezelle, die einen Wickel beinhaltet im Vergleich zu einer anderen beziehungsweise mehreren anderen Batteriezellen der Batterie. The battery unit may be formed as a battery cell with a winding, a battery cell with multiple windings, a battery module or a battery module string. For example, a battery may include a plurality of battery module strings comprising a plurality of battery modules connected in series or in parallel, each battery module in turn comprising a single or a plurality of battery cells connected in parallel or in series. The battery system according to the invention allows the diagnosis of the state of different instances of the battery, in particular the instance of two or more parallel-connected battery cells compared to the other of these instances of the battery, the internal state of battery cells, which in turn consists of a parallel connection of two or more coils a cell housing, to another or to the other battery cells of the battery or the state of a battery cell, which includes a winding compared to one or more other battery cells of the battery.

Besonders geeignet sind Ströme von 1/10 C bis 35 C, wobei C die Entlade/-Laderate einer Zelle bezeichnet, welche in Ampère angegeben ist. Höhere Ströme sind insbesondere bei Leistungszellen von Vorteil. Eine ausreichend große Spannungsänderung für eine genaue Bestimmung des Zustands kann z.B. bei Zellen mit niedriger Kapazität, wie etwa Zellen mit bis zu 5,9 Ah, bei in etwa 6 C oder bei mehr als 6 C liegen, und bei Zellen mit größerer Kapazität, beispielsweise Zellen mit mehr als 5,9 Ah, beispielsweise Zellen mit 63 Ah, zwischen 0,5 C und 2 C, insbesondere bei 1 C.Particularly suitable are currents of 1/10 C to 35 C, where C denotes the discharge / charge rate of a cell, which is indicated in ampere. Higher currents are particularly advantageous in power cells. A sufficiently large voltage change for an accurate determination of the condition may e.g. in cells of low capacity, such as cells of up to 5.9 Ah, in about 6 C or more than 6 C, and in cells of greater capacity, for example, cells of more than 5.9 Ah, for example cells with 63 Ah, between 0.5 C and 2 C, especially at 1 C.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim method are possible.

Besonders vorteilhaft ist, wenn zumindest einer weiteren Batterieeinheit der definierte Betrag des Stroms entnommen oder zugeführt wird und ein der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbarer Spannungsunterschied über der weiteren Batterieeinheit ermittelt wird, wobei der ermittelte Spannungsunterschied dem Steuersystem übergeben wird. Die ermittelten Spannungsunterschiede können zur Bestimmung des Zustands der Batterieeinheiten miteinander verglichen werden. Insbesondere bei seriell verschalteten Instanzen ist ein Vergleich der aktuellen Werte aller Batterieeinheiten untereinander, also ein relativer Vergleich vorteilhaft. Da bei seriell verschalteten Instanzen in allen Batterieeinheiten der gleiche serielle Strom fließt, können mit einer Messung alle Zustände der Batterieeinheiten relativ zueinander erfasst und bewertet werden. It is particularly advantageous if at least one further battery unit, the defined amount of current is removed or supplied and a current drain or supply assignable voltage difference across the other battery unit is determined, wherein the determined voltage difference is transferred to the control system. The determined voltage differences can be compared to determine the condition of the battery units. Especially with serially interconnected instances, a comparison of the current values of all battery units with one another, ie a relative comparison, is advantageous. Since the same serial current flows in all battery units in series-connected instances, all states of the battery units relative to one another can be detected and evaluated with one measurement.

Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu wird der Spannungsunterschied mit einem Bezugswert des Spannungsunterschieds verglichen. Beispielsweise wird der der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbare Spannungsunterschied jeder Batterieeinheit zu Anfang ihres Lebens, beispielsweise nach der Montage oder Fertigstellung der Batterieeinheit, der Batterie oder des Fahrzeugs ermittelt und vom Batteriemanagementsystem als Bezugswert oder Urzustand abrufbar gespeichert. Um Änderungen feststellen zu können, wird der Zustand jeder Batterieeinheit mit seinem Urzustand verglichen. Alternatively or in addition, the voltage difference is compared to a reference voltage difference. By way of example, the voltage difference of each battery unit that can be assigned to the current drain or supply is determined at the beginning of its life, for example after installation or completion of the battery unit, the battery or the vehicle, and is stored as a reference value or original state by the battery management system. In order to detect changes, the state of each battery unit is compared with its original state.

Es ist auch möglich, zur Diagnose die Zustände der einzelnen Batterieeinheiten miteinander zu vergleichen und außerdem die Zustände der Batterieeinheiten mit ihrem Urzustand zu vergleichen. It is also possible to compare the states of the individual battery units with each other for diagnosis and also to compare the states of the battery units with their original state.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet einen sogenannten intelligenten Beobachter, welcher beispielsweise durch ein Computerprogramm realisiert sein kann. Der intelligente Beobachter kann den Verlauf der ermittelten Spannungsunterschiede oder Zustände der Batterieeinheiten über die Zeit und gegebenenfalls in Bezug auf verschiedene Beträge von definierten Strömen beobachten. Der intelligente Beobachter kann beispielsweise durch ein Modul in dem Batteriemanagementsystem realisiert sein, welches geeignet ist, die jeweilig ermittelten Zustände der Batterieeinheiten abrufbar zu speichern oder auf den CAN-Bus zu übermitteln. Auf diese Weise kann der intelligente Beobachter beispielsweise feststellen, ob sich der Zustand der Batterieeinheiten verschlechtert. Aus den Zeitprofilen kann dann nicht nur eine Änderung des aktuellen Zustands in Bezug auf den Urzustand sondern auch eine Änderung in Bezug auf einen bestimmten vorher gemessenen Zustand, beispielsweise in Bezug auf den direkt zuvor gemessenen Zustand oder einen weiter zurückliegenden gemessenen Zustand bestimmen. Somit kann der intelligente Beobachter auch eine Tendenz feststellen, mit welcher Geschwindigkeit sich der Zustand verschlechtert. Die Diagnosemöglichkeiten werden hierdurch um ein Vielfältiges präziser. A preferred embodiment of the invention uses a so-called intelligent observer, which can be realized for example by a computer program. The intelligent observer may observe the course of the detected voltage differences or states of the battery units over time and, where appropriate, in relation to different amounts of defined currents. The intelligent observer can be realized, for example, by a module in the battery management system, which is suitable for storing the respectively determined states of the battery units in a retrievable manner or transmitting them to the CAN bus. In this way, the intelligent observer can determine, for example, whether the condition of the battery units is deteriorating. The time profiles can then determine not only a change in the current state with respect to the original state but also a change with respect to a certain previously measured state, for example with respect to the directly measured state or a further past measured state. Thus, the intelligent observer can also detect a tendency at which speed the condition worsens. The diagnostic options are thus more precise by a variety.

Eine regelmäßige Batteriediagnose erfolgt bevorzugt bei ähnlicher Temperatur des Batteriepacks. Dies wird aber in der Regel durch ein aktives Temperaturmanagement des Batteriesystems gewährleistet. Die jeweiligen Temperaturwerte können auch durch den intelligenten Beobachter ermittelt und zu den gemessenen Zuständen als Information mitgespeichert werden. A regular battery diagnosis is preferably carried out at a similar temperature of the battery pack. However, this is usually ensured by an active temperature management of the battery system. The respective temperature values can also be determined by the intelligent observer and stored as information for the measured states.

Es ist möglich, die Diagnose nur bei bestimmten Werten oder in bestimmten Wertebereichen des SOC der Batterie durchzuführen, beispielsweise nur bei einem SOC zwischen 80 % und 100 %. Die SOC-Werte können auch durch den intelligenten Beobachter ermittelt und zu den gemessenen Zuständen als Information mitgespeichert werden. It is possible to perform the diagnosis only at certain values or in certain value ranges of the SOC of the battery, for example only at an SOC between 80% and 100%. The SOC values can also be determined by the intelligent observer and stored as information for the measured states.

Der Spannungsunterschied wird bevorzugt in einem Zeitraum zu Beginn der Stromentnahme oder -zufuhr und/oder zum Ende der Stromentnahme oder -zufuhr ermittelt. Zu Beginn der Stromentnahme erfolgt in der Regel ein abrupter Spannungsabfall. Die Größe dieses abrupten Spannungsunterschieds wird möglichst präzise bestimmt. Dies kann beispielsweise durch eine Messung in einem Zeitfenster geschehen, welches beispielsweise eine definierte Größe zwischen einer Millisekunde und 100 Millisekunden aufweist. Wenn die Stromentnahme beendet wird, dann steigt die Spannung der Regel ebenfalls abrupt wieder an. Bei der Stromzufuhr stellt sich entsprechend die umgekehrte Situation dar. Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu kann vorgesehen sein, die Auswirkung der Stromentnahme oder -zufuhr auf eine Zeitkonstante der Batterieeinheit zu vermessen. The voltage difference is preferably determined in a period of time at the beginning of the current drain or supply and / or at the end of the current drain or supply. At the beginning of the current drain is usually an abrupt voltage drop. The magnitude of this abrupt voltage difference is determined as precisely as possible. This can be done for example by a measurement in a time window, which has, for example, a defined size between one millisecond and 100 milliseconds. When the current drain is terminated, the voltage of the rule also rises abruptly again. In the power supply is correspondingly the opposite situation. Alternatively or additionally, it may be provided to measure the effect of the current drain or supply to a time constant of the battery unit.

Die Batteriediagnose kann bei einem normalen Betrieb, bei einem Standby-Betrieb, bei einer Inspektion in einer Werkstatt und/oder nach einem Schadensfall erfolgen. Für den Fall, dass die Batterie in einem Fahrzeug eingesetzt wird, kann die Batteriediagnose beispielsweise dann erfolgen, wenn das Fahrzeug in der Garage abgestellt ist oder sich an einer Ladesäule befindet. Besonders bevorzugt erfolgt die Diagnose in einem Standbetrieb des Fahrzeugs nach dem Laden und/oder nach einem ausgeführten Balancing der Batterieeinheiten untereinander. Vorteilhaft ist aber auch, die Batteriediagnose während eines Unfalls oder nach einem Unfall durchzuführen, bei dem das Fahrzeug beschädigt wurde und der innere Zustand der Batterie unklar ist. Aus der Diagnose kann eine Aussage über eventuell beschädigte Instanzen der Batterie und damit über den Sicherheitszustand der Batterie abgeleitet werden. The battery diagnosis can be carried out during normal operation, during standby operation, during an inspection in a workshop and / or after a damage. In the event that the battery is used in a vehicle, the battery diagnosis, for example, take place when the vehicle is parked in the garage or located at a charging station. Particularly preferably, the diagnosis takes place in a stationary operation of the vehicle after charging and / or after an executed balancing of the battery units with one another. However, it is also advantageous to carry out the battery diagnosis during an accident or after an accident in which the vehicle has been damaged and the internal state of the battery is unclear. From the diagnosis, a statement about possibly damaged instances of the battery and thus about the safety status of the battery can be derived.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-System zum Herunterladen bereitgestellt werden, zum Beispiel über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.According to the invention, a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device. For example, the computer program may be a module for implementing a battery management system or subsystem thereof in a vehicle. The computer program may be stored on a machine-readable storage medium, such as on a permanent or rewritable storage medium or in association with a computer device or on a removable CD-ROM, DVD or USB stick. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device such as a server or a cloud system, for example via a data network such as the Internet or a communication link such as a telephone line or wireless connection.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Batteriediagnosegerät vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, zumindest einer Batterieeinheit einen definierten Betrag eines Stroms zu entnehmen oder zuzuführen, und einen der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbaren Spannungsunterschied über der Batterieeinheit zu ermitteln. Das speziell aufgebaute Batteriediagnosegerät kann beispielsweise durch Schaltung eines einstellbaren ohmschen Widerstands batterieextern zwischen die Batteriepole und entsprechender Messung realisiert sein. Das Diagnosegerät kann auch ein stromgeregeltes Entnahmegerät sein, d.h. eine elektronisch geregelte Last, das in der Lage ist, konstante Ströme zu entnehmen, indem es einen zwischengeschalteten ohmschen Widerstand elektronisch variieren kann, oder ein leistungsgeregeltes Gerät, welches eine konstante elektrische Leistung aufnehmen kann. Das Diagnosegerät kann entsprechend auch als eine Ladeeinrichtung ausgebildet sein. Das Batteriediagnosegerät kann außerdem beispielsweise mit einem Batteriemanagementsystem verbindbar sein, um Werte von Spannungsunterschieden zu speichern oder gespeicherte Bezugswerte zur Diagnose zu laden. According to a further aspect, a battery diagnostic device is proposed, which is set up to take or supply at least one battery unit a defined amount of a current, and to determine a current consumption or supply assignable voltage difference across the battery unit. The specially constructed battery diagnostic device can be realized, for example, by switching an adjustable ohmic resistance battery-external between the battery poles and corresponding measurement. The diagnostic device may also be a current controlled extraction device, i. an electronically controlled load capable of taking constant currents by electronically varying an intermediate ohmic resistance, or a power controlled device capable of receiving a constant amount of electrical power. The diagnostic device can also be designed accordingly as a charging device. The battery diagnostic device may also be connectable, for example, to a battery management system to store values of voltage differences or to load stored reference values for diagnosis.

Das Batteriediagnosegerät kann innerhalb eines Batteriegehäuses und/oder eines Fahrzeugs angeordnet sein oder ein einzelnes Gerät sein. Insbesondere in Werkstätten ist es mit einem dort verfügbaren Batteriediagnosegerät möglich, den Zustand der Batterie beispielsweise im Rahmen einer Inspektion zu untersuchen. Bevorzugt ist das Batteriediagnosegerät außerdem eingerichtet, einem Batteriemanagementsystem und/oder einem Fahrzeugbus die jeweilig ermittelten Zustände der Batterieeinheiten zur Speicherung zu übermitteln.The battery diagnostic device may be disposed within a battery case and / or a vehicle or be a single device. Especially in workshops, it is possible with a battery diagnosis device available there to examine the condition of the battery, for example, during an inspection. Preferably, the battery diagnostic device is also configured to transmit to a battery management system and / or a vehicle bus the respectively determined states of the battery units for storage.

Nach einer Ausführungsform ist das Batteriediagnosegerät im Inneren eines Batteriegehäuses angeordnet, d. h. als ein batterieinternes Bauteil realisiert. Ein Beispiel hierfür ist der Vorladekreis einer HV-Batterie, welcher einen ohmschen Widerstand in Reihe mit einer Zwischenkreiskapazität des Fahrzeugantriebs schalten kann, und auf diese Weise einen definierten Stromverlauf durch alle in Serie geschalteten Batterieeinheiten erzeugen kann, hierfür geeignet sein. Wenn der durch den Vorladekreis der Batterie getriebene Stromfluss in einer Amplitude nicht ausreicht, um eine ausreichend große Spannungsänderung an der Batterieeinheit zu erzeugen, dann kann batterieintern oder batterieextern ein weiterer ohmscher Widerstand durch geeignete Schalter zwischen die Batteriepole geschaltet werden, um den definierten Stromfluss zu erzeugen. According to one embodiment, the battery diagnosis device is arranged in the interior of a battery housing, ie realized as a battery-internal component. An example of this is the precharging circuit of an HV battery, which can switch an ohmic resistance in series with a DC link capacity of the vehicle drive, and in this way can generate a defined current profile through all series-connected battery units, suitable for this purpose. If the current flow through the precharging circuit of the battery is insufficient in amplitude to produce a sufficiently large voltage change on the battery unit, then another ohmic resistor can be provided inside or outside the battery by means of suitable switches be switched between the battery poles to generate the defined current flow.

Nach einem weiteren Aspekt umfasst ein Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem, das eingerichtet ist, Komponenten zum passiven Ladungsausgleich anzustoßen, zumindest einer Batterieeinheit einen definierten Betrag eines Stroms zu entnehmen oder zuzuführen, und einen der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbaren Spannungsunterschied über der Batterieeinheit zu ermitteln. Heutige Batteriemanagementsysteme umfassen oft Komponenten, die einen passiven Ladungsausgleich zwischen den Batterieeinheiten ermöglichen, was als sogenanntes Balancing bezeichnet wird. Hierfür werden den Batterieeinheiten durch die Überwachungseinheit beispielsweise ohmsche Widerstände zwischen die Pole geschaltet, um diese Batterieeinheiten gezielt entladen zu können. Dadurch lässt sich das Gleichgewicht in den Ladezuständen der Batterieeinheiten herstellen. Alle Balancing-Widerstände haben den gleichen ohmschen Widerstandwert. Beim Zuschalten der Balancing-Widerstände wird der Einheit ein definierter Betrag des Stroms entnommen, wobei der Strom hier nicht zwingendermaßen konstant sein muss. Durch Überwachen der Spannungsverläufe an den Batterieeinheiten kann der charakteristische Spannungsunterschied ermittelbar sein. Eine Ergänzung durch zusätzliche weitere ohmsche Widerstände, zusätzlich zu den Balancing-Winderständen, ist möglich. Dies kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn der Strom durch die Balancing-Widerstände nicht ausreicht, um einen ausreichend großen mittelbaren Spannungsabfall zu erzeugen. In diesem Fall wären die zusätzlichen Widerstände jedoch kleiner als die Balancing-Widerstände zu wählen, da die Balancing-Widerstände für einen kleinen Ladungsfluss sorgen, so dass die angeschlossenen Einheiten schonend und über einen längeren Zeitraum hinweg angeglichen werden. Die zusätzlichen Widerstände sind bevorzugt für einen ausreichend großen Ladungsfluss ausgelegt, so dass sich ein ausreichend deutlicher Spannungsverlauf ergibt.According to a further aspect, a battery system comprises a battery management system that is configured to trigger components for passive charge equalization, to remove or supply at least one battery unit a defined amount of current, and to determine a voltage difference across the battery unit that can be assigned to the current drain or supply. Today's battery management systems often include components that allow passive charge balancing between the battery packs, referred to as so-called balancing. For this purpose, the battery units are switched by the monitoring unit, for example, ohmic resistors between the poles in order to discharge these battery units targeted. As a result, the balance can be established in the charge states of the battery units. All balancing resistors have the same ohmic resistance value. When the balancing resistors are connected, a defined amount of the current is taken from the unit, whereby the current does not necessarily have to be constant. By monitoring the voltage curves at the battery units, the characteristic voltage difference can be determined. A supplement by additional additional ohmic resistances, in addition to the balancing winder stands, is possible. This may be particularly important if the current through the balancing resistors is insufficient to produce a sufficiently large indirect voltage drop. In this case, however, the additional resistors would be smaller than the balancing resistors to choose because the balancing resistors provide for a small charge flow, so that the connected units are adjusted gently and over a longer period of time. The additional resistors are preferably designed for a sufficiently large charge flow, resulting in a sufficiently clear voltage curve.

Nach einem weiteren Aspekt umfasst ein Batteriesystem ein Batteriemanagementsystem, das eingerichtet ist, batterieexterne Lasten, wie zum Beispiel ein Fahrzeugantrieb, eine Leistungselektronik des Fahrzeugs, On-Board-Ladegeräte oder fahrzeugexterne Ladegeräte, wie zum Beispiel eine Ladesäule, elektrische Klimakompressoren oder DC/DC-Wandler im Fahrzeug anzustoßen, zumindest einer Batterieeinheit einen definierten Betrag eines Stroms zu entnehmen oder zuzuführen, und einen der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbaren Spannungsunterschied über der Batterieeinheit zu ermitteln. Das Batteriemanagementsystem kann daraufhin die beschriebene Diagnose durchführen. Die Kommunikation mit den batterieexternen Lasten kann über die bestehenden Kommunikationssysteme, insbesondere beispielsweise über den CAN-Bus erfolgen. According to another aspect, a battery system includes a battery management system that is configured to provide off-battery loads, such as a vehicle drive, power electronics of the vehicle, on-board chargers, or off-board chargers, such as a charging station, electric air conditioning compressors, or DC / DC. To abut converter in the vehicle, at least one battery unit to remove or supply a defined amount of current, and to determine a current drain or supply assignable voltage difference across the battery unit. The battery management system can then perform the described diagnosis. The communication with the battery-external loads can take place via the existing communication systems, in particular for example via the CAN bus.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Batteriesystem ein Batteriediagnosegerät und ein Batteriemanagementsystem, das eingerichtet ist, ermittelte Spannungsunterschiede zumindest zweier Batterieeinheiten miteinander zu vergleichen und/oder einen Bezugswert des Spannungsunterschieds abrufbar zu speichern und den ermittelten Spannungsunterschied mit dem Bezugswert des Spannungsunterschieds zu vergleichen.According to another aspect of the invention, a battery system comprises a battery diagnostic device and a battery management system configured to compare detected voltage differences of at least two battery units with each other and / or to store a reference value of the voltage difference and to compare the detected voltage difference with the reference voltage difference.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug einen elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und ein mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenes beschriebenes Batteriesystem oder ein beschriebenes Batteriediagnosegerät. According to a further aspect of the invention, a motor vehicle comprises an electric drive motor for driving the motor vehicle and a described battery system connected to the electric drive motor or a described battery diagnosis device.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigenShow it

1 zwei Ausführungsbeispiele von miteinander verschalteten Batterieeinheiten, 1 two embodiments of interconnected battery units,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel von miteinander verschalteten Batterieeinheiten, 2 Another embodiment of interconnected battery units,

3 ein Ersatzschaltbild einer Batterieeinheit, 3 an equivalent circuit diagram of a battery unit,

4 einen Spannungs-Strom-Verlauf bei einer Entnahme eines definierten Stroms an Batterieeinheiten, 4 a voltage-current curve when a defined current is drawn from battery units,

5 einen Spannungs-Strom-Verlauf beim Laden der Batterieeinheiten mit einem definierten Strom. 5 a voltage-current curve when charging the battery units with a defined current.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt links eine Batterieeinheit in Form eines Batteriemoduls 3. Die kleinste Einheit bildet eine Batteriezelle 1. Diese ist beispielsweise mit Li(Ni_xCo_yMn_z)O₂ gemischt mit LiMn₂O₄ oder LiFePO₄ als Aktivmaterialien ausgeführt. Die Batteriezelle hat ihrer chemisch-physikalischen Natur nach einen Spannungsbereich von 2,8 Volt bis 4,2 Volt. Wenn die Batteriezelle 1 voll aufgeladen ist, was einem SOC von 100 % entspricht (SOC, state of charge) dann beträgt ihre Leerlaufspannung üblicherweise 4,2 V. Der SOC wird dabei als eine aktuelle Ladungsmenge geteilt durch eine maximale Ladungsmenge definiert, die nach dem aktuellen Lebensdauerzustand der Batteriezelle 1 möglich ist. 1 shows on the left a battery unit in the form of a battery module 3 , The smallest unit forms a battery cell 1 , This is carried out, for example, with Li (Ni _x Co _y Mn _z ) O ₂ mixed with LiMn ₂ O ₄ or LiFePO ₄ as active materials. The battery cell has a chemical-physical nature, a voltage range of 2.8 volts to 4.2 volts. When the battery cell 1 is fully charged, which corresponds to a SOC of 100% (SOC, state of charge), then its open circuit voltage is usually 4.2 V. The SOC is thereby divided as an actual charge amount by a maximum charge amount defined according to the current life of the battery cell 1 is possible.

Üblicherweise umfassen prismatische Lithium-Sekundärzellen 1 sogenannte Wickel, in denen Anode, Separator und Kathode schichtweise und in aufgewickelter Form in das Zellgehäuse eingebracht sind. Die Wickel werden im Zellinneren metallisch kontaktiert und über die Anschlusspole aus dem Zellgehäuse herausgeführt. Bei Zellen größerer Nennkapazität ist es üblich, intern in einem Gehäuse mehrere Wickel parallel zu schalten, um den gewünschten Energieinhalt pro Zelle 1 herzustellen. Batterien für Hybridfahrzeuge umfassen üblicherweise Zellen mit einem Wickel und Batterien für Elektrofahrzeuge Zellen mit einem bis vier Wickeln. Usually, prismatic lithium secondary cells 1 so-called windings in which anode, separator and cathode are introduced in layers and in wound form into the cell housing. The coils are contacted metallically in the cell interior and led out via the connection poles from the cell housing. For cells of larger nominal capacity, it is customary to switch several coils in parallel in one housing internally to the desired energy content per cell 1 manufacture. Batteries for hybrid vehicles usually include cells with a coil and batteries for electric vehicles cells with one to four coils.

Um eine hohe Spannung, üblicherweise im Bereich von ~400 V zu generieren, welche für Hybridfahrzeug- und Elektrofahrzeugantriebe benötigt wird, werden die Batteriezellen 1 elektrisch verschaltet. Eine serielle Verschaltung von mehreren Batteriezellen 1 bildet einen Batteriezellenstrang 2. Um einen höheren Leistungs- und Energieinhalt zu erreichen, wurden auf der linken Seite von 1 mehrere Batteriestränge 2 zueinander parallel geschaltet und bilden das Batteriemodul 3. Eine weitere Möglichkeit ist auf der rechten Seite von 1 dargestellt, wobei mehrere Zellen 1 parallel und in Reihe zueinander in einer Matrixverschaltung zunächst zu Instanzen 4 geschaltet werden. Ein Modul 3 wird hier beispielhaft aus zwei Instanzen 4 gebildet. In order to generate a high voltage, usually in the range of ~ 400 V, which is needed for hybrid vehicle and electric vehicle drives, the battery cells 1 electrically interconnected. A serial connection of several battery cells 1 forms a battery cell string 2 , To achieve a higher power and energy content, were on the left side of 1 several battery strings 2 connected in parallel with each other and form the battery module 3 , Another option is on the right side of 1 shown, with multiple cells 1 parallel and in series with each other in a matrix connection first to instances 4 be switched. A module 3 Here is an example of two instances 4 educated.

Das Modul 3 besitzt im Normalfall einen Modulcontroller, welcher auch als ein CSC bezeichnet wird. Der CSC misst Zellspannungen und Zelltemperaturen und führt erste Berechnungen durch. Mehrere Module 3 werden wiederum zueinander zu einem Batteriepack verbunden. The module 3 usually has a module controller, which is also referred to as a CSC. The CSC measures cell voltages and cell temperatures and performs initial calculations. Several modules 3 are in turn connected to each other to a battery pack.

2 zeigt beispielhaft einen Batteriepack 7 aus sieben Modulen 3, wobei ein Modul 3 im dargestellten Beispiel einen horizontalen Stellstapel bildet. Jedes Modul 3 umfasst sechs Instanzen 4 von jeweils drei parallel geschalteten Zellen 1. Zwischen den Modulen 3 sind Modul-Modul-Verbinder 5 angeordnet. Die Zellen 1 werden durch Zellverbinder 6 verbunden. 2 shows an example of a battery pack 7 from seven modules 3 , where a module 3 forms a horizontal stacking in the example shown. Every module 3 includes six instances 4 each of three parallel cells 1 , Between the modules 3 are module-module connectors 5 arranged. The cells 1 be through cell connectors 6 connected.

Der Batteriepack umfasst eine BCU (Battery Control Unit), welche die Daten der Modulcontroller auswertet und die Kommunikationsschnittstelle zum Fahrzeug bildet. Weiterhin sind üblicherweise Batteriepackrelais, Sicherungen, das Kühlsystem, das Entgasungssystem, die Niedervoltschnittstelle, Strommessungsinstanzen und Sicherheitskreise wie Wartungslinie oder HV-Interlock enthalten. The battery pack includes a BCU (Battery Control Unit), which evaluates the data of the module controller and forms the communication interface to the vehicle. Furthermore, battery pack relays, fuses, the cooling system, the degassing system, the low-voltage interface, current measurement instances and safety circuits such as maintenance line or HV interlock are usually included.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, durch gemessene elektrische Kenngrößen auf den internen Zustand von einzelnen Zellen 1 oder von einer Anzahl von über einen Zellverbinder 6 parallel geschalteten Zellen 1 schließen zu können. Die Erfindung erlaubt eine befriedigende Diagnosemöglichkeit für den inneren Zustand der verwendeten Zellen 1, vor allem in Hinblick auf die einwandfreie niederohmige elektrische Kontaktierung aller parallel verschalteten Zellen 1 miteinander, beziehungsweise aller parallel geschalteten Wickel in einem Zellgehäuse. The invention offers the possibility, by means of measured electrical characteristics, of the internal state of individual cells 1 or from a number of via a cell connector 6 parallel cells 1 to be able to close. The invention allows a satisfactory diagnosis of the internal state of the cells used 1 , especially with regard to the perfect low-resistance electrical contacting of all cells connected in parallel 1 with each other, or all parallel connected winding in a cell housing.

Dabei wird beispielsweise, wie im Folgenden mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben, der innere Zustand von Zellen 1 ermittelt, die einen Zellwickel umfassen, oder auch von Zellen, die mehrere parallel geschaltete Wickel umfassen oder auch von Instanzen, die aus mehreren parallel geschalteten Zellen bestehen, wobei diese Zellen auch einen oder mehrere Wickel umfassen können. Here, for example, as in the following with reference to the 3 and 4 described the internal state of cells 1 determined, which include a cell coil, or even of cells that comprise a plurality of parallel wound coils or even instances that consist of several parallel cells, which cells may also include one or more coils.

3 zeigt ein bekanntes elektrisches Ersatzschaltbild einer Batterieeinheit, beispielsweise einer einzelnen Zelle. Das elektrische Verhalten der Batterieeinheit, insbesondere einer der Lithium-Ionen-Technologie, wird durch das in 2 dargestellte elektrische Modell gut beschrieben. Das Modell umfasst zwei RC-Glieder 10, einen ohmschen Widerstand 13 und eine Spannungsquelle 15. Prinzipiell kann ein solches Modell zur Verbesserung der Genauigkeit aus einer größeren Anzahl von RC-Gliedern bestehen, welche bevorzugt unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. Die Zeitkonstante τ des RC-Glieds wird dabei üblicherweise als Produkt von Widerstand und Kapazität des RC-Glieds bezeichnet, nämlich durch τ = R·C. 3 shows a known electrical equivalent circuit diagram of a battery unit, for example a single cell. The electrical behavior of the battery unit, in particular one of the lithium-ion technology, is characterized by the in 2 illustrated electrical model well described. The model includes two RC elements 10 , an ohmic resistance 13 and a voltage source 15 , In principle, such a model for improving the accuracy of a larger number of RC elements consist, which preferably have different time constants. The time constant τ of the RC element is usually referred to as the product of resistance and capacitance of the RC element, namely by τ = R · C.

Jedes RC-Glied umfasst einen inneren Widerstand 11 und einen Kondensator 12, welche zueinander parallel geschaltet sind. Wenn an den Polen 14 der Zelle 9 die Spannung vor, während und nach Entnahme eines konstanten Stroms abgegriffen wird, d. h. ein der Stromentnahme zuordnenbarer Spannungsunterschied über der Batterieeinheit ermittelt wird, dann ergibt sich der in 4 gezeigte Strom-Spannungs-Verlauf. Eine Spannung fällt sofort am ohmschen Widerstand 13 ab. Die RC-Glieder laden sich in charakteristischer Weise gemäß ihren Zeitkonstanten τ auf. Each RC element has an internal resistance 11 and a capacitor 12 , which are connected in parallel to each other. If at the poles 14 the cell 9 the voltage is tapped before, during and after removal of a constant current, that is, a voltage difference attributable to the current drain is determined across the battery unit, then results in the 4 shown current-voltage curve. A voltage drops immediately at the ohmic resistance 13 from. The RC elements load in a characteristic manner according to their time constant τ.

4 zeigt zwei Spannungsverlaufskurven 17, 18 bei Entnahme eines definierten Stroms über Batterieeinheiten, die unterschiedliche Zustände aufweisen. Über der Zeit t sind auf der linken Achse des dargestellten Diagramms die Spannung U und auf der rechten Achse der Strom I abgetragen. Die Kurve 16 zeigt den Verlauf des entnommenen Stroms. Vor einem ersten Zeitpunkt t₁ fließt kein Strom durch die untersuchten Batterieeinheiten. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ fließt ein definierter Strom der Größe I₁ durch die untersuchten Batterieeinheiten. Zu einem späteren Zeitpunkt als t₂ fließt kein weiterer Strom durch die untersuchten Batterieeinheiten. 4 shows two voltage waveforms 17 . 18 upon removal of a defined current via battery units having different states. Over time t, the voltage U is plotted on the left axis of the illustrated diagram and the current I on the right axis. The curve 16 shows the course of the withdrawn current. Before a first time t ₁ no current flows through the examined battery units. Between times t ₁ and t ₂ , a defined current of magnitude I _{1 flows} through the battery units investigated. To a later than t ₂ , no further current flows through the battery units investigated.

Das in 4 dargestellte Verhalten lässt sich mit dem in 3 dargestellten Modell der Batterieeinheit erklären. Vor dem Zeitpunkt t₁ liegt an den untersuchten Batterieeinheiten am Widerstand 13 die Ausgansspannung U₀ an. Der Spannungsabfall am Widerstand 13 erfolgt in dem Moment, in dem die Stromentnahme bei t₁ beginnt. Die Zellspannung U bricht um U₁ = I_E·R₁ ein, wobei der Spannungsunterschied wegen verschiedener Größen von der Widerstände R₁ der Batterieeinheiten unterschiedlich groß ist. Dieser Spannungsunterschied U₁ am ohmschen Widerstand R₁ ist eine wichtige Messgröße für die Erfindung. Der Spannungsunterschied U₁ kann in einem ersten Zeitfenster 19 direkt bestimmt werden. Im weiteren Zeitverlauf erhöht sich der Widerstand der RC-Glieder wiederum und sorgt jeweils für einen zusätzlichen Spannungsabfall an den RC-Gliedern mit charakteristischem Zeitverhalten. Wenn die Stromentnahme im Zeitpunkt t₂ beendet wird, dann steigt die Spannung sofort wieder um den am ohmschen Widerstand 13 abgefallenen Anteil U₁ an. Der Spannungsanstieg wird in einem zweiten Zeitfenster 20 bestimmt. Die darauf folgende Entladung der RC-Glieder lässt die Klemmenspannung mit charakteristischem Zeitverhalten wieder gegen U₀ steigen. Je nachdem, wie viel Ladung der Batterieeinheit entnommen wurde, desto geringer ist der neue Wert U₄. This in 4 Behavior can be described with the in 3 explain the model of the battery unit shown. Before the time t ₁ lies on the examined battery units on the resistor 13 the output voltage U ₀ . The voltage drop across the resistor 13 occurs at the moment in which the current drain starts at t ₁ . The cell voltage U breaks U ₁ = I _E · R ₁ a, wherein the voltage difference is different because of different sizes of the resistors R _{1 of} the battery units. This voltage difference U ₁ at the resistor R ₁ is an important parameter for the invention. The voltage difference U ₁ can in a first time window 19 be determined directly. In the further course of time, the resistance of the RC elements increases again and in each case ensures an additional voltage drop at the RC elements with characteristic time behavior. When the current consumption is terminated at time t ₂ , the voltage immediately rises again at the ohmic resistance 13 dropped fraction U ₁ on. The voltage increase is in a second time window 20 certainly. The subsequent discharge of the RC elements causes the terminal voltage to rise again towards U ₀ with characteristic time behavior. Depending on how much charge was taken from the battery unit, the lower the new value U ₄ .

Die Kurve 18 zeigt eine Batterieeinheit b mit einem schlechteren Zustand und die Kurve 17 zeigt eine Batterieeinheit a mit einem besseren Zustand. Der der Kurve 17 zugehörige Spannungsunterschied U_1a im ersten Zeitfenster 19 ist geringer als jener der Kurve 18 zugehörige Spannungsunterschied U_1b. Ebenso ist der der Kurve 17 zugehörige Spannungsunterschied U_3a im zweiten Zeitfenster 20 geringer als jener der Kurve 18 zugehörige Spannungsunterschied U_3b. Dies liegt daran, dass die Einheit b, die einen schlechteren Zustand aufweist als die andere Einheit a, einen höheren ohmschen Widerstand R₁ aufweist. Durch Entnehmen des definierten Stroms können die Spannungsabfälle der einzelnen untersuchten Batteriezellen zur Diagnose in Bezug auf einen Urzustand oder miteinander verglichen werden. The curve 18 shows a battery unit b with a worse condition and the curve 17 shows a battery unit a with a better state. The curve 17 associated voltage difference U _1a in the first time window 19 is less than that of the curve 18 associated voltage difference U _1b . Likewise is the curve 17 associated voltage difference U _3a in the second time window 20 less than that of the curve 18 associated voltage difference U _3b . This is because the unit b, which has a worse state than the other unit a, has a higher ohmic resistance R ₁ . By taking the defined current, the voltage drops of the individual battery cells examined can be compared for diagnosis with respect to a primary state or with each other.

Die Erfindung funktioniert auch beim Laden der Zelle mit einem definierten Strom, was in 5 dargestellt ist. Die Darstellung ist größtenteils analog zur 4. Das Diagnosegerät ist hier entsprechend eingerichtet, einen definierten Strom in die Batterieeinheit zu überführen. Ein Vorteil ist, dass die Situation, einen definierten Strom in eine Zelle zu laden, im Grunde schon oft im Alltag vorkommt. Lithium-Zellen werden zumeist bei einem Ladevorgang in der ersten Phase mit einem konstanten Strom geladen. Die Spannung steigt dabei mit der Zeit und mit der aufgenommenen Ladung an. Danach schließt sich eine Phase konstanter Ladespannung an, bei welcher der Ladestrom absinkt. Dies geschieht zum Beispiel bei der Verwendung des fahrzeuginternen On-Board-Ladegeräts. Wird eine schnelle Ladung gewünscht, dann kann die leere Batterie auch nur mit einem konstanten Ladestrom geladen werde, wobei dann die Ladung bei einem definierten Ladezustand, beispielsweise ein bestimmter Wert zwischen 60 % bis 95 %, insbesondere 80 % abgebrochen werden kann. The invention also works when charging the cell with a defined current, resulting in 5 is shown. The presentation is largely analogous to 4 , The diagnostic device is set up here to transfer a defined current into the battery unit. One advantage is that the situation of loading a defined current into a cell basically already occurs in everyday life. Lithium cells are usually charged with a constant current during a charging process in the first phase. The voltage increases with time and with the charge absorbed. This is followed by a phase of constant charging voltage, at which the charging current drops. This happens, for example, when using the in-vehicle on-board charger. If a fast charge is desired, then the empty battery can also be charged only with a constant charging current, in which case the charge can be interrupted at a defined state of charge, for example a specific value between 60% to 95%, in particular 80%.

Eine Kurve 21 zeigt den Verlauf eines derartig eingespeisten Ladestroms I_L. Vor einem ersten Zeitpunkt t₁ fließt kein Strom durch das untersuchte Batterieeinheiten. Zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ fließt ein definierter Strom der Größe I_L durch die untersuchten Batterieeinheiten. Die Kurve 23 zeigt wiederum eine Batterieeinheit b mit einem schlechteren Zustand und die Kurve 22 zeigt eine Batterieeinheit a mit einem besseren Zustand. Der der Kurve 22 zugehörige Spannungsanstieg U_1a im ersten Zeitfenster 24 ist geringer als jener der Kurve 23 zugehörige Spannungsanstieg U_1b. Im Zeitverlauf erhöht sich der Widerstand der RC-Glieder wiederum und sorgt jeweils für einen zusätzlichen Spannungsabfall an den RC-Gliedern mit charakteristischem Zeitverhalten. Ebenso ist der der Kurve 22 zugehörige Spannungsabfall U_3a im zweiten Zeitfenster 25 geringer als jener der Kurve 23 zugehörige Spannungsabfall U_3b. Dies liegt daran, dass die Einheit b, die einen schlechteren Zustand aufweist als die andere Einheit a, einen höheren ohmschen Widerstand R₁ aufweist. Je nachdem, wie viel Ladung der Batterieeinheit zugeführt wurde, desto höher ist der neue Wert U₄. A curve 21 shows the course of such a fed charging current I _L. Before a first time t ₁ no current flows through the examined battery units. Between the times t ₁ and t ₂ , a defined current of the quantity I _{L flows} through the battery units investigated. The curve 23 again shows a battery unit b with a worse condition and the curve 22 shows a battery unit a with a better state. The curve 22 associated voltage increase U _1a in the first time window 24 is less than that of the curve 23 associated voltage increase U _1b . Over time, the resistance of the RC elements increases again and in each case provides for an additional voltage drop at the RC elements with characteristic time behavior. Likewise is the curve 22 associated voltage drop U _3a in the second time window 25 less than that of the curve 23 associated voltage drop U _3b . This is because the unit b, which has a worse state than the other unit a, has a higher ohmic resistance R ₁ . Depending on how much charge the battery unit has been supplied, the higher the new value U ₄ .

Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2010124629 A [0006] JP 2010124629 A [0006]
WO 2008/095315 A1 [0007] WO 2008/095315 A1 [0007]
DE 10332625 A1 [0008] DE 10332625 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Batteriediagnose einer Batterie, welche zumindest eine Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) aufweist, wobei der zumindest einen Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) ein definierter Betrag (I₁) eines Stroms entnommen oder zugeführt wird und ein der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbarer Spannungsunterschied (U₁) über der Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) ermittelt wird, wobei der ermittelte Spannungsunterschied (U₁) einem Steuersystem übergeben wird. Method for battery diagnosis of a battery, which comprises at least one battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ), wherein the at least one battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) a defined amount (I ₁ ) of a current is taken or supplied and a current drain or supply assignable voltage difference (U ₁ ) above the battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) is determined, wherein the determined voltage difference (U ₁ ) is passed to a control system.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer weiteren Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) der definierte Betrag (I₁) des Stroms entnommen oder zugeführt wird und ein der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbarer Spannungsunterschied (U₁) über der weiteren Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) ermittelt wird, wobei der ermittelte Spannungsunterschied (U₁) dem Steuersystem übergeben wird, wobei die ermittelten Spannungsunterschiede miteinander verglichen werden. Method according to claim 1, characterized in that at least one further battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) the defined amount (I ₁ ) of the stream is taken or supplied and a current consumption or supply assignable voltage difference (U ₁ ) on the other battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) is determined, wherein the determined voltage difference (U ₁ ) is passed to the control system, wherein the determined voltage differences are compared with each other.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsunterschied (U₁) mit einem Bezugswert des Spannungsunterschieds verglichen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage difference (U ₁ ) is compared with a reference value of the voltage difference.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsunterschied (U₁) in einem Zeitraum zu Beginn (t₁) der Stromentnahme oder -zufuhr und/oder zum Ende (t₂) der Stromentnahme oder -zufuhr ermittelt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the voltage difference (U ₁ ) in a period of time at the beginning (t ₁ ) of the current drain or supply and / or the end (t ₂ ) of the current consumption or supply is determined.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriediagnose bei einem normalen Betrieb, bei einem Standby-Betrieb, bei einer Inspektion in einer Werkstatt und/oder nach einem Schadensfall erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the battery diagnosis in a normal operation, during a standby operation, during an inspection in a workshop and / or after a damage occurs.

Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. A computer program for carrying out a method according to any one of claims 1-5, wherein the computer program is executed on a programmable computer device.

Batteriediagnosegerät, welches eingerichtet ist, zumindest einer Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) einen definierten Betrag (I₁) eines Stroms zu entnehmen oder zuzuführen, und einen der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbaren Spannungsunterschied (U₁) über der Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) zu ermitteln.Battery diagnostic device, which is set up, at least one battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) to remove or supply a defined amount (I ₁ ) of a current, and a current drain or supply assignable voltage difference (U ₁ ) above the battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) to investigate.

Batteriediagnosegerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriediagnosegerät im Inneren eines Batteriegehäuses und/oder eines Fahrzeugs angeordnet oder ein einzelnes Gerät ist.Battery diagnostic apparatus according to claim 7, characterized in that the battery diagnostic device is disposed inside a battery case and / or a vehicle or a single device.

Batteriesystem mit einem Batteriemanagementsystem, das eingerichtet ist, Komponenten zum passiven Ladungsausgleich, einen Fahrzeugantrieb, eine Leistungselektronik des Fahrzeugs, On-Board-Ladegeräte, eine Ladesäule, elektrische Klimakompressoren oder DC/DC-Wandler im Fahrzeug anzustoßen, zumindest einer Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) einen definierten Betrag (I₁) eines Stroms zu entnehmen oder zuzuführen, und einen der Stromentnahme oder -zufuhr zuordnenbaren Spannungsunterschied (U₁) über der Batterieeinheit (1, 2, 3, 4, 7) zu ermitteln.Battery system with a battery management system, which is adapted to trigger components for passive charge compensation, a vehicle drive, a power electronics of the vehicle, on-board chargers, a charging station, electric air conditioning compressors or DC / DC converter in the vehicle, at least one battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) to remove or supply a defined amount (I ₁ ) of a current, and a current drain or supply assignable voltage difference (U ₁ ) above the battery unit ( 1 . 2 . 3 . 4 . 7 ) to investigate.

Batteriesystem nach Anspruch 9 wobei das Batteriemanagementsystem eingerichtet ist, einen Bezugswert des Spannungsunterschieds abrufbar zu speichern und den ermittelten Spannungsunterschied (U₁) mit dem Bezugswert des Spannungsunterschieds zu vergleichen oder ermittelte Spannungsunterschiede (U₁) zumindest zweier Batterieeinheiten miteinander zu vergleichen.The battery system according to claim 9, wherein the battery management system is configured to store a reference value of the voltage difference and to compare the determined voltage difference (U ₁ ) with the reference value of the voltage difference or to compare detected voltage differences (U ₁ ) of at least two battery units.

Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen Batteriesystem nach einem der Ansprüche 9–10 oder mit einem Batteriediagnosegerät nach einem der Ansprüche 7–8. Motor vehicle with an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery system connected to the electric drive motor according to one of claims 9-10 or with a battery diagnosis device according to one of claims 7-8.