DE102014202622A1 - A method of monitoring a battery having a plurality of battery cells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie (16) mit mehreren Batteriezellen (19), wobei einzelnen Batteriezellen (19) und/oder einzelnen Batteriemodulen (20) wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet ist, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Zustandsparameters einzelner Batteriezellen (19) oder einzelner Batteriemodule (20), b) Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus dem zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Zustandsparameters, c) Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten zumindest einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst, und d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm, ein Batteriemanagementsystem (18) und ein Batteriesystem (12), die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind sowie ein Fahrzeug (10) mit einem derartigen Batteriesystem (12)The invention relates to a method for monitoring a battery (16) having a plurality of battery cells (19), individual battery cells (19) and / or individual battery modules (20) being assigned at least one sensor unit, comprising the following steps: a) providing a chronological progression at least b) determining at least one first gradient from the time profile of the at least one state parameter, c) comparing the first gradient with limit values of a function table, the at least one warning limit value for the first gradient and d) output a warning if a warning limit is exceeded, or switch off the battery if a trip limit is exceeded. The invention also relates to a computer program, a battery management system (18) and a battery system (12), which are designed to carry out the method, and a vehicle (10) having such a battery system (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen, wobei einzelnen Batteriezellen und/oder einzelnen Batteriemodulen wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Batteriemanagementsystem sowie ein Computerprogramm, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem. The invention relates to a method for monitoring a battery having a plurality of battery cells, individual battery cells and / or individual battery modules being assigned at least one sensor unit. The invention also relates to a battery management system and a computer program which are designed to carry out the method. Moreover, the invention relates to a vehicle with such a battery management system.

Im Automobilbereich werden vermehrt wiederaufladbare Batterien als Energiespeicher für einen elektrischen Antrieb eingesetzt. Derartige Batterien bestehen aus einer Vielzahl von Batteriezellen, wie Lithium-Ionen-Zellen, die in Reihe oder parallel miteinander zu Batteriemodulen verbunden sind. Die Batteriemodule können selbst wieder untereinander parallel oder in Serie verbunden sein, um eine entsprechend hohe Leistung zur Verfügung zu stellen. In the automotive sector, rechargeable batteries are increasingly used as energy storage for an electric drive. Such batteries consist of a plurality of battery cells, such as lithium-ion cells, which are connected in series or in parallel with each other to battery modules. The battery modules can themselves be connected to each other in parallel or in series, in order to provide a correspondingly high power.

Um solche Batterien sicher betreiben zu können, ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich, das die Batteriezellen steuert und überwacht. Dadurch wird unter anderem einem Überladen oder Tiefenentladen der Batteriezellen, einer Belastung der Batteriezellen mit unzulässig hohen Lade- oder Entladeströmen und einem vorzeitigen Altern der Batteriezelle vorgebeugt. Ferner regelt das Batteriemanagementsystem das Thermomanagement in der Batterie und führt einen Kapazitätsausgleich der Batteriezellen unter bestimmten Kriterien durch, um das Auseinanderdriften der Batteriezellen zu kompensieren. In order to operate such batteries safely, a battery management system (BMS) is required, which controls and monitors the battery cells. As a result, inter alia overcharging or deep discharge of the battery cells, a load on the battery cells with unacceptably high charge or discharge currents and premature aging of the battery cell is prevented. Further, the battery management system controls the thermal management in the battery and performs capacity equalization of the battery cells under certain criteria to compensate for the drift apart of the battery cells.

Um die im Batteriemanagementsystem implementierten Funktionen auszuführen, ist eine entsprechende Anzahl von Sensoreinheiten erforderlich, die den Zustand der Batteriezellen kontinuierlich überwachen. Beispielsweise messen Sensoreinheiten die Zellspannung, den Zellstrom oder die Zelltemperatur. Defekte oder Störungen werden erkannt, wenn ein gemessener Wert der Sensoreinheiten einen festgelegten Grenzwert überschreitet. In order to carry out the functions implemented in the battery management system, a corresponding number of sensor units is required which continuously monitor the state of the battery cells. For example, sensor units measure cell voltage, cell current or cell temperature. Defects or faults are detected when a measured value of the sensor units exceeds a specified limit.

In DE 10 2010 047 960 A1 ist eine Sensoranordnung zur Verwendung mit einer Energiespeichereinrichtung beschrieben, in der zwei Sensoreinheiten mit jeweils einem Knoten und mit einem Controller gekoppelt sind, um Fehler zu detektieren. Im Betrieb überwacht der Controller die verschiedenen Knoten im Batteriestapel, wobei eine Bewertung eines Sensorlesewerts im Kontext anderer Sensorlesewerte von anderen Sensoreinheiten erfolgt. Bei der Bewertung werden unter anderem die verschiedenen Zellspannungen miteinander verglichen, um Ausreißer zu identifizieren, die beim Ansprechen auf sich bei dem Batteriestapel verändernde Bedingungen keine ähnlichen Trends wie die anderen Sensorlesewerte zeigen. Weiterhin werden Zellspannungslesewerte miteinander verglichen, um Ausreißer zu identifizieren, bei denen zwei oder mehrere Zellspannungen für einen gewissen Zeitbetrag konsistent gleich sind.In DE 10 2010 047 960 A1 For example, a sensor arrangement for use with an energy storage device is described in which two sensor units are each coupled to a node and to a controller in order to detect faults. In operation, the controller monitors the various nodes in the battery pack, with an evaluation of a sensor reading occurring in the context of other sensor readings from other sensor units. The evaluation inter alia compares the different cell voltages to identify outliers that do not show trends similar to the other sensor readings in response to changing conditions in the battery stack. Furthermore, cell voltage readings are compared to identify outliers in which two or more cell voltages are consistently equal for a certain amount of time.

DE 10 2010 050 803 A1 beschreibt ein Verfahren zum Abschätzen der Batterieverschlechterung in einem Fahrzeugbatteriesatz, wobei eine oder mehrere Betriebsbedingungen, wie der Ladungszustand oder die Temperatur erfasst werden. Anschließend wird ein Zeitbasis-Algorithmus durchgeführt, um die Batterieverschlechterung zu schätzen. Dazu werden die Betriebsbedingungen zu einer Datenstruktur geliefert, die die Zeitbasiseingabe mit der Batterieverschlechterung korreliert und insbesondere eine Änderungsrate der Batterieverschlechterung umfasst. DE 10 2010 050 803 A1 describes a method for estimating battery degradation in a vehicle battery pack, wherein one or more operating conditions, such as state of charge or temperature, are detected. Subsequently, a time base algorithm is performed to estimate the battery degradation. To this end, the operating conditions are supplied to a data structure that correlates the time base input with the battery degradation and, in particular, includes a rate of change of battery degradation.

In DE 10 2011 108 038 A1 ist ein Verfahren zur Verwendung in einer Sensoranordnung mit einer Energiespeichereinrichtung beschrieben, die eine Vielzahl von Zellen und Ausgleichsschaltern aufweist. Um Fehlerbedingungen zu erkennen, wird die Differenz zwischen zwei Lesewerten für die gleiche Batteriezelle gebildet und mit einer zulässigen Toleranz verglichen.In DE 10 2011 108 038 A1 For example, a method for use in a sensor assembly having an energy storage device having a plurality of cells and equalizers is described. In order to detect fault conditions, the difference between two readings for the same battery cell is formed and compared with an allowable tolerance.

Aus DE 10 2011 080 512 A1 ist ein Verfahren zur Funktionsüberwachung von Temperatursensoren eines Batteriesystems bekannt. Dazu weist das Batteriesystem mehrere Temperatursensoren auf, wobei der Funktionszustand der Temperatursensoren bestimmt wird und der von den Temperatursensoren bereitgestellte Temperaturwert mit einer für den aktuellen Betriebszustand des Batteriesystems erwarteten Solltemperatur verglichen wird. Out DE 10 2011 080 512 A1 a method for monitoring the function of temperature sensors of a battery system is known. For this purpose, the battery system has a plurality of temperature sensors, wherein the functional state of the temperature sensors is determined and the temperature value provided by the temperature sensors is compared with a target temperature expected for the current operating state of the battery system.

Die Messwerte der Sensoreinheiten in einem Batteriesystem bilden die Basis für die Funktionen, die im Batteriemanagementsystem implementiert sind. Dabei ist es von besonderem Interesse, Störungen oder Defekte der Sensoreinheiten oder der Batteriezellen möglichst frühzeitig zu erkennen. Daher besteht ein anhaltendes Interesse daran, die Verarbeitung von Messwerten der Sensoreinheiten zu verbessern, um die Zuverlässigkeit, die Genauigkeit und die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen. The measured values of the sensor units in a battery system form the basis for the functions that are implemented in the battery management system. It is of particular interest to detect disturbances or defects of the sensor units or the battery cells as early as possible. Therefore, there is a continuing interest in improving the processing of measurements of the sensor units in order to increase the reliability, accuracy and life of the battery.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen vorgeschlagen, wobei einzelnen Batteriezellen und/oder einzelnen Batteriemodulen wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • a) Bereitstellen zumindest eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Zustandsparameters einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule;
  • b) Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus dem zumindest einen zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Zustandsparameters;
  • c) Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten zumindest einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst,
  • d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.
According to the invention, a method for monitoring a battery having a plurality of battery cells is proposed, individual battery cells and / or individual battery modules being assigned at least one sensor unit. The method comprises the following steps:
  • a) providing at least one time profile of at least one state parameter of individual battery cells or individual battery modules;
  • b) determining at least one first gradient from the at least one time profile of the at least one state parameter;
  • c) comparing the first gradient with limit values of a function table, which comprises at least one warning limit value and one cutoff limit value for the first gradient,
  • d) Issuing a warning when a warning limit is exceeded or turning off the battery when a trip limit is exceeded.

Hierbei bezeichnet ein Zustandsparameter der Batteriezellen oder der Batteriemodule einen Parameter, der den aktuellen Zustand der Batteriezelle oder des Batteriemoduls charakterisiert. So können Sensoreinheiten einzelne Batteriezellen oder einzelne Batteriemodule überwachen, indem sie Zustandsparameter erfassen. Derartige Sensoreinheiten können am Ausgang einzelner Batteriezellen als Zellüberwachungseinheiten (CSC, Cell-Supervision-Circuit) ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können derartige Sensoreinheiten am Ausgang einzelner Batteriemodule als Modulüberwachungseinheiten ausgebildet sein.Here, a state parameter of the battery cells or the battery modules denotes a parameter that characterizes the current state of the battery cell or the battery module. Thus, sensor units can monitor individual battery cells or individual battery modules by detecting state parameters. Such sensor units may be formed at the output of individual battery cells as cell monitoring units (CSC, Cell Supervision Circuit). Additionally or alternatively, such sensor units may be formed at the output of individual battery modules as module monitoring units.

In einer Ausführungsform betrifft der Zustandsparameter eine Temperatur, eine Leistung, eine Spannung und/oder einen Strom einer einzelnen Batteriezelle oder eines Batteriemoduls. Weiterhin können aus der gemessenen Spannung und dem gemessenen Strom Zustandsparameter, wie zum Beispiel eine Leistung, ein Ladezustand (SOC, State Of Charge), ein Gesundheitszustand (SOH, State Of Health), ein Innenwiderstand, ein Ladestrom, der einen Grenzwert überschreitet, ein Entladestrom, der einen Grenzwert überschreitet, oder ein Kurzschluss, ermittelt werden.In one embodiment, the state parameter relates to a temperature, power, voltage, and / or current of a single battery cell or module. Further, from the measured voltage and the measured current, state parameters such as power, a state of charge (SOC), a state of health (SOH), an internal resistance, a charging current exceeding a threshold value may be input Discharge current that exceeds a threshold, or a short circuit, are determined.

Beispielsweise ist einzelnen Batteriezellen oder Batteriemodulen ein Temperatursensor zugeordnet, der die Temperatur misst. Durch einen Vergleich der gemessenen Temperatur für unterschiedliche Batteriemodule können Störungen oder Defekte etwa in einem Kühlsystem oder in einem Thermomanagement der Batterie erkannt werden. Derartige Abweichungen in einer Temperaturverteilung innerhalb der Batterie verursachen eine unterschiedlich starke Alterung der Batteriezellen. Wird eine Abweichung in der Temperaturverteilung durch den Vergleich der gemessenen Temperatur für unterschiedliche Batteriezellen oder Batteriemodule erkannt, kann die Fehlerursache frühzeitig beseitigt werden und damit einer unterschiedlichen Zellalterung oder einer Zellschädigung entgegengewirkt werden. In ähnlicher Weise können die Spannung oder der Strom einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule gemessen und verglichen werden. For example, a temperature sensor is assigned to individual battery cells or battery modules, which measures the temperature. By comparing the measured temperature for different battery modules malfunctions or defects can be detected as in a cooling system or in a thermal management of the battery. Such deviations in a temperature distribution within the battery cause different degrees of aging of the battery cells. If a deviation in the temperature distribution is detected by comparing the measured temperature for different battery cells or battery modules, the cause of the fault can be eliminated at an early stage and thus be counteracted by a different cell aging or cell damage. Similarly, the voltage or current of individual battery cells or individual battery modules can be measured and compared.

In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Gradient durch die Änderung eines ersten Zustandsparameters in Bezug auf ein Zeitintervall und/oder in Bezug auf einen zweiten Zustandsparameter ermittelt. Dazu können der erste und/oder der zweite Zustandsparameter als Messwerte über ein Zeitintervall, insbesondere ein gleiches Zeitintervall, erfasst werden, und die Steigung in dem Zeitintervall kann ermittelt werden. Weiterhin kann der erste Zustandsparameter in Korrelation mit dem zweiten Zustandsparameter betrachtet werden. So kann der Gradient ermittelt werden, den Messwerte des ersten Zustandsparameters gegen den zweiten Zustandsparameter im gleichen Zeitintervall aufweisen. Somit kann der erste Gradient als erster Zustandsparameter pro Zeitintervall oder als erster Zustandsparameter pro zweitem Zustandsparameter ermittelt werden. In a further embodiment, the first gradient is determined by the change of a first state parameter with respect to a time interval and / or with respect to a second state parameter. For this purpose, the first and / or the second state parameter can be detected as measured values over a time interval, in particular an identical time interval, and the slope in the time interval can be determined. Furthermore, the first state parameter may be considered in correlation with the second state parameter. Thus, the gradient can be determined which measured values of the first state parameter have against the second state parameter in the same time interval. Thus, the first gradient can be determined as the first state parameter per time interval or as the first state parameter per second state parameter.

In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich ein zweiter Gradient ermittelt, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient. Weiterhin kann eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten mit Grenzwerten der Funktionstabelle verglichen werden, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst. In a further embodiment, a second gradient is additionally determined, which is based on a chronologically later course of the state parameter than the first gradient. Furthermore, a difference between the first and the second gradient can be compared with limit values of the function table, which includes at least one warning limit value and one cutoff limit value for the difference.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft der erste Zustandsparameter eine Temperatur oder eine Leistung oder der erste Zustandsparameter betrifft eine Temperatur und der zweite Zustandsparameter betrifft eine Leistung. Dementsprechend kann der erste Gradient als Temperatur pro Zeitintervall, Leistung pro Zeitintervall, Temperaturdifferenz pro Zeitintervall oder äquivalent Leistung pro Temperatur ermittelt werden. In a preferred embodiment, the first state parameter relates to a temperature or a power, or the first state parameter relates to a temperature, and the second state parameter relates to a power. Accordingly, the first gradient may be determined as temperature per time interval, power per time interval, temperature difference per time interval, or equivalent power per temperature.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktionstabelle folgende Warngrenzwerte:

  • – einen ersten Warngrenzwert für eine erste Warnstufe, bei deren Überschreiten die Batteriezelle oder das Batteriemodul von einem sicheren Betriebsbereich in einen grenzwertigen Betriebsbereich übergeht,
  • – einen zweiten Warngrenzwert für eine zweite Warnstufe, bei deren Überschreiten die Batteriezelle oder das Batteriemodul von einem grenzwertigen Betriebsbereich in einen unsicheren Betriebsbereich übergeht.
In a further embodiment, the function table comprises the following warning threshold values:
  • A first warning limit value for a first warning level, beyond which the battery cell or the battery module passes from a safe operating range into a marginal operating range,
  • A second warning threshold for a second warning level, above which the battery cell or battery module transitions from a marginal operating range to an unsafe operating range.

Beispielsweise kann der erste Warngrenzwert, der den Übergang von einem sicheren Betriebsbereich in einen grenzwertigen Betriebsbereich kennzeichnet, als ein normaler Betriebsbereich festgelegt werden. Der normale Betriebsbereich entspricht dabei einem Wert des ersten Gradienten oder der Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten, in dem die Batteriezellen oder die Batteriemodule unkritischen betrieben werden können, das heißt, die Batteriezellen oder die Batteriemodule sind keinen zusätzlichen Alterungseffekten unterworfen. Der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten ist damit kleiner als ein kritischer Grenzwert und berücksichtigt insbesondere einen ersten Sicherheitspuffer. Der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten ist also kleiner als der kritische Grenzwert minus den ersten Sicherheitspuffer. Dabei kennzeichnet der kritische Grenzwert den Wert des ersten Gradienten oder der Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten, ab dem es zu irreversiblen Schädigungen der Batteriezellen kommt. For example, the first warning threshold, which marks the transition from a safe operating area to a marginal operating area, may be set as a normal operating area. The normal operating range corresponds to a value of the first gradient or Difference between first and second gradient, in which the battery cells or the battery modules can be operated without critical, that is, the battery cells or the battery modules are not subject to additional aging effects. The first gradient or the difference between the first and second gradient is thus smaller than a critical limit value and, in particular, takes into account a first safety buffer. The first gradient or the difference between the first and second gradient is therefore smaller than the critical limit minus the first safety buffer. In this case, the critical limit value denotes the value of the first gradient or the difference between the first and second gradient, from which irreversible damage to the battery cells occurs.

Weiterhin kann der grenzwertige Betriebsbereich derart gewählt werden, dass in diesem Betriebsbereich die Batteriezellen oder Batteriemodule noch sicher betrieben werden können. Der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten kann dabei kleiner sein als ein kritischer Grenzwert und berücksichtigt insbesondere einen zweiten Sicherheitspuffer, der kleiner ist als der erste Sicherheitspuffer. Der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten ist also kleiner als der kritische Grenzwert minus den zweiten Sicherheitspuffer. Furthermore, the marginal operating range can be selected such that in this operating range, the battery cells or battery modules can still be operated safely. The first gradient or the difference between the first and second gradient may be smaller than a critical limit value and, in particular, takes into account a second safety buffer which is smaller than the first safety buffer. The first gradient or the difference between the first and second gradient is thus smaller than the critical limit value minus the second safety buffer.

Weiterhin kann ein unsicherer Betriebsbereich vorgegeben sein, in dem lediglich ein Notlauf möglich ist. Im Notlauf kann der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten kleiner sein als ein kritischer Grenzwert und berücksichtigt insbesondere einen dritten Sicherheitspuffer, der kleiner ist als der erste und der zweite Sicherheitspuffer. Der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten ist also kleiner als der kritische Grenzwert minus den dritten Sicherheitspuffer. Liegt der erste Gradient oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten außerhalb des unsicheren Bereiches, wird der kritische Grenzwert überschritten und die Batterie abgeschaltet.Furthermore, an unsafe operating range can be predetermined, in which only one emergency operation is possible. In runflat, the first gradient or the difference between the first and second gradients may be smaller than a critical limit and in particular takes into account a third safety buffer which is smaller than the first and the second safety buffer. The first gradient or the difference between the first and second gradient is thus smaller than the critical limit value minus the third safety buffer. If the first gradient or the difference between the first and second gradient is outside the uncertain range, the critical limit is exceeded and the battery is switched off.

Insgesamt können in der Funktionstabelle damit Grenzwerttrajektorien vorgegeben sein, die einen vierstufigen Bereich enthalten. Die Grenzwerttrajektorien legen dabei fest, wie groß der erster Gradient oder wie groß die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten eines gemessenen Zustandsparameters sein darf und ermöglicht somit die Einteilung in einen sicheren, grenzwertigen und unsicheren Betriebsbereich sowie einen Betriebsbereich, der eine sofortige Abschaltung der Batterie bedingt. Die einzelnen Grenzwerte hängen dabei von unterschiedlichen Faktoren, wie der Leistung, dem Anwendungsbereich der Batterie, der Genauigkeit der Sensoren oder dem Ort der Sensoren, ab. Beispielsweise kann die Temperatur davon abhängen, an welchem Ort der Temperatursensor angeordnet ist. Das Ermitteln derartiger Grenzwerte ist dem Fachmann bekannt.Overall, limit function trajectories can be specified in the function table, which contain a four-level range. The limit trajectories determine how large the first gradient or how large the difference between the first and the second gradient of a measured state parameter may be and thus allows the division into a safe, marginal and unsafe operating range and an operating range, the immediate shutdown of Battery conditionally. The individual limit values depend on various factors, such as the power, the field of application of the battery, the accuracy of the sensors or the location of the sensors. For example, the temperature may depend on where the temperature sensor is located. The determination of such limit values is known to the person skilled in the art.

Der erste Warngrenzwert für einen Temperaturgradienten kann zum Beispiel ±2 K/t (Kelvin/Zeit) betragen. Der zweite Warngrenzwert für den Temperaturgradient kann zum Beispiel ±3 K/t betragen. Der kritische Grenzwert kann ±5 K/t betragen. Die Zeit t ist dabei zum Beispiel von der Anwendung der Batterie, einem Fahrprofil oder einer Batterieleistung abhängig. Bei einer Fahrt mit konstanter mittlerer Geschwindigkeit und Leistungsentnahme aus der Batterie kann t zum Beispiel 1 Minute betragen.For example, the first warning threshold for a temperature gradient may be ± 2 K / t (Kelvin / time). For example, the second warning threshold for the temperature gradient may be ± 3 K / t. The critical limit can be ± 5 K / t. The time t is dependent, for example, on the application of the battery, a driving profile or a battery power. For example, when driving at a constant average speed and taking power out of the battery, t may be 1 minute.

In einer weiteren Ausführungsform werden unterschiedliche Warngrenzwerte für unterschiedliche Fahrprofile vorgegeben. So können unterschiedliche Konfigurationsgruppen von Warngrenzwerten bereitgestellt werden, durch die unterschiedliche Fahrprofile mit unterschiedlichen Betriebszuständen der Batterie realisiert werden können. Beispielsweise wird eine Konfigurationsgruppe zum energieeffizienten Fahren beispielsweise mit konstanter mittlerer Geschwindigkeit oder zum sportlichen Fahren bereitgestellt, wobei die Warngrenzen beispielsweise für sportliches Fahren größer gewählt werden als für energieeffizientes Fahren.In a further embodiment, different warning limits for different driving profiles are specified. Thus, different configuration groups of warning thresholds can be provided by which different driving profiles with different operating states of the battery can be realized. For example, a configuration group for energy-efficient driving is provided, for example, at a constant average speed or for sporty driving, wherein the warning limits are selected to be greater, for example for sporty driving than for energy-efficient driving.

In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Gradient gespeichert, wenn der erste Grenzwert den Warngrenzwert oder den Abschaltgrenzwert überschreitet. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Gradient und/oder die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten gespeichert werden, der den Warngrenzwert oder den Abschaltgrenzwert überschreitet. Die Speicherung weist dabei geringen Speicherbedarf auf. Durch die Speicherung der entsprechenden Gradienten oder Differenzen kann eine Fehleranalyse durchgeführt werden, die beispielsweise beim nächsten Start des Fahrzeuges genutzt werden kann.In a further embodiment, the first gradient is stored when the first threshold exceeds the warning threshold or the shutdown threshold. Additionally or alternatively, the second gradient and / or the difference between first and second gradient may be stored that exceeds the warning threshold or the shutdown threshold. The storage has little storage space. By storing the corresponding gradients or differences, an error analysis can be performed, which can be used, for example, at the next start of the vehicle.

In einer weiteren Ausführungsform werden Betriebsparameter der Batteriezellen und/oder der Batteriemodule angepasst, wenn einer der Grenzwerte überschritten wird. So können Betriebsparameter, wie ein maximaler Entladestrom oder ein maximales Integral des Entladestromquadrates, in Abhängigkeit von zum Beispiel der Temperatur, dem SOH, dem SOC oder der Leistung, angepasst, insbesondere reduziert werden.In a further embodiment, operating parameters of the battery cells and / or the battery modules are adapted when one of the limit values is exceeded. Thus, operating parameters, such as a maximum discharge current or a maximum integral of the discharge current square, as a function of, for example, the temperature, the SOH, the SOC or the power, can be adjusted, in particular reduced.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Warngrenzwert oder der Abschaltgrenzwert der Funktionstabelle angepasst, wenn der Warngrenzwert oder der Abschaltgrenzwert überschritten wird. So können Warngrenzwerte oder der Abschaltgrenzwerte für den ersten Gradienten unterschiedlicher Zustandsparameter, wie der Temperatur, der Spannung, dem Strom, dem SOC, dem SOH oder der Leistung, vorgegeben werden. Abhängig beispielsweise vom Alterungszustand oder von der Temperatur der Batteriezellen oder Batteriemodule können die Warngrenzwerte und/oder die Abschaltgrenzwerte angepasst werden. Entsprechend können die Warngrenzwerte und/oder die Abschaltgrenzwerte für die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Gradienten angepasst werden.In another embodiment, the warning threshold or the shutdown threshold of the function table is adjusted when the warning threshold or the shutdown threshold is exceeded. For example, warning limits or turn-off limits for the first gradient may be different State parameters such as temperature, voltage, current, SOC, SOH, or power. Depending on, for example, the aging state or the temperature of the battery cells or battery modules, the warning threshold values and / or the switch-off limit values can be adapted. Accordingly, the warning limits and / or the cut-off limits may be adjusted for the difference between the first and second gradients.

Weiter erfindungsgemäß wird ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Softwaremodul, eine Softwareroutine oder eine Softwaresubroutine zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems in einem Fahrzeug handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu der Computereinrichtung beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-Rom, einer DVD, einer Blu-ray Disk, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielsweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung, wie eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung. Further according to the invention, a computer program is proposed to be performed according to the method described herein when the computer program is executed on a programmable computer device. The computer program may be, for example, a software module, a software routine or a software subroutine for implementing a battery management system in a vehicle. The computer program can be stored on a machine-readable storage medium, for example on a permanent or rewritable storage medium or in association with the computer device, for example on a portable storage, such as a CD-ROM, a DVD, a Blu-ray Disc, a USB stick or a memory card. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device, such as on a server or a cloud server, for example via a data network, such as the Internet or a communication link, such as a telephone line or wireless connection.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst folgende Komponenten:

  • a. eine Einheit zum Bereitstellen zumindest eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Zustandsparameters einer einzelnen Batteriezelle oder eines einzelnen Batteriemoduls;
  • b. eine Einheit zum Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus dem zumindest einen zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Zustandsparameters;
  • c. eine Einheit zum Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten mindestens einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst.
  • d. eine Einheit zum Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder zum Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.
The invention also proposes a battery management system for monitoring a battery having a plurality of battery cells. The battery system comprises the following components:
  • a. a unit for providing at least one time profile of at least one state parameter of a single battery cell or a single battery module;
  • b. a unit for determining at least one first gradient from the at least one time profile of the at least one state parameter;
  • c. a unit for comparing the first gradient with limit values of a function table, which comprises at least one warning limit value and one cutoff limit value for the first gradient.
  • d. a unit to output a warning if a warning limit is exceeded or to shut down the battery if a trip limit is exceeded.

Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet. Dementsprechend gelten die im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Merkmale entsprechend für das Batteriemanagementsystem und umgekehrt die im Rahmen des Batteriemanagementsystems beschriebenen Merkmale entsprechend für das Verfahren. Preferably, the battery management system is configured to perform the methods described herein. Accordingly, the features described within the scope of the method correspondingly apply to the battery management system and, conversely, the features described within the scope of the battery management system apply correspondingly to the method.

Weiter bevorzugt sind die Komponenten des Batteriemanagementsystems als funktionale Einheiten und nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt. So können die Funktionen der Komponenten in Hardware oder in Software realisiert sein. Bevorzugt sind eine oder mehrere Komponenten des Batteriemanagementsystems in Software implementiert.More preferably, the components of the battery management system are as functional units and not necessarily physically separated from each other. Thus, the functions of the components can be implemented in hardware or in software. Preferably, one or more components of the battery management system are implemented in software.

Weiterhin kann das Batteriemanagementsystem eine Einheit umfassen, die ausgebildet ist, einen zweiten Gradienten zu ermitteln, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient, und weiter ausgebildet ist, eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten zu ermitteln und mit Grenzwerten der Funktionstabelle zu vergleichen, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst.Furthermore, the battery management system may comprise a unit which is designed to determine a second gradient, which is based on a chronologically later course of the state parameter than the first gradient, and is further configured to determine a difference between the first and the second gradient and To compare limit values of the function table, which includes for the difference at least a warning threshold and a shutdown limit.

Weiterhin kann das Batteriemanagementsystem eine Speichereinheit umfassen, in der die ersten Gradienten und/oder die Differenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten gespeichert werden, die einen der Grenzwerte der Funktionstabelle überschreiten.Furthermore, the battery management system may comprise a memory unit in which the first gradients and / or the differences between the first and second gradients are exceeded, which exceed one of the limits of the function table.

Erfindungsgemäß wird zudem ein Batteriesystem mit dem hierin beschriebenen Batteriemanagementsystem vorgeschlagen. Die Batterie des Batteriesystems kann als Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydridbatterie ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Batteriesystem mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges verbindbar sein. According to the invention, a battery system with the battery management system described herein is also proposed. The battery of the battery system may be configured as a lithium-ion battery or nickel-metal hydride battery. Furthermore, the battery system can be connectable to a drive train of a vehicle.

Außerdem wird ein Fahrzeug mit dem hierin beschriebenen Batteriesystem vorgeschlagen, wobei das Batteriesystem mit einem Antriebssystem des Fahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, das zumindest teilweise durch elektrische Energie einer Batterie mit mehreren Batteriezellen angetrieben wird.In addition, a vehicle is proposed with the battery system described herein, wherein the battery system is connected to a drive system of the vehicle. Preferably, the vehicle is an electrically driven vehicle, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, which is at least partially driven by electrical energy of a battery having a plurality of battery cells.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht es, eine Batterie derart zu überwachen, dass Störungen oder Defekte frühzeitig erkannt und behoben werden können. Besonders vorteilhaft ist, dass statt dem bisher üblichen Abschalten bei Grenzwertverletzungen, die Möglichkeit besteht, bereits innerhalb des Betriebsbereiches auf ein ungewöhnliches Verhaltensmuster der Batterie zu reagieren. So können Abweichungen zum Beispiel durch Defekte, Störungen oder Missbrauch frühzeitig erkannt werden, obwohl sich die gemessenen Werte noch innerhalb definierter Abschaltgrenzwerte befinden. Somit kann der Grund für die Abweichung schnell erkannt und behoben werden, wodurch einer unterschiedlichen Alterung der Batteriezellen vorgebeugt wird. Durch die Abstufung zwischen Warngrenzwerten und Abschaltgrenzwerten können weiterhin Notlaufprogramme etabliert werden, die die Rückläuferkosten erheblich reduzieren. The invention makes it possible to monitor a battery such that faults or defects can be detected and remedied early. It is particularly advantageous that, instead of the usual shutdown in the case of limit value violations, it is possible to react to an unusual behavior pattern of the battery already within the operating range. So can deviations to Example due to defects, malfunctions or misuse are detected early, although the measured values are still within defined shutdown limits. Thus, the cause of the deviation can be quickly detected and eliminated, thereby preventing a differential aging of the battery cells. The gradation between warning thresholds and cut-off limits further allows emergency programs to be established that significantly reduce the return costs.

Durch die frühzeitige Erkennung von Defekten, Störungen oder Missbräuchen etwa an den Sensoreinheiten können diese noch vor ihrem völligen Ausfall ausgetauscht und repariert werden. Dadurch werden bei defekten Sensoreinheiten die Batteriezellen nicht übermäßig belasten, so dass nur ein Austausch der Sensoreinheiten notwendig ist und einer vorzeitigen Alterung der Batteriezellen vorgebeugt werden kann. Due to the early detection of defects, malfunctions or abuses, for example at the sensor units, they can be exchanged and repaired even before they completely fail. As a result, in the case of defective sensor units, the battery cells are not excessively loaded, so that only replacement of the sensor units is necessary and premature aging of the battery cells can be prevented.

Liegt die Ursache des Defekts, der Störung oder des Missbrauchs nicht in der Sensoreinheit, sondern an einer Komponente der Batterie, zum Beispiel einer ungleichmäßigen Kühlung durch Verunreinigungen, wird dies ebenfalls früh erkannt und die Fehlersuche kann sich lokal beschränken. Weiterhin kann die Fehlerursache lokal beseitigt werden, bevor Folgefehler auftreten, die andere Batteriekomponenten, insbesondere die Batteriezellen, in Mitleidenschaft ziehen. If the cause of the defect, malfunction or abuse is not detected in the sensor unit but in a component of the battery, such as uneven cooling due to contamination, this will also be detected early and troubleshooting may be localized. Furthermore, the cause of the fault can be eliminated locally before subsequent errors occur that affect other battery components, in particular the battery cells.

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 zeigen:Show it:

1 ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Batteriesystem, 1 an at least partially electrically powered vehicle having a battery system,

2 ein beispielhafter zeitlicher Verlauf eines Zustandsparameters für drei unterschiedliche Sensoren, 2 an exemplary time profile of a state parameter for three different sensors,

3 ein beispielhafter Verlauf von Differenzen aus dem zeitlichen Verlauf des Zustandsparameters für drei unterschiedliche Sensoren gemäß 2, 3 an exemplary course of differences from the time course of the state parameter for three different sensors according to 2 .

4A, 4B und 4C drei beispielhafte zeitliche Verläufe für eine Leistung, eine Temperatur und entsprechende erste Gradienten bezogen auf ein Zeitintervall, 4A . 4B and 4C three exemplary time profiles for a power, a temperature and corresponding first gradients with respect to a time interval,

5 eine beispielhafte Funktionstabelle mit Warngrenzwerten und Abschaltgrenzwerten für einen Leistungs- und einen Temperaturgradienten, 5 an exemplary function table with warning limits and cut-off limits for a power gradient and a temperature gradient,

6 ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens zum Überwachen von Batteriezellen oder Batteriemodulen in Form eines Flussdiagramms. 6 an exemplary sequence of a method for monitoring battery cells or battery modules in the form of a flowchart.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals, wherein in individual cases a repeated description of these components is dispensed with. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12, wobei das Fahrzeug 10 zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist. 1 shows a vehicle 10 with a battery system 12 , where the vehicle 10 at least partially driven electrically.

Das Fahrzeug 10 der 1 kann als rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder als Hybridfahrzeug, das zusätzlich einen Verbrennungsmotor aufweist, ausgestaltet sein. Dazu ist das Fahrzeug 10 mit einem elektrischen Antriebssystem 14 ausgerüstet, das das Fahrzeug 10 über einen Elektromotor (nicht dargestellt) zumindest teilweise elektrisch antreibt. Die elektrische Energie wird von dem Batteriesystem 12 bereitgestellt, das eine Batterie 16 und ein Batteriemanagementsystem 18 umfasst.The vehicle 10 of the 1 can be designed as a purely electrically driven vehicle or as a hybrid vehicle, which additionally has an internal combustion engine. This is the vehicle 10 with an electric drive system 14 equipped, that the vehicle 10 via an electric motor (not shown) at least partially electrically drives. The electrical energy is coming from the battery system 12 provided a battery 16 and a battery management system 18 includes.

Die Batterie 16 umfasst mehrere Batteriezellen 19 oder Akkumulatorzellen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen. Die Batteriezellen 19 sind zu Batteriemodulen 20 zusammengefasst, wobei die Batteriezellen 19 miteinander in Serie oder parallel geschaltet sein können und die einzelnen Batteriemodule 20 wiederum miteinander in Serie oder parallel geschaltet sein können, um die gewünschte Leistung bereitzustellen. The battery 16 includes several battery cells 19 or accumulator cells, for example lithium-ion cells. The battery cells 19 are to battery modules 20 summarized, with the battery cells 19 can be connected in series or in parallel and the individual battery modules 20 again in series or in parallel to provide the desired performance.

Zum Überwachen einzelner Batteriezellen 19 oder Batteriemodule 20 sind diese mit Zellüberwachungseinheiten 22 oder Modulüberwachungseinheiten 23 ausgestattet, die als Sensoreinheiten Zustandsparameter, wie eine Spannung, einen Strom oder eine Temperatur, einzelner Batteriezellen 19 oder einzelner Batteriemodule 20 erfassen und die erfassten Zustandsparameter dem Batteriemanagementsystem 18 bereitstellen. Beispielsweise können die Zustandsparameter über einen Bus 24, wie einem Serial Peripheral Interface Bus (kurz SPI Bus) oder einen Controller Area Network Bus (kurz CAN Bus), von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder Modulüberwachungseinheiten 23 an das Batteriemanagementsystem 18 übertragen werden. Die Zustandsparameter werden kontinuierlich mit einer definierten Abtastrate von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder den Modulüberwachungseinheiten 23 erfasst und an das Batteriemanagementsystem 18 übermittelt, so dass dem Batteriemanagementsystem 18 ein zeitlicher Verlauf 36, 38, 40 der Zustandsparameter bereitgestellt wird. Der zeitliche Verlauf 36, 38, 40 wird im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben.For monitoring individual battery cells 19 or battery modules 20 these are with cell monitoring units 22 or module monitoring units 23 equipped as sensor units state parameters, such as a voltage, a current or a temperature, individual battery cells 19 or individual battery modules 20 capture and the captured condition parameters to the battery management system 18 provide. For example, the state parameters can be over a bus 24 such as a Serial Peripheral Interface Bus (SPI Bus for short) or a Controller Area Network Bus (CAN Bus for short) from the cell monitoring units 22 or module monitoring units 23 to the battery management system 18 be transmitted. The state parameters are continuously set at a defined sampling rate by the cell monitoring units 22 or the module monitoring units 23 and to the battery management system 18 transmitted so that the battery management system 18 a time course 36 . 38 . 40 the state parameter provided. The time course 36 . 38 . 40 is related to 2 described in more detail.

Das Batteriemanagementsystem 18 implementiert Funktionen zum Steuern und Überwachen der Batterie 16. So weist das Batteriemanagementsystem 18 eine Einheit 26 zum Empfangen der Zustandsparameter auf, die von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder den Modulüberwachungseinheiten 23 erfasst werden. Die Einheit 26 zum Empfangen der Zustandsparameter weist einen flüchtigen Speicher, wie einen RAM-Speicher, auf, in dem die erfassten Zustandsparameter für unterschiedliche Zeitpunkte vorübergehend gespeichert werden. Weiterhin kann die Einheit 26 zum Empfangen der Zustandsparameter ausgebildet sein, Daten zum Steuern der Batteriezellen 19 oder der Batteriemodule 20 zu senden. The battery management system 18 implements functions to control and monitor the battery 16 , This is the way the battery management system points 18 one unity 26 for receiving the state parameters received from the cell monitoring units 22 or the module monitoring units 23 be recorded. The unit 26 for receiving the state parameters has a volatile memory, such as a RAM memory, in which the detected state parameters are temporarily stored for different times. Furthermore, the unit 26 for receiving the state parameters, data for controlling the battery cells 19 or the battery modules 20 to send.

Die zeitlichen Verläufe 36, 38, 40 des Zustandsparameters werden einer Einheit 28 zum Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus zumindest einem zeitlichen Verlauf 36, 38, 40 des wenigstens einen Zustandsparameters bereitgestellt. Weiterhin kann die Einheit 28 zum Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten auch zum Ermitteln von Differenzen zwischen dem ersten Gradienten und einem zweiten Gradienten ausgebildet sein. Der ermittelte erste Gradient oder gegebenenfalls die ermittelte Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten wird weiter einer Einheit 30 zum Vergleichen des ersten Gradienten oder gegebenenfalls die ermittelte Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten mit Grenzwerten einer Funktionstabelle bereitgestellt. Dabei umfasst die Funktionstabelle für den ersten Gradienten und gegebenenfalls die ermittelte Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten mindestens einen Warngrenzwert 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75. Der erste Gradient, die Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten und die Funktionstabelle werden im Zusammenhang mit den 3 bis 6 näher beschrieben. Wenn der Warngrenzwert 71, 73 oder der Abschaltgrenzwert 75 überschritten wird, wird dies einer Einheit 31 zum Ausgeben einer Warnung oder zum Abschalten der Batterie 16 bereitgestellt. Weiterhin werden diejenigen ersten Gradienten und gegebenenfalls die ermittelte Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten, die mindestens einen Warngrenzwert 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75 überschreiten, in einer Speichereinheit 32 gespeichert. Zum Auswerten der ersten Gradienten oder gegebenenfalls der ermittelten Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten, die mindestens einen Warngrenzwert 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75 überschreiten, können diese über eine Schnittstelle 34 des Batteriemanagementsystems 18 aus der Speichereinheit 32 ausgelesen werden.The temporal courses 36 . 38 . 40 of the state parameter become one unit 28 for determining at least one first gradient from at least one time profile 36 . 38 . 40 the at least one state parameter provided. Furthermore, the unit 28 for determining at least one first gradient also be designed for determining differences between the first gradient and a second gradient. The determined first gradient or, if appropriate, the determined difference between the first and second gradient becomes further a unit 30 for comparing the first gradient or optionally the determined difference between first and second gradient with limits of a function table. In this case, the function table for the first gradient and optionally the determined difference between the first and second gradient comprises at least one warning limit value 71 . 73 and a shutdown limit 75 , The first gradient, the difference between the first and second gradient and the function table are used in conjunction with the 3 to 6 described in more detail. When the warning limit 71 . 73 or the shutdown limit 75 is exceeded, this becomes one unit 31 for issuing a warning or turning off the battery 16 provided. Furthermore, those first gradients and optionally the determined difference between the first and second gradient, the at least one warning threshold 71 . 73 and a shutdown limit 75 exceed, in a storage unit 32 saved. For evaluating the first gradient or, if appropriate, the determined difference between the first and second gradient, the at least one warning limit value 71 . 73 and a shutdown limit 75 These can be over an interface 34 of the battery management system 18 from the storage unit 32 be read out.

Das Verfahren zum Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten und gegebenenfalls die ermittelte Differenz zwischen erstem und zweitem Gradienten und zum Vergleichen dieser mit Grenzwerten der Funktionstabelle, die mindestens einen Warngrenzwert 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75 umfasst, wird im Folgenden am Beispiel von gemessenen zeitlichen Verläufen 36, 38, 40 näher beschrieben.The method for determining at least a first gradient and optionally the determined difference between the first and second gradient and for comparing this with limit values of the function table, the at least one warning threshold 71 . 73 and a shutdown limit 75 will be described below using the example of measured time courses 36 . 38 . 40 described in more detail.

2 zeigt einen zeitlichen Verlauf 36, 38, 40 eines Messwertes M gegen die Zeit t für drei unterschiedliche Sensoreinheiten des Batteriesystems 12. 2 shows a time course 36 . 38 . 40 a measured value M against the time t for three different sensor units of the battery system 12 ,

Die Sensoreinheiten, deren Messwerte M in 2 dargestellt sind, sind gleichartig. Das heißt, alle drei Sensoreinheiten erfassen den gleichen Zustandsparameter für unterschiedliche Batteriezellen 19 oder Batteriemodule 20 und liefern dementsprechend bis auf Abweichungen innerhalb von typischen Toleranzen gleiche Werte. Die Toleranz bestimmt sich dabei nach der Art der Sensoreinheiten. Beispielsweise können die Sensoreinheiten Temperatursensoren sein, die einzelnen Batteriezellen 19 oder Batteriemodulen 20 zugeordnet sind. The sensor units whose measured values M in 2 are shown are similar. That is, all three sensor units detect the same state parameter for different battery cells 19 or battery modules 20 and thus provide equal values except for variations within typical tolerances. The tolerance is determined by the type of sensor units. For example, the sensor units may be temperature sensors, the individual battery cells 19 or battery modules 20 assigned.

Der in 2 gezeigte erste zeitliche Verlauf 36 zeigt die Messwerte M einer ersten Sensoreinheit gegen die Zeit t. Der zweite zeitliche Verlauf 38 zeigt die Messwerte M einer zweiten Sensoreinheit gegen die Zeit t. Dabei folgt der zweite zeitliche Verlauf 38 des Messwerts M der zweiten Sensoreinheit im Wesentlichen dem ersten zeitlichen Verlauf 36 des Messwertes M der ersten Sensoreinheit. Der dritte zeitliche Verlauf 40 des Messwertes M einer dritten Sensoreinheit dagegen weicht insbesondere ab einem Zeitpunkt t1 wesentlich von dem ersten zeitlichen Verlauf 36 und dem zweiten zeitlichen Verlauf 38 ab. Durch einen Vergleich des ersten, zweiten und dritten zeitlichen Verlaufes 36, 38, 40 der Messwerte M der ersten, zweiten und dritten Sensoreinheit kann anhand der Differenzen der Messwerte M eine Drift, wie in 3 dargestellt, ermittelt werden.The in 2 shown first time course 36 shows the measured values M of a first sensor unit against the time t. The second time course 38 shows the measured values M of a second sensor unit against the time t. This is followed by the second time course 38 the measured value M of the second sensor unit substantially the first time course 36 the measured value M of the first sensor unit. The third time course 40 the measured value M of a third sensor unit, on the other hand, deviates significantly from the first time profile, in particular as of a time t 1 36 and the second time course 38 from. By comparing the first, second and third time course 36 . 38 . 40 The measured values M of the first, second and third sensor units can be drifted as shown in FIG 3 shown, are determined.

3 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf von Differenzen 42, 44, 46 der Messwerte ΔM aus dem zeitlichen Verlauf 36, 38, 40 des Messwertes M für die drei unterschiedlichen Sensoreinheiten, wie in 2 gezeigt. 3 shows an exemplary time course of differences 42 . 44 . 46 the measured values ΔM from the time course 36 . 38 . 40 of the measured value M for the three different sensor units, as in 2 shown.

Der erste zeitliche Verlauf der Differenz 42 der Messwerte ΔM der zweiten Sensoreinheit und der ersten Sensoreinheit ist im Wesentlichen konstant. Im Gegensatz dazu steigen die zeitlichen Verläufe der Differenz 44, 46 der Messwerte ΔM für die dritte Sensoreinheit und die erste Sensoreinheit sowie für die dritte Sensoreinheit und die zweite Sensoreinheit stetig an. Der zeitliche Verlauf der Differenzen 42, 44, 46 zwischen den in 2 gezeigten zeitlichen Verläufen 36, 38, 40 der Messwerte M der ersten, zweiten und dritten Sensoreinheit zeigt, dass die Differenzen der Messwerte ΔM auf Basis der Messwerte M der dritten Sensoreinheit stetig ansteigen. Dies resultiert aus der Drift der Messwerte M der dritten Sensoreinheit gemäß dem zeitlichen Verlauf 40. The first time course of the difference 42 the measured values .DELTA.M of the second sensor unit and the first sensor unit is substantially constant. In contrast, the temporal course of the difference increases 44 . 46 the measured values .DELTA.M for the third sensor unit and the first sensor unit and for the third sensor unit and the second sensor unit continuously. The temporal course of the differences 42 . 44 . 46 between the in 2 shown temporal progressions 36 . 38 . 40 the measured values M of the first, Second and third sensor unit shows that the differences of the measured values .DELTA.M on the basis of the measured values M of the third sensor unit increase steadily. This results from the drift of the measured values M of the third sensor unit according to the time profile 40 ,

Beispielsweise wird eine unterschiedliche Temperatur innerhalb der Batterie 16, welche zum Beispiel durch Störungen in einem Thermomanagement verursacht wird, durch die Ermittlung der zeitlichen Verläufe der Differenzen 46, 44, 42 erkennbar. Durch Erkennung und Beseitigung der Fehlerursache kann der Zellalterung oder der Zellschädigung innerhalb der Batterie 16 frühzeitig entgegengewirkt werden. Darüber hinaus können durch die Überwachung der Differenzen auch fehlerhafte Wertetabellen (Look-Up-Tables) im Batteriemanagementsystem 18 abgefangen oder kritische Betriebszustände dokumentiert werden. Insbesondere der Betrieb bei tiefen Temperaturen mit zu hohen Lade- oder Entladeströmen kann über die lokalen Temperatursensoren als Sensoreinheiten erkannt werden.For example, a different temperature within the battery 16 which is caused for example by disturbances in a thermal management, by the determination of the temporal courses of the differences 46 . 44 . 42 recognizable. Detecting and eliminating the cause of the failure may cause cell aging or cell damage within the battery 16 counteracted at an early stage. In addition, by monitoring the differences, it is also possible to have faulty look-up tables in the battery management system 18 intercepted or critical operating conditions are documented. In particular, the operation at low temperatures with high charge or discharge currents can be detected via the local temperature sensors as sensor units.

4 zeigt in Graph 4A einen zeitlichen Verlauf 48 einer Leistung L der Batterie 16 in Watt, in Graph 4B einen zeitlichen Verlauf 50, 52, 54 einer Temperatur T in Grad Celsius gemessen von Sensoreinheiten für drei unterschiedliche Batteriemodule 20, die jeweils mit einem Temperatursensor als Sensoreinheit ausgestattet sind, gegen eine Zeit t in Minuten und in Graph 4C einen ersten Gradienten für die Temperatur T in Grad Celsius gegen einen ersten Gradienten für die Leistung L in Watt aus den in den Graphen 4A und 4B gezeigten zeitlichen Verläufe 48, 50, 52, 54. 4 shows in graph 4A a time course 48 a power L of the battery 16 in watts, in graph 4B a time course 50 . 52 . 54 a temperature T in degrees Celsius measured by sensor units for three different battery modules 20 , each equipped with a temperature sensor as a sensor unit, against a time t in minutes and in graph 4C, a first gradient for the temperature T in degrees Celsius against a first gradient for the power L in watts shown in the graphs 4A and 4B temporal courses 48 . 50 . 52 . 54 ,

In Graph 4A ist der zeitliche Verlauf 48 der Leistung L der Batterie 16 in Watt (W) gegen die Zeit t in Minuten (min) dargestellt. Die Leistung L der Batterie 16 ist bei t = 0 min konstant und erhöht sich bei etwa t = 5 min auf einen konstanten Wert bis zu einem Zeitpunkt t = 20 min, bevor die Leistung L wieder abnimmt und sich auf einem Niveau zwischen –5 und +5 W bewegt.Graph 4A shows the time course 48 the power L of the battery 16 in Watts (W) versus time t in minutes (min). The power L of the battery 16 is constant at t = 0 min and increases at about t = 5 min to a constant value until a time t = 20 min, before the power L decreases again and moves at a level between -5 and +5 W.

In Graph 4B ist der zeitliche Verlauf 50, 52, 54 der Temperatur T in Grad Celsius gegen die Zeit t in Minuten (min) für drei unterschiedliche Batteriemodule 20 dargestellt, die von drei gleichartigen Temperatursensoren als Sensoreinheiten gemessen wird. Dabei zeigt der zeitliche Verlauf 50 die gemessene Temperatur T eines ersten Temperatursensors, der zeitliche Verlauf 52 die gemessene Temperatur T eines zweiten Temperatursensors und der zeitliche Verlauf 54 die gemessene Temperatur T eines dritten Temperatursensors. Wie aus Graph 4B hervorgeht, nimmt die Temperatur T der drei überwachten Batteriemodule 20 zu, solange die Batterie 16 bei einer hohen Leistung L > 5 W betrieben wird. Mit abnehmender Leistung L geht die Temperatur T in eine Sättigung über, steigt nicht weiter an und beginnt wieder zu fallen. Graph 4B shows the time course 50 . 52 . 54 the temperature T in degrees Celsius against the time t in minutes (min) for three different battery modules 20 represented, which is measured by three similar temperature sensors as sensor units. This shows the time course 50 the measured temperature T of a first temperature sensor, the time course 52 the measured temperature T of a second temperature sensor and the time course 54 the measured temperature T of a third temperature sensor. As can be seen from graph 4B, the temperature T of the three monitored battery modules decreases 20 too, as long as the battery 16 at a high power L> 5W is operated. As the power L decreases, the temperature T saturates, does not increase further and begins to fall again.

Diesem Schema folgen der zeitliche Verlauf 50 des ersten Temperatursensors und der zeitliche Verlauf 52 des zweiten Temperatursensors. Lediglich der zeitliche Verlauf 54 des dritten Temperatursensors weicht wesentlich ab und steigt im Bereich von t = 30 min wieder an. So misst der dritte Temperatursensor einen fehlerhaften Wert, beispielsweise wegen eines schlechten Wärmeübergangs im Kühlsystem des betreffenden Batteriemoduls 20. This scheme is followed by the time course 50 of the first temperature sensor and the time course 52 of the second temperature sensor. Only the time course 54 of the third temperature sensor deviates significantly and increases again in the range of t = 30 min. Thus, the third temperature sensor measures a faulty value, for example due to poor heat transfer in the cooling system of the relevant battery module 20 ,

In Graph 4C ist der erste Gradient der Temperatur ΔT gegen den ersten Gradienten der Leistung ΔL gemäß den in den Graphen 4A und 4B gezeigten zeitlichen Verläufen 48, 50, 52, 54 aufgetragen. Hierbei bestimmt sich der erste Gradient für die Temperatur ΔT, indem der Temperaturgradient über ein vorbestimmtes Zeitintervall, im vorliegenden Fall beispielsweise 1 min, ermittelt wird. So kann der erste Gradient der betreffenden Zustandsparameter pro Zeitintervall ermittelt werden. Möglich ist es auch, den Mittelwert einer Summe einer definierten Anzahl von ersten Gradienten zu bilden oder eine lineare Extrapolation beziehungsweise eine Trendabschätzung durchzuführen. Weiterhin kennzeichnen die eckigen Symbole 56 die ersten Gradienten des dritten Temperatursensors, die runden Symbole 58 die ersten Gradienten des ersten Temperatursensors und die dreieckigen Symbole 60 die ersten Gradienten des zweiten Temperatursensors. Der Darstellung der ersten Gradienten ist zu entnehmen, dass die ersten Gradienten des dritten Temperatursensors wesentlich weiter gestreut sind als die ersten Gradienten des ersten und zweiten Temperatursensors.In graph 4C, the first gradient of the temperature ΔT versus the first gradient of the power ΔL is according to the time courses shown in graphs 4A and 4B 48 . 50 . 52 . 54 applied. Here, the first gradient for the temperature .DELTA.T determined by the temperature gradient over a predetermined time interval, in the present case, for example 1 min, is determined. Thus, the first gradient of the respective state parameters per time interval can be determined. It is also possible to form the mean value of a sum of a defined number of first gradients or to carry out a linear extrapolation or a trend estimation. Furthermore, the angular symbols indicate 56 the first gradients of the third temperature sensor, the round symbols 58 the first gradients of the first temperature sensor and the triangular symbols 60 the first gradients of the second temperature sensor. The illustration of the first gradient shows that the first gradients of the third temperature sensor are scattered substantially further than the first gradients of the first and second temperature sensors.

Anhand der in Graph 4C gezeigten ersten Gradienten für die Temperatur ΔT und die Leistung ΔL können Störungen oder Defekte frühzeitig erkannt werden oder zum Beispiel die Kühlmittel-Anforderung frühzeitig ausgelöst werden. Des Weiteren bietet sich die Möglichkeit an, eine Abweichung der Gradienten zueinander zu ermitteln und zum Beispiel Fehlmessungen wegen ausgefallener Sensoreinheiten zu erkennen. In diesem Fall ist die Überwachung der einzelnen Batteriemodule 20 oder Batteriezellen 19 nicht mehr gegeben und der Fehler mit Methoden gemäß dem Stand der Technik nicht feststellbar oder erst feststellbar, wenn benachbarte Sensoreinheiten eine Grenzwertverletzung aufweisen.On the basis of the first gradient for the temperature .DELTA.T and the power .DELTA.L shown in graph 4C disturbances or defects can be detected early or, for example, the coolant request can be triggered early. Furthermore, it is possible to determine a deviation of the gradients from each other and to detect, for example, incorrect measurements due to failed sensor units. In this case, the monitoring of the individual battery modules 20 or battery cells 19 no longer given and the error with methods according to the prior art not detectable or only detectable if adjacent sensor units have a limit violation.

In 5 ist beispielhaft eine Funktionstabelle mit Warngrenzwerten 71, 73 und einem Abschaltgrenzwert 75 als Grenzwerte 71, 73, 75 in zwei Dimensionen für den ersten Gradienten der Leistung ΔL und den ersten Gradienten der Temperatur ΔT gezeigt. In 5 is an example of a function table with warning thresholds 71 . 73 and a shutdown limit 75 as limits 71 . 73 . 75 in two dimensions for the first gradient of power ΔL and the first gradient of temperature ΔT.

Die Warngrenzwerte 71, 73 und der Abschaltgrenzwert 75 können werkseitig nach Herstellen der Batterie 16 mit mehreren Batteriezellen 19 in einer Speichereinheit 32 des Batteriemanagementsystems 18 hinterlegt werden. So kann etwa im Rahmen eines Thermomanagements der maximale erste Gradient der Temperatur ΔT ermittelt werden und zum Beispiel zwischen –2 bis +2 K/min vorgegeben werden, um einen sicheren Betriebsbereich 72 für den ersten Gradienten der Temperatur ΔT festzulegen. Ein grenzwertiger Betriebsbereich 74 kann für den Gradienten der Temperatur ΔT zwischen +2 und +3 K/min und –3 und –2 K/min liegen. Ein unsicherer Betriebsbereich 76 kann für den Gradienten der Temperatur ΔT zwischen +3 und +5 K/min und –5 und –3 K/min liegen. Letztlich wird ein Abschaltgrenzwert 75 etwa bei einem Temperaturgradienten von mehr als 5 K/min und bei weniger als –5K/min definiert, ab dem das Batteriesystem 12 deaktiviert wird und sich somit in einem deaktivierten Bereich 78 befindet. The warning limits 71 . 73 and the shutdown limit 75 can be factory set after making the battery 16 with several battery cells 19 in a storage unit 32 of the battery management system 18 be deposited. Thus, for example, within the scope of a thermal management, the maximum first gradient of the temperature .DELTA.T can be determined and, for example, given between -2 to +2 K / min to a safe operating range 72 for the first gradient of the temperature .DELTA.T set. A borderline operating area 74 may be between +2 and +3 K / min and -3 and -2 K / min for the temperature gradient ΔT. An unsafe operating area 76 may be between +3 and +5 K / min and -5 and -3 K / min for the temperature gradient ΔT. Ultimately, a shutdown threshold 75 defined at a temperature gradient of more than 5 K / min and less than -5K / min, starting from the battery system 12 is deactivated and thus in a deactivated area 78 located.

In analoger Weise können Warngrenzwerte 71, 73 für den Gradient der Leistung ΔL definiert werden, um einen sicheren Betriebsbereich 72, einen grenzwertiger Betriebsbereich 74 und einen unsicheren Betriebsbereich 76 mit einem Notlaufprogramm vorzusehen. Überschreitet der erste Gradient der Leistung ΔL oder der Temperatur ΔT einen Abschaltgrenzwert 75, liegt also einer der Gradienten im deaktivierten Bereich 78, dann kann vorgesehen sein, dass das Batteriemanagementsystem 18 den Betrieb des Batteriesystems 12 abschaltet. In an analogous way, warning limits 71 . 73 be defined for the gradient of power ΔL to a safe operating range 72 , a borderline operating area 74 and an insecure operating area 76 to be provided with an emergency program. If the first gradient of the power ΔL or the temperature ΔT exceeds a switch-off threshold 75 , so one of the gradients is in the deactivated area 78 , then it can be provided that the battery management system 18 the operation of the battery system 12 off.

6 zeigt beispielhaft einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms. 6 shows an example of a flow of the method according to the invention in the form of a flow chart.

Zum Überwachen der Batterie 16 mit mehreren Batteriezellen 19 ist einzelnen Batteriezellen 19 oder einzelnen Batteriemodulen 20 wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet. In einem ersten Schritt 62 wird ein zeitlicher Verlauf 36, 38, 40, 48, 50, 52, 54 wenigstens eines Zustandsparameters, wie einer Temperatur, einer Spannung, eines Stroms oder einer Leistung, einer einzelnen Batteriezelle 19 oder eines einzelnen Batteriemoduls 20 erfasst. To monitor the battery 16 with several battery cells 19 is single battery cells 19 or individual battery modules 20 associated with at least one sensor unit. In a first step 62 becomes a time course 36 . 38 . 40 . 48 . 50 . 52 . 54 at least one state parameter, such as a temperature, voltage, current or power, of a single battery cell 19 or a single battery module 20 detected.

In einem zweiten Schritt 64 wird aus dem zeitlichen Verlauf 36, 38, 40, 48, 50, 52, 54 des erfassten Zustandsparameters ein erster Gradient ermittelt. Dabei werden Messwerte über ein festes Zeitintervall erfasst und der erste Gradient ermittelt. Weiterhin kann eine definierte Anzahl von Gradienten für unterschiedliche Zeitintervalle summiert werden oder eine lineare Extrapolation erfolgen.In a second step 64 will be out of time 36 . 38 . 40 . 48 . 50 . 52 . 54 of the detected state parameter determines a first gradient. Measured values are recorded over a fixed time interval and the first gradient is determined. Furthermore, a defined number of gradients can be summed for different time intervals or a linear extrapolation can be performed.

In einem dritten Schritt 66 wird der erste Gradient mit Grenzwerten einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten mehrere Warngrenzwerte 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75 umfassen. Die Warngrenzwerte 71, 73 definieren dabei einen sicheren Betriebsbereich 72, einen grenzwertigen Betriebsbereich 74 und einen unsicheren Betriebsbereich 76. Bei Überschreiten eines der Warngrenzwerte 71, 73 werden die Betriebsparameter der Batterie 16 so angepasst, dass die Batterie 16 noch zuverlässig betrieben werden kann. Wird der Abschaltgrenzwert 75 überschritten, erfolgt die sofortige Deaktivierung des Batteriesystems 12. Zusätzlich können in einem vierten Schritt 68 bei Überschreiten eines Warngrenzwertes 71, 73 eine Warn- oder eine Fehlermeldung an einen Fahrer ausgegeben werden. Beispielsweise kann die Warn- bzw. Fehlermeldung auf einem Bildschirm im Fahrzeug 10 angezeigt werden. In a third step 66 is the first gradient with limits of a function table, for the first gradient several warning thresholds 71 . 73 and a shutdown limit 75 include. The warning limits 71 . 73 define a safe operating area 72 , a borderline operating area 74 and an insecure operating area 76 , If one of the warning limits is exceeded 71 . 73 become the operating parameters of the battery 16 adjusted so that the battery 16 can still be operated reliably. Will the shutdown limit 75 exceeded, the immediate deactivation of the battery system takes place 12 , Additionally, in a fourth step 68 when a warning limit is exceeded 71 . 73 a warning or an error message are issued to a driver. For example, the warning or error message on a screen in the vehicle 10 are displayed.

Wurde der Fahrer oder das Wartungspersonal über die Warnmeldung auf die Grenzwertüberschreitung hingewiesen oder liegen die Gradienten innerhalb der Warngrenzwerte 71, 73, wird in einem fünften Schritt 70 das Verfahren erneut initialisiert. So kann eine kontinuierliche Überwachung realisiert werden, in der zyklisch Messwerte M erfasst werden und im Batteriemanagementsystem 18 überprüft werden.If the driver or service personnel have been alerted to the limit violation by the warning message or if the gradients are within the warning limits 71 . 73 , will be in a fifth step 70 the procedure reinitialized. Thus, a continuous monitoring can be realized in which measured values M are recorded cyclically and in the battery management system 18 be checked.

Werden in zyklischen Abständen Messwerte M von gleichartigen Sensoreinheiten des Batteriesystems 12 vom Batteriemanagementsystem 18 empfangen und miteinander verglichen, kann ermittelt werden, ob die Gradienten innerhalb eines definierten Betriebsbereiches liegen. Die Betriebsbereiche 72, 74, 76 sind dabei durch Warngrenzwerte 71, 73 und einen Abschaltgrenzwert 75 gegeben. Wird der Warngrenzwert 71, 73 überschritten, wird eine Warnmeldung an den Fahrer oder an Wartungspersonal ausgegeben. Wird der Abschaltgrenzwert 75 überschritten, erfolgt die sofortige Abschaltung des Batteriesystems 12. Durch das Vorsehen der Warngrenzwerte 71, 73 wird dem Nutzer oder dem Wartungspersonal frühzeitig angezeigt, dass möglicherweise ein Defekt oder eine Störung vorliegt. Je nach Art der Störung und Sensortyp kann eine automatisierte Offset-Kalibrierung durchgeführt werden, der Leistungsbereich der Batterie 16 eingeschränkt werden oder die Batterie 16 ganz deaktiviert werden, so dass größere Schäden vermieden werden. Are at cyclic intervals measured values M of similar sensor units of the battery system 12 from the battery management system 18 received and compared with each other, it can be determined whether the gradients are within a defined operating range. The operating areas 72 . 74 . 76 are accompanied by warning limits 71 . 73 and a shutdown limit 75 given. Will the warning limit 71 . 73 exceeded, a warning message is issued to the driver or maintenance personnel. Will the shutdown limit 75 exceeded, the immediate shutdown of the battery system takes place 12 , By providing the warning limits 71 . 73 the user or the maintenance staff is promptly informed that there may be a defect or a fault. Depending on the type of fault and sensor type, an automated offset calibration can be performed, the power range of the battery 16 be restricted or the battery 16 be completely disabled so that greater damage can be avoided.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele oder die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the embodiments described herein or 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.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102011080512 A1 [0008] DE 102011080512 A1 [0008]

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Verfahren zum Überwachen einer Batterie (16) mit mehreren Batteriezellen (19), wobei einzelnen Batteriezellen (19) und/oder einzelnen Batteriemodulen (20) wenigstens eine Sensoreinheit zugeordnet ist, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen zumindest eines zeitlichen Verlaufes (36, 38, 40) wenigstens eines Zustandsparameters einzelner Batteriezellen (19) oder einzelner Batteriemodule (20), b) Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus dem zumindest einen zeitlichen Verlauf (36, 38, 40) des wenigstens einen Zustandsparameters, c) Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten (71, 73, 75) einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst, und d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.Method for monitoring a battery ( 16 ) with several battery cells ( 19 ), wherein individual battery cells ( 19 ) and / or individual battery modules ( 20 ) at least one sensor unit is associated with the following steps: a) providing at least one time profile ( 36 . 38 . 40 ) at least one state parameter of individual battery cells ( 19 ) or individual battery modules ( 20 b) determining at least one first gradient from the at least one temporal course ( 36 . 38 . 40 ) of the at least one state parameter, c) comparing the first gradient with limit values ( 71 . 73 . 75 ) of a function table which, for the first gradient, has at least one warning limit ( 71 . 73 ) and a shutdown limit ( 75 d) output a warning if a warning limit is exceeded, or switch off the battery if a trip limit is exceeded. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustandsparameter eine Temperatur, eine Leistung, eine Spannung oder einen Strom einer einzelnen Batteriezelle (19) oder eines einzelnen Batteriemoduls (20) betrifft.The method of claim 1, wherein the state parameter is a temperature, power, voltage, or current of a single battery cell. 19 ) or a single battery module ( 20 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Gradient durch eine Änderung eines ersten Zustandsparameters in Bezug auf ein Zeitintervall oder in Bezug auf einen zweiten Zustandsparameter ermittelt wird.The method of claim 1 or 2, wherein the first gradient is determined by a change of a first state parameter with respect to a time interval or with respect to a second state parameter. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Zustandsparameter eine Temperatur oder eine Leistung betrifft oder der erste Zustandsparameter eine Temperatur und der zweite Zustandsparameter eine Leistung betrifft.The method of claim 3, wherein the first state parameter relates to a temperature or power, or the first state parameter relates to a temperature and the second state parameter relates to a power. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zusätzlich ein zweiter Gradient ermittelt wird, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient, wobei eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten ermittelt wird und mit Grenzwerten (71, 73, 75) der Funktionstabelle verglichen wird, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst.Method according to one of claims 1 to 4, wherein additionally a second gradient is determined, which is based on a temporally later course of the state parameter than the first gradient, wherein a difference between the first and the second gradient is determined and with limit values ( 71 . 73 . 75 ) is compared to the function table, which for the difference at least one warning threshold ( 71 . 73 ) and a shutdown limit ( 75 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Funktionstabelle folgende Warngrenzwerte (71, 73) umfasst: – einen ersten Warngrenzwert (71) für eine erste Warnstufe, bei deren Überschreiten die einzelne Batteriezelle (19) oder das einzelne Batteriemodul (20) von einem sicheren Betriebsbereich (72) in einen grenzwertigen Betriebsbereich (74) übergeht, – einen zweiten Warngrenzwert (73) für eine zweite Warnstufe, bei deren Überschreiten die einzelne Batteriezelle (19) oder das einzelne Batteriemodul (20) von einem grenzwertigen Betriebsbereich (74) in einen unsicheren Betriebsbereich (76) übergeht.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the function table the following warning thresholds ( 71 . 73 ) comprises: - a first warning limit ( 71 ) for a first warning level, beyond which the individual battery cell ( 19 ) or the single battery module ( 20 ) from a safe operating area ( 72 ) into a marginal operating range ( 74 ), - a second warning threshold ( 73 ) for a second warning level, beyond which the individual battery cell ( 19 ) or the single battery module ( 20 ) of a marginal operating range ( 74 ) into an insecure operating area ( 76 ) passes over. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei unterschiedliche Warngrenzwerte (71, 73) für unterschiedliche Fahrprofile vorgesehen werden.Method according to one of claims 1 to 6, wherein different warning limits ( 71 . 73 ) are provided for different driving profiles. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ersten Gradienten gespeichert werden, die einen der Grenzwerte (71, 73, 75) der Funktionstabelle überschreiten.Method according to one of claims 1 to 7, wherein the first gradients are stored which satisfy one of the limit values ( 71 . 73 . 75 ) exceed the function table. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die zweiten Gradienten und/oder die Differenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten gespeichert werden, die einen der Grenzwerte (71, 73, 75) der Funktionstabelle überschreiten.Method according to one of claims 4 to 8, wherein the second gradients and / or the differences between the first and the second gradient are stored, the one of the limits ( 71 . 73 . 75 ) exceed the function table. Computerprogramm, das ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. A computer program performing a method according to any one of claims 1 to 9 when the computer program is executed on a programmable computer device. Batteriemanagementsystem (18) zum Überwachen einer Batterie (16) mit mehreren Batteriezellen (19), wobei das Batteriemanagementsystem (18) mit folgenden Komponenten ausgestattet ist: a) mindestens einer Einheit (26) zum Bereitstellen eines zeitlichen Verlaufes (36, 38, 40) wenigstens eines Zustandsparameters einzelner Batteriezellen (19) oder einzelner Batteriemodule (20), b) einer Einheit (28) zum Ermitteln wenigstens eines ersten Gradienten aus dem zeitlichen Verlauf (36, 38, 40) des wenigstens einen Zustandsparameters, c) einer Einheit (30) zum Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten (71, 73, 75) einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst, und d) Einheit (31) zum Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert (71, 73) überschritten wird, oder Abschalten der Batterie (16), wenn ein Abschaltgrenzwert (75) überschritten wird.Battery management system ( 18 ) for monitoring a battery ( 16 ) with several battery cells ( 19 ), the battery management system ( 18 ) is equipped with the following components: a) at least one unit ( 26 ) to provide a time course ( 36 . 38 . 40 ) at least one state parameter of individual battery cells ( 19 ) or individual battery modules ( 20 ), b) a unit ( 28 ) for determining at least one first gradient from the time course ( 36 . 38 . 40 ) of the at least one state parameter, c) a unit ( 30 ) for comparing the first gradient with limit values ( 71 . 73 . 75 ) of a function table which, for the first gradient, has at least one warning limit ( 71 . 73 ) and a shutdown limit ( 75 ), and d) unit ( 31 ) for issuing a warning when a warning threshold ( 71 . 73 ) or switching off the battery ( 16 ), if a shutdown threshold ( 75 ) is exceeded. Batteriemanagementsystem (18) gemäß Anspruch 11, weiter umfassend – eine Einheit, die ausgebildet ist, einen zweiten Gradienten zu ermitteln, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient, und ausgebildet ist, eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten zu ermitteln und mit Grenzwerten (71, 73, 75) der Funktionstabelle zu vergleichen, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst, und/oder – eine Speichereinheit (32), in der die ersten Gradienten und/oder die Differenzen zwischen dem ersten und dem zweiten Gradienten gespeichert werden, die einen der Grenzwerte (71, 73, 75) der Funktionstabelle überschreiten.Battery management system ( 18 ) according to claim 11, further comprising - a unit configured to determine a second gradient, which is based on a temporally later course of the state parameter than the first gradient, and configured to determine a difference between the first and the second gradient and with limits ( 71 . 73 . 75 ) to compare the function table, which for the difference at least one warning threshold ( 71 . 73 ) and a shutdown limit ( 75 ), and / or - a memory unit ( 32 ), in which the first gradients and / or the differences between the first and the second gradient, one of the limits ( 71 . 73 . 75 ) exceed the function table. Batteriesystem (12) mit einem Batteriemanagementsystem (18) gemäß Anspruch 11 oder 12.Battery system ( 12 ) with a battery management system ( 18 ) according to claim 11 or 12. Fahrzeug (10) mit einem Batteriesystem (12) gemäß Anspruch 13.Vehicle ( 10 ) with a battery system ( 12 ) according to claim 13.
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