DE102014202622B4

DE102014202622B4 - Verfahren zum Überwachen einer Batterie mit mehreren Batteriezellen, Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens, Batteriemanagementsystem zum Überwachen einer Batterie, Batteriesystem mit dem Batteriemanagementsystem und Fahrzeug mit dem Batteriesystem

Info

Publication number: DE102014202622B4
Application number: DE102014202622.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Bitterlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: DE102014202622A1

Abstract

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,b.2) Ermitteln eines zweiten Gradienten, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient;b.3) Ermitteln einer Differenz zwischen dem ersten Gradienten und dem zweiten Gradienten;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, undc.2) Vergleichen der Differenz mit Grenzwerten (71, 73, 75) der Funktionstabelle, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst;d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.

Description

Stand der Technik
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
Aus Dokument US 2012/0150393 A1 ist eine Sicherheitsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Batterie und einer Insassensicherheitseinrichtung bekannt, wobei die Anordnung einen Aufprallsensor, der auf Beschleunigung anspricht, einen Batteriesensor, um einen Batterieparameter zu überwachen, einen Aktuator zum Aktivieren der Insassensicherheitsvorrichtung sowie eine Steuereinheit umfasst.
Aus Dokument WO 2008/051979 A2 ist ein System und Verfahren zum Messen einer Temperatur in mindestens einer Energiespeichereinheit bekannt, wobei das System mindestens einen Temperatursensor, der thermisch mit der mindestens einen Energiespeichereinheit gekoppelt ist, und eine Batteriemanagementsteuerung, die mit dem mindestens einen Temperatursensor in Verbindung steht, umfasst.
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.
Offenbarung der Erfindung
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;
- b.2) Ermitteln eines zweiten Gradienten, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient;
- b.3) Ermitteln einer Differenz zwischen dem ersten Gradienten und dem zweiten Gradienten;
c) Vergleichen des ersten Gradienten mit Grenzwerten einer Funktionstabelle, die für den ersten Gradienten zumindest einen Warngrenzwert und einen Abschaltgrenzwert umfasst,
- c.2) Vergleichen der Differenz mit Grenzwerten (71, 73, 75) der Funktionstabelle, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst;
d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.

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.
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.
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.
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 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 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.

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.
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.
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.
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.
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.
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 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 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 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.
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.
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,
e. eine Einheit, 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,
f. eine Speichereinheit, 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.

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.
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.
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.
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.
Vorteile der Erfindung
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.
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.
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.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem Batteriesystem,
2 ein beispielhafter zeitlicher Verlauf eines Zustandsparameters für drei unterschiedliche Sensoren,
3 ein beispielhafter Verlauf von Differenzen aus dem zeitlichen Verlauf des Zustandsparameters für drei unterschiedliche Sensoren gemäß 2,
4A, 4B und 4C drei beispielhafte zeitliche Verläufe für eine Leistung, eine Temperatur und entsprechende erste Gradienten bezogen auf ein Zeitintervall,
5 eine beispielhafte Funktionstabelle mit Warngrenzwerten und Abschaltgrenzwerten für einen Leistungs- und einen Temperaturgradienten,
6 ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens zum Überwachen von Batteriezellen oder Batteriemodulen in Form eines Flussdiagramms.

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.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12, wobei das Fahrzeug 10 zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
2 zeigt einen zeitlichen Verlauf 36, 38, 40 eines Messwertes M gegen die Zeit t für drei unterschiedliche Sensoreinheiten des Batteriesystems 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
6 zeigt beispielhaft einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Flussdiagramms.
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.
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 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.
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.
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.
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.

Claims

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, b.2) Ermitteln eines zweiten Gradienten, der auf einem zeitlich späteren Verlauf des Zustandsparameters basiert als der erste Gradient; b.3) Ermitteln einer Differenz zwischen dem ersten Gradienten und dem zweiten Gradienten; 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 c.2) Vergleichen der Differenz mit Grenzwerten (71, 73, 75) der Funktionstabelle, die für die Differenz zumindest einen Warngrenzwert (71, 73) und einen Abschaltgrenzwert (75) umfasst; d) Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert überschritten wird, oder Abschalten der Batterie, wenn ein Abschaltgrenzwert überschritten wird.
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.
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.
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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei unterschiedliche Warngrenzwerte (71, 73) für unterschiedliche Fahrprofile vorgesehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ersten Gradienten gespeichert werden, die einen der Grenzwerte (71, 73, 75) der Funktionstabelle überschreiten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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.
Computerprogramm, das ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
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) einer Einheit (31) zum Ausgeben einer Warnung, wenn ein Warngrenzwert (71, 73) überschritten wird, oder Abschalten der Batterie (16), wenn ein Abschaltgrenzwert (75) überschritten wird, e) einer 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 f) einer 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.
Batteriesystem (12) mit einem Batteriemanagementsystem (18) gemäß Anspruch 10.
Fahrzeug (10) mit einem Batteriesystem (12) gemäß Anspruch 11.