DE102019110349A1 - Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem sowie Batteriesystem - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem (10), insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem (10) zumindest ein Modul (14) mit mehreren Batteriezellen (18) umfasst, und wobei das Batteriesystem (10) ein Sensorsystem (12) aufweist, umfasst folgende Schritte:- Bereitstellen des Batteriesystems (10);- Messen der Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle (18) des zumindest einen Moduls (14) des Batteriesystems (10) mittels des Sensorsystems (12);- Übermitteln des zumindest einen Messwerts an eine Auswerteeinheit (16); und- Vergleichen des Messwerts mit zumindest einem Referenzwert, um aufgrund des Vergleichs auf eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz zu schließen.Des Weiteren wird ein Batteriesystem angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug sowie ein solches Batteriesystem.
  • In Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen werden geeignet dimensionierte Batteriesysteme als Hochvoltspeicher für den alleinigen oder unterstützenden elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt. In den Hochvoltspeichern befinden sich mehrere Module, auch Batteriemodule genannt, in denen wiederum mehrere Batteriezellen zusammengefasst sind. Die einzelnen Batteriezellen können in Serie und/oder parallel geschaltet sein. Typischerweise werden Lithium-Ionen-Akkumulatoren bzw. -Batterien als Batteriezellen eingesetzt.
  • Im Betrieb des Kraftfahrzeugs muss der Zustand der einzelnen Batteriezellen, nämlich der sogenannte „state of health“ (SoH) bzw. „state of charge“ (SoC), ständig überwacht werden. Eine Möglichkeit, eine entsprechende Überwachung bereitzustellen, besteht in der Bestimmung der Impedanz der Batteriezellen. Es ist bekannt, dass sich mit fortschreitendem Alter einer Batteriezelle deren Impedanzwerte verändern, wodurch entsprechende Rückschlüsse auf den Zustand der Batteriezelle gezogen werden können.
  • Aus der DE 10 2016 216 777 A1 ist beispielsweise ein Messverfahren einer Messvorrichtung bekannt, mit der die Impedanz von mehreren zu einem Strang zusammengeschalteten Modulen eines Batteriespeichers erfasst werden kann.
  • Üblicherweise sind die Batteriezellen in den einzelnen Modulen des Batteriesystems mechanisch gegeneinander verspannt, beispielsweise indem ein Rahmen um die Batteriezellen herum angeordnet ist. Die Batteriezellen dehnen sich jedoch im Laufe ihrer Lebenszeit durch Alterungseffekte aus, wodurch im Rahmen des Moduls mechanische Spannungen auftreten können.
  • Diese mechanischen Spannungen können im Extremfall zum Versagen des Rahmens führen, wodurch die mechanische Verspannung der einzelnen Batteriezellen nicht länger gewährleistet ist. Dies kann zu Ausfällen einzelner Module oder des gesamten Batteriesystems führen.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, mechanische Defekte in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, zuverlässig zu erkennen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem zumindest ein Modul mit mehreren Batteriezellen umfasst, und wobei das Batteriesystem ein Sensorsystem aufweist, umfassend folgende Schritte:
    • - Bereitstellen des Batteriesystems;
    • - Messen der Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle des zumindest einen Moduls des Batteriesystems mittels des Sensorsystems;
    • - Übermitteln des zumindest einen Messwerts an eine Auswerteeinheit; und
    • - Vergleichen des zumindest einen Messwerts mit zumindest einem Referenzwert, um aufgrund des Vergleichs auf eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz zu schließen.
  • Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, dass auch mechanische Defekte zu einer charakteristischen Veränderung der Impedanz der Batteriezellen führen und diese charakteristische Veränderung der Impedanz mittels des Sensorsystems und der Auswerteeinheit festgestellt werden kann. Mit anderen Worten wird über das Sensorsystem die Impedanz der wenigstens einen Batteriezelle erfasst, wobei die erfasste Impedanz von der Auswerteeinheit ausgewertet wird, um die charakteristische Veränderung zu detektieren.
  • Hierzu kann die Auswerteeinheit auf einen in einem Speicher hinterlegten Referenzwert zugreifen, um diesen mit dem aktuellen Messwert zu vergleichen, der über das Sensorsystem gemessen worden ist.
  • Das Batteriesystem ist insbesondere ein Hochvoltspeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs wie einem Elektroauto oder einem Plugin-Hybrid.
  • Der zumindest eine Messwert, der an die Auswerteeinheit übermittelt worden ist, kann auch in der Auswerteeinheit zumindest zwischengespeichert werden, insbesondere hinterlegt werden.
  • Der Referenzwert, mit dem der ermittelte Messwert verglichen wird, kann sowohl ein in der Auswerteeinheit hinterlegter Wert, beispielsweise vom Hersteller, als auch ein früherer Messwert sein.
  • Ferner kann der Referenzwert aus mehreren früheren Messwerten ermittelt worden sein, beispielsweise der Durchschnitt einer bestimmten Anzahl von vorherigen Messwerten oder ein gleitender Durchschnitt einer bestimmten Anzahl vorheriger Messwerte. Auch kann der Referenzwert basierend auf einem vorgegebenen Wert ermittelt worden sein, der entsprechend angepasst wird, beispielsweise alterungsbedingt.
  • Ebenso kann nicht nur ein singulärer Messwert herangezogen werden, sondern mehrere Messwerte, um beispielsweise die zeitliche Veränderung der Impedanz zu bestimmen. Die zeitliche Veränderung kann dann mit einem Referenzwert verglichen werden, der beispielsweise die alterungsbedingte Veränderung darstellt. Sofern die gemessene zeitliche Veränderung der Impedanz von der alterungsbedingten Veränderung um einen bestimmten Wert abweicht, kann die charakteristische Veränderung vorliegen.
  • Die Impedanz kann als komplexe Größe mit einem Realteil und einem Imaginärteil beschrieben werden. Somit ist es möglich, den Realteil und den Imaginärteil der Impedanz auch getrennt voneinander auszuwerten. Der Referenzwert kann entsprechend ebenfalls als komplexe Größe mit einem Realteil und einem Imaginärteil beschrieben werden. Auf diese Weise können charakteristische Änderungen auch getrennt voneinander lediglich im Realteil oder Imaginärteil erkannt werden. Insbesondere sind manche Änderungen stärker im Realteil als im Imaginärteil zu identifizieren bzw. umgekehrt.
  • Die charakteristische Veränderung der Impedanz bei Vorliegen eines mechanischen Defekts ist insbesondere eine sprunghafte Veränderung des Messwertes, insbesondere gegenüber dem vorherigen Messwert. Somit können auch vergleichsweise geringe Änderungen der Impedanz, die bei mechanischen Defekten auftreten, von anderen Einflüssen, beispielsweise durch Veränderungen aufgrund von Temperaturänderungen, sicher unterschieden werden.
  • Die Unterscheidung kann zusätzlich dadurch erleichtert werden, dass bekannte Veränderungen auf den Realteil und/oder Imaginärteil berücksichtigt werden. So wirkt sich eine Temperaturänderung sowohl in vergleichbarem Maß auf den Realteil und den Imaginärteil der Impedanz aus, während bei einem mechanischen Defekt der Einfluss auf den Realteil höher ist als auf den Imaginärteil der Impedanz.
  • Alternativ und/oder zusätzlich kann auch lediglich die Größenordnung der Impedanz, insbesondere der Veränderung der Impedanz, die charakteristische Veränderung sein.
  • Für die Impedanzmessung werden insbesondere niedrige Spannungen eingesetzt, beispielsweise eine Spannung von 1 bis 2 mV.
  • Die Impedanz kann über ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz gemessen werden, insbesondere mit einer Frequenz größer 500 Hz.
  • Hohe Frequenzen ermöglichen eine möglichst störungsfreie Messung der Impedanz. Wird die Impedanz bei niedrigeren Frequenzen gemessen, insbesondere nahe der Wechselstromnetzfrequenz von 50 Hz im Kraftfahrzeug, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Störquellen die Messung verfälschen. Generell treten Störquellen vor allem im niedrigen Frequenzbereich durch verschiedene Verbraucher im Kraftfahrzeug auf, sodass die Impedanz insbesondere bei höheren Frequenzen gemessen werden kann.
  • Da sich Temperaturschwankungen deutlich stärker auf die gemessene Impedanz auswirken können als mechanische Veränderungen, muss die Temperatur der Batteriezelle beim Vergleichen des Messwerts mit dem Referenzwert berücksichtigt werden. Wie bereits erläutert kann der Realteil und der Imaginärteil unabhängig voneinander analysiert werden. Dies ist hilfreich, da Temperaturänderungen sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil betreffen, wohingegen ein mechanischer Defekt einen größeren Einfluss auf den Realteil hat. Die Abhängigkeit der gemessenen Impedanz von der Temperatur sinkt mit größeren Frequenzen. Somit ist eine Impedanz-messung bei hohen Frequenzen auch deshalb vorteilhaft, da fehlerhaft bestimmte Temperaturen einen geringeren Messfehler verursachen.
  • Zusätzlich ist es mit höheren Frequenzen möglich, die Messzeiträume für die Impedanz vergleichsweise kurz zu wählen. Nach Möglichkeit sollte die Impedanzmessung so kurz wie möglich sein, da während der Messung keine Störungen auftreten sollen. Entsprechend sollten während der Messung keine Lastwechsel des Batteriesystems stattfinden, beispielsweise ein (starkes) Beschleunigen. Ein konstanter Strom führt hingegen nicht zur Verfälschung der gemessenen Impedanz, sodass die Impedanzmessung auch während des Fahrbetriebs möglich ist.
  • In einer Variante kann die Impedanz mit zumindest zwei verschiedenen Frequenzen gemessen werden. Die Impedanz einer Batteriezelle ändert sich bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich stark, da sich je nach Frequenzbereich unterschiedliche Einflussfaktoren stärker auswirken. Durch das Messen der Impedanz mit verschiedenen Frequenzen kann somit auf einfache Weise gewährleistet werden, dass eine einzelne Störquelle nicht zufällig bei einer einzelnen Messfrequenz eine überproportional starke Abweichung der Impedanz verursacht. Eine höhere Anzahl von Frequenzen für die Impedanzmessung erhöht daher die Genauigkeit des Verfahrens, wobei jedoch eine längere Messzeit benötigt wird. Entsprechend muss ein Kompromiss zwischen der gewünschten Genauigkeit und Messdauer gewählt werden.
  • Auch kann das Anregungssignal mehrere Frequenzen aufweisen, insbesondere zwei Frequenzen, sodass die Messzeit nicht verlängert werden muss. Jedoch ist der Geräteaufwand in diesem Fall höher, sodass ein Kompromiss zwischen der gewünschten Genauigkeit und den Kosten gewählt werden muss.
  • Die Impedanz kann mit einer Auflösung von 10-3 mOhm erfasst werden, also 0,1 µOhm Der Innenwiderstand einer Zelle in einem typischen Hochvoltspeicher beträgt oft weniger als 1 mOhm. Durch weitere Komponenten des Hochvoltspeichers, beispielsweise Kabelverbindungen, kann der Innenwiderstand des Hochvoltspeichers auch deutlich größer sein. Entsprechend sind die Änderungen der gemessenen Impedanz bei mechanischen Defekten meist sehr klein, sodass eine ausreichend genaue Auflösung während der Impedanzmessung notwendig ist, um diese zuverlässig erkennen zu können. Die Messgenauigkeit kann entsprechend in einem Bereich von 0,005 bis 0,01 mOhm (5 bis 10 µOhm) liegen.
  • Ferner kann bei einer Abweichung der Impedanz von mehr als 0,2 mOhm (1 µOhm) ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder eine Benachrichtigung an eine Werkstatt erfolgen. Der Messwert kann also eine Abweichung gegenüber dem Referenzwert haben, wobei das Warnsignal bzw. die Benachrichtigung erst bei einer Abweichung von mehr als 0,2 mOhm erfolgt. Grundsätzlich muss die Abweichung der Impedanz, ab der das Warnsignal bzw. die Benachrichtigung ausgegeben werden soll, an die zu erwartende charakteristische Veränderung der Impedanz angepasst werden, um zuverlässig und ohne Falschmeldungen einen mechanischen Defekt erkennen zu können.
  • Grundsätzlich hängen die verwendeten Werte, insbesondere der Wert für die Ausgabe des Warnsignals, von der konkreten Anzahl der parallel geschalteten Batterien ab.
  • Auf diese Weise kann die Sicherheit des Batteriesystems noch weiter erhöht werden, da mechanische Defekte sofort erfasst und beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt werden.
  • Das Sensorsystem kann eine Spannungs- und/oder eine Strommessvorrichtung umfassen.
  • In einer weiteren Variante kann jeder der Batteriezellen des zumindest einen Moduls des Batteriesystems jeweils ein Sensor des Sensorsystems zugeordnet sein. Beispielsweise ist auf jeder der Batteriezellen ein Chip aufgebracht, der die jeweilige Batteriezelle überwacht. Der Chip kann dabei sowohl eine Spannungs- und/oder eine Strommessvorrichtung aufweisen als auch weitere Messvorrichtungen, beispielsweise einen Temperatursensor, um die Temperatur der zugeordneten Batteriezelle zu überwachen.
  • In dieser Variante können auch die Änderungen der Impedanzen der einzelnen Batteriezellen des zumindest einen Moduls miteinander verglichen werden. So ist bei einem Bruch des die Batteriezellen umgebenden Rahmens zu erwarten, dass die mechanischen Spannungen auf alle Batteriezellen nachlässt, wodurch jede der Sensoren eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz für jede der Batteriezellen des Moduls feststellen sollte. Eventuell gibt es jedoch graduelle Unterschiede, da die mechanische Verspannung insbesondere in der unmittelbaren Nähe des gebrochenen Rahmens stärker nachlässt. In jedem Fall verändert sich die Impedanz jedoch bei jeder Batteriezelle im Wesentlichen zur selben Zeit, sodass bei genügend hoher Auflösung der mechanische Defekt festgestellt werden kann.
  • Ferner kann ein zeitlicher Verlauf der Impedanz erfasst werden, insbesondere wobei der zeitliche Verlauf zumindest zwischengespeichert wird. Insofern werden mehrere Messwerte herangezogen, die verwendet werden, um einen mechanischen Defekt festzustellen. Die Speicherung bzw. Zwischenspeicherung kann in der Auswerteeinheit erfolgen. Auf diese Weise kann auch der zeitliche Verlauf der Änderung der Impedanz berücksichtigt werden. So ist zu erwarten, dass bei einem mechanischen Defekt, beispielsweise dem Bruch des die Batteriezellen umgebenden Rahmens, eine schnelle bzw. schlagartige Änderung der Impedanz auftritt. Zumindest ist die Änderung der Impedanz in einem kurzen Zeitraum größer als es lediglich durch Alterungseffekte der Batteriezellen zu erwarten wäre.
  • Auch kann der für den Vergleich verwendete Referenzwert über die Zeit angepasst werden. Dadurch wird gewährleistet, dass nicht bereits aufgrund einer durch Alterungseffekte verursachte Änderung der Impedanz eine Abweichung, die einen mechanischen Defekt nahelegen würde, zum ursprünglich hinterlegten Referenzwert festgestellt wird, beispielsweise dem im Auslieferungszustand hinterlegten Referenzwert. Somit kann zwischen einem mechanischen Defekt und anderen Einflüssen auf die Impedanz über die Lebensdauer des Batteriesystems hinweg zuverlässig unterschieden werden. Mit anderen Worten unterliegt der Referenzwert einem Alterungsmodell, sodass die Veränderung der Impedanz aufgrund der Alterung des Batteriesystems beim Referenzwert entsprechend berücksichtigt wird.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Batteriesystem, insbesondere einen Hochvoltspeicher in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem zumindest ein Modul mit mehreren Batteriezellen umfasst, und wobei das Batteriesystem ein Sensorsystem aufweist, wobei das Batteriesystem dazu eingerichtet ist, das Verfahren der zuvor beschriebenen Art durchzuführen. Insofern wird auf die oben genannten Vorteile verwiesen.
  • Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen. In diesen zeigen:
    • - 1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriesystems;
    • - 2 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • - 3 ein Nyquist-Diagramm beispielhafter Messwerte der Impedanz vor und nach einem mechanischen Defekt; und
    • - 4 ein Bode-Diagramm beispielhafter Messwerte der Impedanz vor und nach einem mechanischen Defekt.
  • In 1 ist ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 10 für ein zumindest teilweise elektrisches betriebenes Kraftfahrzeug dargestellt.
  • Das Batteriesystem 10 umfasst ein Sensorsystem 12, mehrere Module 14 und eine Auswerteeinheit 16, die mit dem Sensorsystem 12 zusammenwirkt, wie nachfolgend erläutert wird.
  • Jedes der Module 14 weist mehrere Batteriezellen 18 auf, die mittels eines Rahmens 20 mechanisch miteinander verspannt sind. Die einzelnen Batteriezellen 18 eines Moduls 14 sind in der gezeigten Ausführungsform in Serie geschaltet. Die Module 14 sind wiederum ebenfalls in Serie geschaltet.
  • Jeder der Batteriezellen 18 ist ein Sensor 22 zugeordnet, wobei die Sensoren 22 Bestandteil des Sensorsystems 12 sind. Die Sensoren 22 sind in der gezeigten Ausführungsform in Sensoreinheiten 23 zusammengeschlossen, wobei jede Sensoreinheit 23 einem der Module 14 zugeordnet ist. Der Sensor 22 kann insbesondere ein Smart Cell Chip (SCC) sein.
  • Jeder der Sensoren 22 weist eine Spannungsmessvorrichtung 24, beispielsweise mittels eines integrierten Shunt-Widerstands, und/oder eine Strommessvorrichtung 26 auf. Grundsätzlich könnte der Sensor 22 auch weitere Messvorrichtungen aufweisen, beispielsweise einen Temperatursensor, über den die Temperatur der zugeordneten Batteriezelle 18 erfasst werden kann.
  • Die Module 14 sind in der gezeigten Ausführungsform baugleich ausgeführt, wobei sich die einzelnen Batteriezellen 18 innerhalb jedes Moduls 14 sowie des Batteriesystems 10 auch voneinander unterscheiden können, insbesondere durch unterschiedlich stark ausgeprägte Alterungseffekte der Batteriezellen 18.
  • Grundsätzlich können sich die Module 14 auch voneinander unterscheiden. So ist beispielsweise denkbar, dass nicht alle Batteriezellen 18 in allen Modulen 14 Sensoren 22 aufweisen, sondern beispielsweise nur eine Batteriezelle 18 pro Modul 14.
  • Durch die Alterung der Batteriezellen 18 dehnen sich diese im Laufe der Lebenszeit des Batteriesystems 10 aus, wodurch eine mechanische Spannung im Rahmen 20 der Module 14 zunimmt. Diese mechanischen Spannungen können dazu führen, dass der Rahmen 20 bricht. Um einen solchen mechanischen Defekt zuverlässig detektieren zu können, kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten genutzt werden, das nachfolgend erläutert wird.
  • Es wird zunächst das Batteriesystem 10 bereitgestellt (Schritt S1 in 2), insbesondere in einem (hier nicht dargestellten) Kraftfahrzeug.
  • Anschließend wird die Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle 18 zumindest eines Moduls 14 mittels des Sensorsystems 12 gemessen (Schritt S2 2). Die Messung kann über eine Steuereinheit 28 kontrolliert werden.
  • Zur Messung der Impedanz wird vom Sensorsystem 12 beispielsweise ein Wechselspannungssignal erzeugt, wobei die Frequenz des Wechselspannungssignals in einem Bereich von 100 Hz bis 10 kHz liegt.
  • Grundsätzlich ist es ausreichend, die Impedanz bei einer einzelnen Frequenz zu bestimmen, jedoch können auch mehrere, insbesondere zwei, Frequenzen benutzt werden, um die Genauigkeit bzw. die Messsicherheit zu erhöhen.
  • Die Impedanz wird mit einer Auflösung von 10-4 Ohm erfasst.
  • Der zumindest eine erfasste Messwert der Impedanz wird anschließend an die Auswerteeinheit 16 übermittelt (Schritt S3 in 2). Dort kann der zumindest eine Messwert (zwischen-)gespeichert werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit 16 Bestandteil des Sensorsystems 12.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass die Auswerteeinheit 16 kein Bestandsteil des Sensorsystem 12 und lediglich zum Datenaustausch mit dem Sensorsystem 12 eingerichtet ist.
  • Insofern wäre die Auswerteeinheit 16 separat zum Sensorsystem 12 ausgebildet.
  • In der Auswerteeinheit 16, insbesondere einem Speicher der Auswerteeinheit 16, ist ein Referenzwert hinterlegt, mit dem der übermittelte Messwert verglichen wird (Schritt S4 in 2).
  • Wird eine Abweichung des Messwerts der Impedanz vom Referenzwert von mehr als 0,2 mOhm festgestellt, kann vom Batteriesystem 10 ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder eine Benachrichtigung an eine Werkstatt erfolgen.
  • Zudem kann der Messwert auch dazu benutzt werden, den in der Auswerteeinheit 16 hinterlegten Referenzwert anzupassen.
  • Beispielsweise ersetzt der zuletzt ermittelte Messwert der Impedanz den zuvor hinterlegten Referenzwert in regelmäßigen Abständen, wenn kein mechanischer Defekt festgestellt wurde. Auf diese Weise können geringe Änderungen der Impedanz aufgrund von Alterungseffekten der Batteriezellen 18 in den Referenzwert einfließen.
  • Auch kann ein zeitlicher Verlauf der ermittelten Impedanzen in der Auswerteeinheit 16 erfasst und/oder zumindest zwischengespeichert werden. Dadurch kann über die Auswerteeinheit 16 der zeitliche Verlauf der Impedanz und der Veränderung der Impedanz ermittelt und beim Vergleich mit dem Referenzwert berücksichtigt werden.
  • Ebenso kann ein (gleitender) Durchschnitt aus einer vorgegebenen Anzahl vorheriger Messwerte benutzt werden, um diesen mit dem Referenzwert zu verg leichen.
  • In den 3 und 4 sind beispielhafte Verläufe der Impedanzen über ein Frequenzspektrum von 1 bis 1000 Hz gezeigt, wobei in 3 eine Darstellung als Nyquist-Diagramm, also des Imaginär-Teils gegenüber dem Real-Teil der Impedanz, und in 4 eine Darstellung als Bode-Diagramm genutzt wird, also der Verlauf der Impedanz, insbesondere des Absolutwerts sowie der Phase, gegenüber der Frequenz.
  • Die Strichlinien in den 3 und 4 zeigen dabei den Verlauf der Impedanz einer Batteriezelle 18 im Ausgangszustand, das heißt mit intaktem Rahmen 20.
  • Die durchgezogenen Linien in den 3 und 4 zeigen den Verlauf der Impedanz über das gleiche Frequenzspektrum für die gleiche Batteriezelle 18, nachdem der Rahmen 20 beschädigt worden ist.
  • Nach der Beschädigung des Rahmens 20 ist über den gesamten Frequenzbereich eine eindeutige Änderung der Impedanz zu erkennen, die größer als 0,2 mOhm ist.
  • Entsprechend können die Veränderungen der Impedanz von der Auswerteeinheit 16 als charakteristische Veränderung nach einem mechanischen Defekt identifiziert werden.
  • Insbesondere tritt eine derartige Veränderung schlagartig, also zeitlich kurzfristig, auf, wohingegen Alterungseffekte oder andere die Impedanz beeinflussende Effekte schleichend auftreten, auch wenn diese absolut gesehen einen größeren Einfluss auf die Impedanz haben.
  • Insofern wird die Impedanz, insbesondere deren Veränderung, kontinuierlich überwacht, um die für den mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz festzustellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102016216777 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem (10), insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem (10) zumindest ein Modul (14) mit mehreren Batteriezellen (18) umfasst, und wobei das Batteriesystem (10) ein Sensorsystem (12) aufweist, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen des Batteriesystems (10); - Messen der Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle (18) des zumindest einen Moduls (14) des Batteriesystems (10) mittels des Sensorsystems (12); - Übermitteln des zumindest einen Messwerts an eine Auswerteeinheit (16); und - Vergleichen des zumindest einen Messwerts mit zumindest einem Referenzwert, um aufgrund des Vergleichs auf eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz zu schließen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz über ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz mit zumindest zwei verschiedenen Frequenzen gemessen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz mit einer Auflösung von 10-3 mOhm erfasst wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung der Impedanz von mehr als 0,2 mOhm ein Warnsignal ausgegeben wird und/oder eine Benachrichtigung an eine Werkstatt erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (12) eine Spannungs- (24) und/oder eine Strommessvorrichtung (26) umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Batteriezellen (18) des zumindest einen Moduls (14) des Batteriesystems (10) jeweils ein Sensor (22) des Sensorsystems (12) zugeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der Impedanz erfasst wird, insbesondere wobei der zeitliche Verlauf zumindest zwischengespeichert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Vergleich verwendete Referenzwert über die Zeit angepasst wird.
  10. Batteriesystem, insbesondere ein Hochvoltspeicher in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem (10) zumindest ein Modul (14) mit mehreren Batteriezellen (18) umfasst, und wobei das Batteriesystem (10) ein Sensorsystem (12) aufweist, wobei das Batteriesystem (10) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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