DE112014001900T5 - Vorrichtung zur Feststellung eines Batteriezustandes - Google Patents

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Sachio Takeda
Koichi Ichikawa
Yasuhiro Takahashi
Masahiko Mitsui
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Abstract

Vorgeschlagen ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes, die den Zustand feststellt, in welchem eine Batterie einen kleinen Kurzschluss hat oder einen Zustand in welchem eine hohe Wahrscheinlichkeit eines kleinen Kurzschlusses durch Impedanzanalyse vorkommt. [Lösung] Diese Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes, welche den Zustand feststellt, in welchem eine Tendenz zu einem kleinen Kurzschluss ist, wird zur Verfügung gestellt mit: einer Impedanzmesseinheit 11a, die die komplexe Impedanzmessung durch Anlegen auf ein Batteriemodul M misst, welches untersucht werden soll, einem AC-Strom oder einer AC-Spannung an einer Messfrequenz, die eine Frequenz ist korrespondierend mit einem diffusen Widerstandsbereich in einer komplexen Impedanzkurve, erhalten durch Anlegen eines frequenzändernden AC-Stroms oder AC-Spannung an das Batteriemodul M; und eine Feststellungsvorrichtung 12, die die absoluten Werte der imaginären Achsenkomponente der komplexen Impedanz feststellt. Die Feststellungsvorrichtung 12 speichert einen unteren Grenzwert, erhalten auf der Basis von Messergebnissen der imaginären Achse, vergleicht den unteren Grenzwert und die absoluten Werte der imaginären Achsenkompenente, und wenn der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert, stellt sie fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, in einem Zustand ist, in welchem es eine Tendenz bezüglich eines kleinen Kurzschluss gibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung eines Batteriezustandes, die den Zustand feststellt, in welchem ein Mikrokurzschluss in einer wiederaufladbaren Batterie erfolgt oder sehr wahrscheinlich erfolgt.
  • Eine Technik zum Bewerten der Verschlechterung oder der verbleibenden Lebensdauer einer wiederaufladbaren Batterie wird im Stand der Technik durch Analysieren einer komplexen Impedanz der Batterie vorgeschlagen. In diesem Verfahren kann der Batteriezustand ermittelt werden, ohne die Batterie zu zerstören. Somit kann die Batterie wieder benutzt werden, wenn festgestellt wurde, dass der Batteriezustand normal ist.
  • Als Beispiel des Vorgangs zur Analyse der komplexen Impedanz offenbart Dokument JP 2000-299137 ein Verfahren zur Feststellung des initialen Aktivierungsgrades und des Verschlechterungsgrades einer wiederaufladbaren Batterie (s. S. 20 bis 21, 15). In diesem Verfahren wird komplexe Impedanz durch Anlegen einer AC-Spannung an die wiederaufladbare Batterie mit einer Frequenz, die schrittweise geändert wird. Anschließend wird die echte Achsenkomponente und die imaginäre Achsenkomponente der Impedanz durch die gemessenen Werte erlangt. Wenn die Werte auf eine zweidimensionale Fläche aufgetragen werden, resultiert eine komplexe Impedanzlinie, die eine gebogene Linie und eine grade Linie umfasst. Dann wird eine Angleichungstechnik durchgeführt, um den Durchmesser eines generell bogenartigen Teils zu erlangen, der mit dem sogenannten Ladungstransferwiderstandsbereich der komplexen Impedanzlinie korrespondiert. Anschließend wird bestimmt, ob der Durchmesser kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert. Wenn der Durchmesser des generellen bogenartigen Bereiches der komplexen Impedanz kleiner ist als der vorbestimmte Grenzwert, wird bestimmt, dass der initiale Aktivierungsgrad der Batterie ausreicht. Wenn der Durchmesser größer oder gleich des vorbestimmten Wertes ist, wird festgestellt, dass der initiale Aktivierungsgrad unzureichend ist.
  • Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden.
  • Wenn es bei einer Batterie wahrscheinlich ist, dass diese einen Mikrokurzschluss hat oder einen Mikrokurzschluss hat, hat die Batterie eine kleinere Batteriekapazität als normale Batterien. Der Ladungszustand SoC einer solchen Batterie weicht vom SoC einer normalen Batterie ab, selbst wenn diese in gleicher Weise entladen werden. Daher existiert eine Technik zur Feststellung, ob ein Mikrokurzschluss vorliegt oder es sehr wahrscheinlich ist, dass dieser vorliegt, über Unterschiede in der Impedanzänderung basierend auf den Unterschieden des SoC.
  • Wenn jedoch der Mikrokurzschluss durch Unterschiede im Impedanzwechsel des Ladungsübertragungswiderstandsbereiches bestimmt wird, ist es in einer Batterie mit einer Impedanz, die sich wenig ändert, selbst wenn sich der SoC ändert, schwierig festzustellen, ob ein Mikrokurzschluss vorliegt oder wahrscheinlich vorliegt. Dies vermindert die Feststellungsgenauigkeit. Somit kann zum Beispiel festgestellt werden, dass funktionsfähige Batterien, die keinen Mikrokurzschluss haben, fehlerhafte Produkte sind. Beispiele für solche Batterien umfassen Nickel-Metallhydrid-Batterien und Lithiumbatterien mit einem Widerstand von 10 m oder kleiner und angepasst an den Gebrauch in Fahrzeugen.
  • Mittel zum Lösen dieses Problems.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Feststellungsgenauigkeit einer Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes zu verbessern, die feststellt, ob ein Mikrokurzschluss vorliegt oder wahrscheinlich vorliegt.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes, die einen Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie bestimmt. In dem Mikrokurzschluss Tendenzzustand erfolgt oder erfolgt wahrscheinlich ein Mikrokurzschluss. Die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, einen Detektor, einen Speicher und einen Determinator. Das Impedanzmessgerät legt eine AC-Spannung oder einen AC-Strom einer Messfrequenz an eine wiederaufladbare Batterie, welcher untersucht werden soll, und misst die komplexe Impedanz. Die Messfrequenz ist eine Frequenz, die mit einem diffusen Widerstandsbereich korrespondiert. Der Detektor misst einen absoluten Wert einer imaginären Achsenkomponente und eine komplexe Impedanz aus dem Impedanzmessgerät. Der Speicher speichert einen unteren Grenzwert, welcher aus einem Messergebnis eines absoluten Wertes der imaginären Achsenkomponenten einer wiederaufladbaren Batterie in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand resultiert. Der Determinator vergleicht die absoluten Werte der imaginären Achsenkomponenten, ermittelt durch den Detektor mit dem unteren Grenzwert. Wenn der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwerte, stellt der Determinator fest, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der komplexen Impedanz einer wiederaufladbaren Batterie, die untersucht werden soll, wird in einem diffusen Widerstandsbereich gemessen und der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente wird als Parameter zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand genutzt. Der diffuse Widerstandsbereich ist Teil einer komplexen Impedanzkurve, die auf der niedrigen Frequenz-Seite vorkommt. In einer wiederaufladbaren Batterie im Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist der Impedanzwechsel signifikant im diffusen Widerstandsbereich. Daher verbessert ein Vergleich der absoluten Werte der detektierten imaginären Achsenkomponente mit dem vorbestimmten unteren Grenzwert die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Insbesondere sind die absoluten Werte des imaginären Achsenbestandteils ein Parameter, der die Mikrokurzschluss Tendenz widerspiegelt. Dies vermindert verhältnismäßig Messfehler. Daher, selbst wenn der Mikrokurzschluss Tendenzzustand durch andere Parameter in der Batterie schwer festzustellen ist, kann der Mikrokurzschluss Tendenzzustand solch einer Batterie in einer nicht zerstörerischen Weise ermittelt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel misst das Impedanzmessgerät die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie, wenn der Ladungszustand kleiner oder gleich 20% ist.
  • Insbesondere ist die komplexe Impedanz einer wiederaufladbaren Batterie in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand deutlich verändert, wenn der Ladungszustand (SoC) einer wiederaufladbaren Batterie gegen 0 geht. In der oben genannten Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes wird die komplexe Impedanz gemessen, wenn der Ladungszustand kleiner oder gleich 20% ist. Dies verbessert die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschlusses und verhindert die Notwendigkeit, die wiederaufladbare Batterie für die Feststellung wieder voll zu laden.
  • In einem Ausführungsbeispiel kalkuliert der Detektor die absoluten Werte der genauen Achsenkomponenten der komplexen Impedanz zusammen mit den absoluten Werten der imaginären Achsenkomponenten. Der Speicher speichert den zweitniedrigsten Grenzwert, welcher basierend auf Messergebnissen eines absoluten Wertes der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie gesetzt wird, welche im Mikrokurzschluss Tendenzzustand zusammen mit einem ersten unteren Grenzwert ist, der mit den absoluten Werten der imaginären Achsenkomponente korrespondiert. Wenn der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie, welcher untersucht werden soll, kleiner ist als der erste untere Grenzwert oder der absolute Wert der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie, welche untersucht werden soll, kleiner ist als der zweitniedrigste Grenzwert, stellt der Determinator fest, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel, zusätzlich zu den absoluten Werten der imaginären Achsenkomponente der komplexen Impedanz, werden die absoluten Werte der realen Achsenkomponente als Parameter zur Bestimmung für den Mikrokurzschluss Tendenzzustand genutzt. Die absoluten Werte der festgestellten imaginären Achsenkomponente und die realen Achsenkomponenten werden verglichen mit den korrespondierenden unteren Grenzwerten. Dies verbessert die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes, die den Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie feststellt. In dem Mikrokurzschluss Tendenzzustand entsteht oder entsteht sehr wahrscheinlich ein Mikrokurzschluss. Die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, einen Detektor, einen Speicher und einen Determinator. Das Impedanzmessgerät legt eine AC-Spannung oder einen AC-Strom einer Messfrequenz an eine wiederaufladbaren Batterie an, welche untersucht werden soll, und misst die komplexe Impedanz. Die Messfrequenz ist eine Frequenz, die mit dem diffusen Widerstandsbereich korrespondiert. Der Detektor ermittelt einen absoluten Wert der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz, ermittelt vom Impedanzmessgerät. Der Speicher speichert einen unteren Grenzwert, welcher basierend auf den Messergebnissen der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie im Mikrokurzschluss Tendenzzustand gesetzt wird. Der Determinator vergleicht die absoluten Werte der realen Achsenkomponente, ermittelt durch den Detektor mit den unteren Grenzwerten. Wenn die absoluten Werte der realen Achsenkomponente kleiner sind als die unteren Grenzwerte, ermittelt der Determinator, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, im Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie, welche untersucht werden soll, in einer diffusen Widerstandsbereich gemessen und die absoluten Werte der realen Achsenkomponente werden als Parameter zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand benutzt. Der diffuse Widerstandsbereich ist ein Teil einer komplexen Impedanzkurve, die auf der niedrigen Frequenzseite vorkommt. In der wiederaufladbaren Batterie in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist der Impedanzwechsel im diffusen Widerstandsbereich signifikant. Daher wird durch einen Vergleich der absoluten Werte der ermittelten realen Achsenkomponente mit den vorbestimmten unteren Grenzwerten die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand verbessert. Daher, selbst wenn der Mikrokurzschluss Tendenzzustand durch andere Parameter in der Batterie schwer zu bestimmen ist, kann der Mikrokurzschluss Tendenzzustand solch einer Batterie in nicht zerstörerischer Weise ermittelt werden.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes, die den Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie bestimmt. Im Mikrokurzschluss Tendenzzustand erfolgt oder erfolgt sehr wahrscheinlich ein Mikrokurzschluss. Die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, einen Detektor, einen Speicher und einen Determinator. Das Impedanzmessgerät legt eine AC-Spannung oder einen AC-Strom einer Messfrequenz an eine wiederaufladbare Batterie an, welche untersucht werden soll, und misst die komplexe Impedanz. Die Messfrequenz ist eine Frequenz, die mit verschiedenen diffusen Widerstandsbereichen korrespondiert. Der Detektor detektiert einen absoluten Wert der komplexen Impedanz, erreicht durch ein Impedanzmessgerät. Der Speicher speichert einen unteren Grenzwert, welcher basierend auf Messergebnissen der komplexen Impedanz einer wiederaufladbaren Batterie im Mikrokurzschluss Tendenzzustand gesetzt wird. Der Determinator vergleicht den absoluten Wert der komplexen Impedanz, festgestellt durch den Detektor, mit dem unteren Grenzwert. Wenn der absolute Wert der komplexen Impedanz kleiner ist als der untere Grenzwert, erkennt der Determinator, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie, welche untersucht werden soll, in diffusen Widerstandsbereichen gemessen und der absolute Wert der komplexen Impedanz wird als Parameter für die Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand genutzt. Der diffuse Widerstandsbereich ist Teil einer komplexen Impedanzkurve, die auf einer geringen Frequenzseite in einer wiederaufladbaren Batterie auftritt. In einer wideraufladbaren Batterie im Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist der Wechsel der Impedanz signifikant im diffusen Widerstandsbereich. Daher verbessert der Vergleich des absoluten Wertes der detektierten komplexen Impedanz mit dem vorbestimmten unteren Grenzwert die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Daher, selbst wenn der Mikrokurzschluss Tendenzzustand mittels anderer Parameter in eine Batterie schwer zu bestimmen ist, kann der Mikrokurzschluss Tendenzzustand solch einer Batterie in nicht zerstörerischer Weise ermittelt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel misst das Impedanzmessgerät die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie, wenn der Ladungszustand kleiner oder gleich 20% ist.
  • Insbesondere ist die komplexe Impedanz einer wiederaufladbaren Batterie in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand stark geändert, wenn der Ladungszustand (SoC) der wiederaufladbaren Batterie gegen 0 geht. In der oben genannten Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes wird die komplexe Impedanz gemessen, wenn der Ladungszustand kleiner oder gleich 20% ist. Das verbessert die Genauigkeit der Feststellung des Mikrokurzschlusses und verhindert die Notwendigkeit, die Batterie für die Feststellung voll aufzuladen.
  • Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen im Zusammenhang mit den Zeichnungen, welche beispielhafterweise das Prinzip der Offenbarung darstellen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Neue Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden in den beigefügten Ansprüchen erkennbar sein. Die Offenbarung zusammen mit den Merkmalen und Vorteilen davon können am besten in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung, der bevorzugten Ausführungsbeispiele und zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Feststellung des Batteriestatus gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 2 zeigt einen Graph über die komplexe Impedanz, gemessen durch die Vorrichtung,
  • 3 zeigt ein Verteilungsdiagramm betreffend das Verhältnis zwischen der komplexen Impedanz und der Verteilung funktionsfähiger Produkte und nicht funktionsfähiger Produkte, die durch das Ausführungsbeispiel bestimmt werden,
  • 4 zeigt einen Graph der komplexen Impedanz, der Bestimmungen des Prozesses des Ausführungsbeispiels,
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm über die Bestimmung des Prozesses des Ausführungsbeispiels,
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm über die Bestimmung des Prozesses eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm über die Bestimmung des Prozesses eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm über die Bestimmung eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes wird nun beschrieben. Die Vorrichtung bestimmt, ob sich eine wiederaufladbare Batterie in einem Zustand befindet (Mikrokurzschluss Tendenzzustand), in welchem ein Mikrokurzschluss vorkommt oder ein Mikrokurzschluss höchstwahrscheinlich vorkommt. Die wiederaufladbare Batterie ist zum Beispiel eine Lithiumionenbatterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, die für Fahrzeuge gebraucht wird und einen Widerstand von 10 Ohm oder weniger aufweist. Der Mikrokurzschluss bezieht sich auf einen Mikrokurzschluss durch ein kleines Deposit, Eingang eines feinen fremden Materials oder dergleichen in einer Batterie. Die Formation eines Mikrokurzschlusses führt möglicherweise nicht sofort zu einem unbrauchbaren Zustand der Batterie. Obwohl ein Mikrokurzschluss sofort ausbrennen kann, wenn ein kleiner Strom zu der kurzgeschlossen Bereich fließt. Der Mikrokurzschluss kann die Batterieleistung verschlechtern oder einen internen Kurzschluss verursachen.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes eine Messeinheit 11 und eine Bestimmungseinheit 12. Die Messeinheit 11 umfasst ein Impedanzmessgerät 11a und einen SoC-Einsteller 11b. Das Impedanzmessgerät 11a legt eine AC-Spannung oder einen AC-Strom an ein Batteriemodul M an, welches untersucht werden soll, und misst die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M, welches als wiederaufladbare Batterie funktioniert. Der SoC-Einsteller 11b stellt den Ladungszustand (SoC) des Batteriemoduls M ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriemodul M eine Vielzahl an Batteriezellen. Eine Vielzahl an Batteriemodulen M werden zusammen kombiniert, um einen Batteriestapel zu bilden. Der Batteriestapel, ein ECU, und dergleichen bilden ein Batteriepack, welcher in ein Fahrzeug oder dergleichen eingebaut werden kann.
  • Die Bestimmungseinheit 12 umfasst eine CPU 12a, ein RAM 12b, ein ROM 12c und dergleichen. Der ROM 12c speichert ein benutztes Programm zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Ein Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 12 wird für eine Ausgabeneinheit 13 wie beispielsweise ein Display oder einen Drucker zur Verfügung gestellt. Die Bestimmungseinheit 12 umfasst einen Detektor, einen Speicher und einen Determiantor.
  • Die Bestimmungseinheit 12 empfängt einen gemessenen Wert der komplexen Impedanz von der Messeinheit 11. Der ROM 12c der Bestimmungseinheit 12 speichert eine Messfrequenz FDIF und einen unteren Grenzwert ZJmin, die durch Experimente oder dergleichen für das Batteriemodul M festgelegt wurden, welches untersucht werden soll. Die Messfrequenz FDIF und der untere Grenzwert ZJmin variieren gemäß Batterietypen wie eine Nickel-Metallhyrdrid-Batterie und eine Lithiumbatterie. Zusätzlich, auch wenn der Batterietyp der Gleiche ist, variieren die Messfrequenz FDIF und der untere Grenzwert ZJmin in der Anzahl der Zellen, der Kapazität oder dergleichen. Daher, wenn der Typ oder die Struktur der Batterie, welche untersucht werden soll, variiert, werden die Messfrequenz FDIF und der untere Grenzwert ZJmin gemäß des zu bestimmenden Objektes festgesetzt.
  • Die komplexe Impedanz Z des Batteriemoduls M wird dargestellt durch eine Realachsenkomponente Zreal, welches eine Vektorkomponente und eine imaginäre Achsenkomponente Zimg wie folgt ist. Hier ist „J“ eine Einheit der imaginären Achse. Z = Zreal + jZimg
  • 2 zeigt schematisch die komplexe Impedanzkurve N, erreicht durch Auftragen des Wertes der realen Achsenkomponenten und der imaginären Achsenkomponenten der komplexen Impedanz in einer zweidimensionalen Fläche. Die komplexe Impedanzkurve N wird als Änderung der Frequenz der AC-Spannung (oder AC-Strom) gemessen, mit welchem das Batteriemodul M beaufschlagt wird. Diese horizontale Achse korrespondiert zu den absoluten Werten (Zreal) der realen Achsenkomponente Zreal und die vertikale Achse korrespondiert zu den absoluten Werten (Zimg) der imaginären Achsenkomponente Zimg.
  • Die komplexe Impedanzkurve N kann von einer Hochfrequenzseite in einen teilweisen Flüssigwiderstandsbereich A in einen bogenartigen Ladungstransferwiderstandsbereich B und eine diffuse Widerstandsbereich C getrennt werden, welche die Form einer im Wesentlichen geraden Linie hat. Im teilweisen Flüssigwiderstandsbereich A ist ein Kontaktwiderstand durch aktive Substanzen oder Stromkollektoren ausgebildet, der Widerstand ist ausgeführt, wenn Ionen in die Elektrolyte in Separatoren oder dergleichen diffundieren. In dem Ladungstransferwiderstandsbereich B ist der Widerstand durch Bewegung der Ladung oder dergleichen gebildet. In dem diffusen Widerstandsbereich C ist Impedanz durch die Diffusion von Substanzen geformt.
  • Die Messfrequenz FDIF ist eine vorbestimmte Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs korrespondierend zum diffusen Widerstandsbereich C. Die Messfrequenz FDIF wird auf eine Frequenz gesetzt, welche mit dem diffusen Widerstandsbereich C korrespondiert, da die Impedanzänderung des Batteriemoduls M in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand signifikant in dem diffusen Widerstandsbereich C verglichen mit anderen Bereichen A, B ist. Um den Mikrokurzschluss Tendenzzustand zu bestimmen, wird die AC-Spannung oder der AC-Strom der Messfrequenz FDIF zum Batteriemodul M beaufschlagt.
  • Der untere Grenzwert ZJmin kennzeichnet das untere Grenze des Wertes der imaginären Achsenkomponenten der komplexen Impedanz. Es ist festgestellt, dass ein Batteriemodul M einen absoluten Wert der gemessenen imaginären Achsenkomponenten aufweist, der kleiner ist als der untere Grenzwert ZJmin eines fehlerhaften Produktes, welches sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Ein spezifischer Wert des unteren Grenzwertes ZJmin wird wie folgt gesetzt. Zum Beispiel sind mehrere hundert Batteriemodule M Untersuchungsobjekte. Wenn die AC-Spannung der Messfrequenz FDIF auf jedes Batteriemodul M appliziert wird, misst die Messeinheit 11 oder dergleichen die imaginären Achsenkomponenten Zimg der komplexen Impedanz. Hier wird die imaginäre Achsenkomponente Zimg eher als die realen Achsenkomponenten Zreal gemessen, da die realen Achsenkomponenten Zreal nicht nur von der Mikrokurzschluss Tendenz, sondern ebenfalls von Unregelmäßigkeiten durch das Ansteigen des Flüssigwiderstands und des Komponentenwiderstands reflektiert werden, während die imaginären Achsenkomponenten Zimg meistens durch die Mikrokurzschluss Tendenz reflektiert werden.
  • Nachdem die imaginären Achsenkomponenten Zimg jedes Batteriemoduls M gemessen sind, wird ein bekannter Prozess wie beispielsweise eine Abbruchanalyse durchgeführt, um festzustellen, ob das Batteriemodul M einen Mikrokurzschluss oder sehr wahrscheinlich einen Mikrokurzschluss aufweist.
  • 3 zeigt ein Verteilungsdiagramm der imaginären Achsenkomponente Zimg, wenn die AC-Spannung der Messfrequenz FDIF auf jedes Batteriemodul M beaufschlagt wird. In 3 korrespondiert die horizontale Achse zu den absoluten Werten der imaginären Achsenkomponenten Zimg und die vertikale Achse korrespondiert zur Anzahl der Batteriemodule M. In dem Verteilungsdiagramm der 3 sind fehlerhafte Produkte in einem Bereich verteilt, in welchem die absoluten Werte der imaginären Achsenkomponente Zimg kleiner als 6 m sind und funktionsfähige Produkte sind in einem Bereich verteilt, in welchem die absoluten Werte der imaginären Achsenkomponenten Zimg größer oder gleich 6 m sind. Daher ist 6 m die Grenze zwischen nicht funktionsfähigen und funktionsfähigen Produkten, auf einen unteren Grenzwert ZJmin gesetzt. Hier in diesem Verteilungsdiagramm können keine klaren Grenzen zwischen nicht funktionsfähigen und funktionsfähigen Produkten beobachtet werden und es kann einen Bereich geben, in welchem funktionsfähige Produkte mit fehlerhaften Produkten vermischt sind. In diesem Fall wird der untere Grenzwert ZJmin auf einen maximalen Wert des gemischten Bereiches oder auf einen Wert gesetzt, bei welchem die Anzahl der funktionsfähigen Produkte größer wird als die Anzahl der nicht funktionsfähigen Produkte in dem gemischten Bereich.
  • 4 zeigt eine komplexe Impedanzkurve N1 eines funktionsfähigen Produktes und die komplexe Impedanzkurve N2 eines nicht funktionsfähigen Produktes. Die Kurven N1, N2 werden gemessen, indem AC-Spannung beaufschlagt wird und die Frequenz zu einem funktionsfähigen und einem fehlerhaften Produkt des Batteriemoduls M variiert wird, wobei jedes einen geringen SoC aufweist. In der Kurve N1 eines funktionsfähigen Produktes, welches sich nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet, übersteigt der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente des unteren Grenzwertes ZJmin am Punkt P1, der mit der Messfrequenz FDIF korrespondiert. Im Gegensatz dazu, in der Kurve N1 eines nicht funktionsfähigen Produktes, welches sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet, ist der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente kleiner als der untere Grenzwert ZJmin am Punkt P2, der mit der Messfrequenz FDIF korrespondiert. Wenn das Batteriemodul M nur eine einzige Batteriezelle umfasst, welche sich in einem Mirkokurzschluss Tendenzzustand befindet, ist der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente Zimg der komplexen Impedanz des Batteriemoduls M kleiner als der untere Grenzwert ZJmin.
  • Der Vorgang zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand des vorliegenden Ausführungsbeispieles wird nunmehr beschrieben. Hier wird die Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand automatisch durch die Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes durchgeführt.
  • Wie in 5 gezeigt, führt die Bestimmungseinheit 12 eine SoC-Anpassung an dem Batteriemodul M beim Kontrollieren des SoC-Einstellers 11b der Messeinheit 11 (Schritt S1) durch. Der SoC-Einsteller 11b führt ein Entladen (oder Laden) des Batteriemoduls M durch, um den SoC zu verringern. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der SoC des Batteriemoduls M kleiner oder gleich 20% gesetzt wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M kleiner oder gleich 5% gesetzt wird. Bei solch einem geringen SoC-Zustand wie in der Impedanzkurve von 4 gezeigt, ist der Impedanzwechsel signifikant verglichen zu dem hohen SoC-Zustand. Daher ist der Zustand einfach zu bestimmen. Weiterhin, wenn der SoC kleiner oder gleich 5% ist, ist der Impedanzwechsel insbesondere signifikant und die Bestimmungsgenauigkeit ist weiterhin verbessert.
  • Wenn die SoC-Anpassung durchgeführt wird, kontrolliert die Bestimmungseinheit 12 die Messeinheit 11, sodass die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M durch das Impedanzmessgerät 11a gemessen wird (Schritt S2). Zu dieser Zeit kontrolliert die Bestimmungseinheit 12 die Messeinheit 11, sodass die Messeinheit 11 AC-Spannung auf die Messfrequenz FDIF appliziert, welches im ROM 12c des Batteriemoduls M gespeichert ist. Alternativ kann die Messfrequenz FDIF in der Messeinheit 11 vorher gesetzt werden. Wenn die Messfrequenz FDIF auf einen vorbestimmten Wert gesetzt wird, kann die Messzeit verringert werden verglichen zu dem Fall, wenn der Bereich der Frequenz gesetzt wird.
  • Wenn die komplexen Impedanz des Batteriemoduls M gemessen wird, stellt das Impedanzmessgerät 11a die gemessenen Werte für die Bestimmungseinheit 12 zur Verfügung. Die Bestimmungseinheit 12 kalkuliert die absoluten Werte Zimg der imaginären Achsenkomponenten der kompletten Impedanz basierend auf den gemessenen Werten (Schritt S3). Ebenfalls beinhaltet die Bestimmungseinheit 12 einen unteren Grenzwert ZJmin von ROM 12c (Schritt S4). Die Bestimmungseinheit 12 bestimmt, ob der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponenten kleiner ist als der untere Grenzwert ZJmin (Schritt S5).
  • Wenn der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponenten größer oder gleich zum unteren Wert ZJmin ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 12 des Batteriemoduls M, welches untersucht werden soll, dass es nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist und bestimmt ein funktionsfähiges Produkt (ermittelt, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein funktionsfähiges Produkt ist) (Schritt S6). Wenn der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente kleiner oder gleich der unteren Grenze des Grenzwertes ZJmin ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 12, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein fehlerhaftes Produkt ist, welches sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet (Schritt S7).
  • Wie oben beschrieben hat das erste Ausführungsbeispiel die folgenden Vorteile.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel des Batteriemoduls M, welches untersucht werden soll, ist die komplexe Impedanz des diffusen Widerstandsbereiches gemessen und der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente der komplexen Impedanz ist detektiert als Parameter für die Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Der diffuse Widerstandsbereich ist Teil der komplexen Impedanzkurve N, die an der Niedrigfrequenzseite vorkommt. Wenn sich eine wiederaufladbare Batterie in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet, ist der Impedanzwechsel signifikant in der diffuse Widerstandsbereich. Daher ist der Vergleich des absoluten Wertes Zimg der detektierten imaginären Achsenkomponente mit dem vorbestimmten Grenzwertes ZJmin detektiert, das Batteriemodul M in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand in einer verglichen mit dem Stand der Technik relativ genauen Weise. Ferner ist insbesondere der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente ein Parameter, der am besten die Mikrokurzschluss Tendenz reflektiert. Dies reduziert relativ gut Messfehler. Daher, selbst wenn die Batterie andere Parameter hat, die leicht den Mikrokurzschluss Tendenzzustand ändern, kann der Mikrokurzschluss Tendenzzustand in einer nicht zerstörerischen Art und Weise gemessen werden.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel hat die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M eine Mikrokurzschluss Tendenz, welche ansteigt, wenn der Ladezustand (SoC) des Batteriemoduls M gegen 0 geht. Die Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustands misst die komplexe Impedanz, wenn der Ladungszustand einer wiederaufladbaren Batterie kleiner oder gleich 20% ist. Dies verbessert die Genauigkeit der Bestimmung eines Mikrokurzschlusses und eliminiert die Notwendigkeit des völligen Entladens der wiederaufladbaren Batterie zur Feststellung. Wenn der SoC kleiner oder gleich 5% ist, ist der Impedanzwechsel insbesondere signifikant. Daher wird die Genauigkeit der Feststellung weiter verbessert.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben in Verbindung mit 6. Die Einstellung des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich in der Form vom ersten Ausführungsbeispiel nur durch den Prozess zum Feststellungsvorgang. Daher werden jetzt Bezugszeichen vergeben für die Komponenten, die die gleichen sind wie im ersten Ausführungsbeispiel. Solche Komponenten werden nicht nochmal im Detail beschrieben.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die reale Achsenkomponente der komplexen Impedanz genutzt, um den Mikrokurzschluss Tendenzzustand zu bestimmen. Wie oben beschrieben die reale Achsenkomponente Zreal nicht nur den Mikrokurzschluss Tendenzzustand reflektiert, sondern verbessert ebenfalls den Flüssigwiderstand, den Komponentenwiderstand und dergleichen. Zum Beispiel ist es bevorzugt, dass die reale Achsenkomponente Zreal als Parameter für die Feststellung genutzt wird, wenn eine Unnormalität festgestellt wird, umfassend den Anstieg des Flüssigwiderstands, des Komponentenwiderstands oder dergleichen.
  • In diesem Fall ist die untere Grenze des Grenzwertes ZRmin der realen Achsenkomponente Zreal in der gleichen Weise bestimmt wie das Verfahren zur Bestimmung der unteren Grenze des Grenzwertes ZJmin der imaginären Achsenkomponente Zimg des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere sind mehrere hundert Batteriemodule M Untersuchungsobjekte, bei denen die AC-Spannung der Feststellungsfrequenz FDIF aufgeführt ist und die Messeinheit 11 misst die reale Achsenkomponente Zreal der komplexen Impedanz. Dann wird ein bekannter Prozess durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Batteriemodul M einen Mikrokurzschluss hat und im Mikrokurzschluss wahrscheinlich auftritt. Dann ist ein Verteilungsdiagramm, wie in 3 dargestellt, etabliert und der untere Grenzwert ZRmin, welcher die Grenze eines funktionsfähigen Produktes und eines nicht funktionsfähigen Produktes darstellt ist auf dem Verteilungsdiagramm gezeigt ist.
  • Der Betrieb einer Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nunmehr beschrieben. Die gleichen Referenznummern sind zu den Vorgängen vergeben, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich zu denen im ersten Ausführungsbeispiel sind. Diese Vorgänge werden nunmehr im Detail beschrieben. Wie in 6 gezeigt, genauso wie im ersten Ausführungsbeispiel, führt die Bestimmungseinheit 12 eine SoC-Veränderung am Batteriemodul M durch, durch das Kontrollieren des SoC-Einstellers 11b der Messeinheit 11 (Schritt S1). Der SoC-Einsteller 11b führt Entladung (oder Ladung) des Batteriemoduls M durch, um den SoC zu verringern. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls auf einen Wert kleiner oder gleich 20% gesetzt wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M auf einen Wert kleiner oder gleich 5% gesetzt wird. In solch einem kleinen SoC-Zustand ist der Impedanzwechsel signifikant verglichen mit dem hohen Soc-Zustand. Daher kann der Zustand einfach bestimmt werden. Zusätzlich, wenn der SoC kleiner oder gleich 5% ist, ist der Impedanzwechsel insbesondere signifikant und die Feststellungsgenauigkeit ist weiter verbessert.
  • Die Bestimmungseinheit 12 kontrolliert die Messeinheit 11, sodass die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M durch ein Impedanzmessgerät 11a gemessen wird (Schritt S2).
  • Beim Messen der komplexen Impedanz des Batteriemoduls M stellt das Impedanzmessgerät 11a den gemessenen Wert der Bestimmungseinheit 12 zur Verfügung. Die Bestimmungseinheit 12 kalkuliert den absoluten Wert (Zreal) der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz basierend auf dem gemessenen Wert (Schritt S10). Die Bestimmungseinheit 12 erhält den unteren Grenzwert ZRmin des absoluten Wertes der realen Achsenkomponente von der ROM 12c (Schritt S11). Die Bestimmungseinheit 12 bestimmt, ob die absoluten Werte Zreal der realen Achsenkomponente kleiner sind als die untere Grenze des Grenzwertes ZRmin (Schritt S12).
  • Wenn der absolute Wert Zreal der absoluten Achsenkomponente größer oder gleich zum unteren Grenzwerte ZRmin ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 12, dass das Batteriemodul M, welches es zu untersuchen gilt, nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand ist, und stellt ein funktionsfähiges Produkt fest (stellt fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein nicht funktionsfähiges Produkt ist) (Schritt S6). Insbesondere, wenn das funktionsfähige Produkt zur Feststellung eines Batteriemodul M in Schritt 6 führt, ist das Batteriemodul M nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand und ist wahrscheinlich frei von Abweichungen durch einen erhöhten Flüssigkeitswiderstand und den Komponentenwiderstand. Wenn der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwerte ZRmin, bestimmt die Bestimmungseinheit 12, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet (Schritt S7).
  • Wie zuvor beschrieben hat das zweite Ausführungsbeispiel die Vorteile, welche nachfolgend beschrieben werden, zusätzlich zu den Vorteilen beschrieben für das erste Ausführungsbeispiel.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel ist im Batteriemodul M die komplexe Impedanz in einem diffusen Widerstandsbereich bemessen und der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz ist detektiert als Parameter zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Der diffuse Widerstandsbereich ist Teil der komplexen Impedanzkurve N, die auf der Niedrigfrequenzseite erscheint. Wenn das Batteriemodul M sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet, ist der Impedanzwechsel signifikant im diffusen Widerstandsbereich. Daher verbessert der Vergleich des absoluten Wertes Zreal der detektierten realen Achsenkomponente mit dem vorbestimmten unteren Grentwert ZRmin die Genauigkeit zur Bestimmung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Daher, auch wenn eine Batterie andere Parameter hat, die sich leicht in einen Mikrokurzschluss Tendenzzustand ändern, kann der Mikroschalter Tendenzzustand in einer nicht zerstörerischen Weise festgestellt werden.
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben in Bezug auf 7. Die Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel nur in dem Durchführen des Feststellungsverfahrens geändert.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein absoluter Wert Z der komplexen Impedanz genutzt, um den Mikrokurzschluss Tendenzzustand zu bestimmen. Vorliegend ist „Z“ wie folgt wiedergegeben. Z = {(Zimg)2 + (Zreal)2}1/2
  • Somit umfasst der absolute Wert Z der komplexen Impedanz die reale Achsenkomponente Zreal. Zum Beispiel ist bevorzugt, dass die reale Achsenkomponente Zreal als Parameter für die Feststellung genutzt wird, bei der die Feststellung des Zustandes umfassend den Anstieg in dem Flüssigwiderstand, dem Komponentenwiderstand oder dergleichen. Die Feststellung mit dem absoluten Wert Z der komplexen Impedanz, welches die imaginären Achsenkomponente Zimg umfasst, verbessert die Genauigkeit zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein unterer Grenzwerte Zmin durch dasselbe Verfahren wie im ersten Ausführungsbeispiel gesetzt. Insbesondere unterscheidet sich der Prozess von dem des ersten Ausführungsbeispiels nur in dem absoluten Wert Z der komplexen Impedanz, der einen Parameter für die horizontale Achse in dem oben dargestellten Verteilungsdiagramm darstellt.
  • Der Betrieb der Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird nunmehr beschrieben. Die gleichen Referenznummerierungen sind vergeben dich sich beim Betreibens des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit denen des ersten Ausführungsbeispieles überschneiden. Solch ein Betrieb wird nicht mehr im Detail beschrieben werden. Wie in 7 gezeigt, führt die Feststellungseinheit 12 in der gleichen Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel und im zweiten Ausführungsbeispiel eine SoC-Anpassung am Batteriemodul M durch (Schritt S1). Zu dieser Zeit hat der SoC-Einsteller 11b eine Entladung durchgeführt (oder Ladung) des Batteriemoduls M, um den SoC zu verringern. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M kleiner oder gleich 20% gesetzt wird. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M auf kleiner oder gleich 5% gesetzt wird. In solch einem geringen SoC-Zustand ist der Impedanzwechsel signifikant verglichen mit einem hohen SoC-Zustand. Daher kann der Zustand einfach festgestellt werden. Zusätzlich wenn der SoC kleiner oder gleich 5% ist, ist der Impedanzwechsel insbesondere signifikant und die Feststellungsgenauigkeit ist weiter verbessert.
  • Die Feststellungseinheit 12 misst die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M durch ein Impedanzmessgerät 11a (Schritt S2).
  • Die Feststellungseinheit 12 kalkuliert den absoluten Wert Z einer komplexen Impedanz basierend auf den Werten gemessen durch das Impedanzmessgerät 11a (Schritt S20). Die Feststellungseinheit 12 erhält den unteren Grenzwert Zmin des absoluten Wertes der realen Achsenkomponente von dem ROM 12c (Schritt S21). Die Feststellungseinheit 12 bestimmt, ob der absolute Wert Z der komplexen Impedanz kleiner dem unteren Grenzwert Zmin ist (Schritt S22).
  • Wenn der absolute Wert Z der komplexen Impedanz größer oder gleich ist als der untere Grenzwert Zmin stellt die Feststellungseinheit 12 fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, sich nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet und stellt ein funktionsfähiges Produkt fest (stellt fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein funktionsfähiges Produkt ist) (Schritt S6). Wenn der absolute Wert Z der komplexen Impedanz kleiner des unteren Grenzwertes Zmin ist, stellt die Feststellungseinheit 12 fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet (Schritt S7).
  • Wie zuvor beschrieben weist das dritte Ausführungsbeispiel die Vorteile auf, die nachfolgend beschrieben werden, zusätzlich zu den Vorteilen, die für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind.
  • Im dritten Ausführungsbeispiel wird im Batteriemodul M die komplexe Impedanz in einem diffusen Widerstandsbereich gemessen und der absolute Wert Z der komplexen Impedanz ist als Parameter zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand festgestellt. Der diffuse Widerstandsbereich ist ein Teil der komplexen Impedanzkurve N, die auf der Niedrigfrequenzseite vorkommt. Wenn sich das Batteriemodul M in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet, ist der Impedanzwechsel signifikant im diffusen Widerstandsbereich. Daher verbessert ein Vergleich des absoluten Wertes Z der gemessenen komplexen Impedanz mit dem vorbestimmten unteren Grenzwert Zmin die Genauigkeit zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Daher, selbst wenn andere Parameter der Batterie sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand leicht geändert haben, kann der Mikrokurzschluss Tendenzzustand in nicht zerstörerischer Weise festgestellt werden.
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nunmehr beschrieben in Hinblick auf 8. Die Konfiguration des vierten Ausführungsbeispiels ändert sich zu dem des ersten Ausführungsbeispiels lediglich in dem Feststellungsprozess.
  • Der Betrieb der Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes wird nunmehr beschrieben. Die gleichen Referenznummern zum Betreiben sind vergeben, die sich mit dem ersten Ausführungsbeispiel überschneiden. Solch ein Betrieb wird nicht mehr im Detail beschrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die imaginäre Achsenkomponente Zimg und die reale Achsenkomponente Zreal der komplexen Impedanz genutzt, um den Mikrokurzschluss Tendenzzustand festzustellen. Wenn die imaginäre Achsenkomponente Zimg und die reale Achsenkomponente Zreal größer oder gleich zum unteren Grenzwert des Grenzwertes jeweils ZJmin, ZRmin sind, findet eine Feststellung über ein funktionsfähiges Produkt statt (es wird festgestellt, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein funktionsfähiges Produkt ist). Der Grenzwert ZJmin der imaginären Achsenkomponente Zimg ist die Gleiche wie im ersten Ausführungsbeispiel. Der untere Grenzwert ZRmin der realen Achsenkomponente Zreal ist der Gleiche wie im zweiten Ausführungsbeispiel. Es wird nur festgestellt, dass das Batteriemodul M ein funktionsfähiges Produkt ist, wenn die Bedingung für die imaginäre Achsenkomponente Zimg und die reale Achsenkomponente Zreal erfüllt sind. Dies verbessert die Genauigkeit zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand und es kann bewertet werden, ob durch den Anstieg in dem Flüssigwiderstand, im Komponentenwiderstand oder dergleichen Unregelmäßigkeiten auftreten.
  • Wie in 8 gezeigt, führt die Feststellungseinheit 12 eine SoC-Anpassung am Batteriemodul M durch Kontrollieren der Messeinheit (Schritt S1) durch. Der SoC-Einsteller SB führt eine Entladung (oder Ladung) des Batteriemoduls M durch, um den SoC zu reduzieren. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M kleiner oder gleich 20% ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der SoC des Batteriemoduls M kleiner oder gleich 5% ist. In solch einem geringen SoC-Zustand ist der Impedanzwechsel signifikant verglichen mit einem hohen SoC-Zustand. Daher kann der Zustand einfach festgestellt werden. Zusätzlich, wenn der SoC kleiner oder gleich 5% ist, ist der Impedanzwechsel insbesondere signifikant und die Feststellungsgenauigkeit ist weiterhin weiter verbessert.
  • Die Feststellungseinheit 12 misst die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M (Schritt S2) und kalkuliert den absoluten Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente und den absoluten Wert Zreal der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz basierend auf den gemessenen Werten (gemessene komplexe Impedanz) (Schritt S30). In diesem Fall sind der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente und der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente mit einer einzigen Messung erlangt. Daher ist die Zeit zur Feststellung nicht deutlich verlängert.
  • Die Feststellungseinheit 12 erhält den unteren Grenzwert ZJmin des absoluten Wertes der imaginären Achsenkomponente und den unteren Grenzwert ZRmin des absoluten Wertes der realen Achsenkomponente von ROM 12c (Schritt S31). Die Feststellungseinheit 12 stellt fest, ob der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert ZJmin und der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert ZRmin (Schritt S32).
  • Wenn die Feststellungseinheit 12 feststellt, dass der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente größer oder gleich ist zum unteren Grenzwert ZJmin und der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente größer oder gleich ist dem unteren Grenzwert ZRmin (Ja, in Schritt S32), wird festgestellt, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, sich nicht in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet und ein funktionsfähiges Produkt kann festgestellt werden (es wird festgestellt, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein funktionsfähiges Produkt ist) (Schritt S6).
  • Wenn der absolute Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert ZJmin oder der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert ZRmin (Nein, in Schritt 32), stellt die Feststellungseinheit 12 fest, dass sich das Batteriemodul M in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet (Schritt S7). Daher ist die funktionsfähige Produkt Feststellung nur durch das Batteriemodul M mit einem absoluten Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente gegeben und der absolute Wert Zreal der realen Achsenkomponente ist größer oder gleich zum unteren Grenzwert jeweils ZJmin, ZRmin. Dies verringert die fehlerhafte Feststellung des Batteriemoduls M als funktionsfähiges Produkt, wenn das Batteriemodul M sich tatsächlich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Wie oben beschrieben hat das vierte Ausführungsbeispiel die Vorteile wie unten beschrieben, zusätzlich zu den Vorteilen beschrieben für das erste Ausführungsbeispiel.
  • Im vierten Ausführungsbeispiel stellt die Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes den absoluten Wert Zreal der realen Achsenkomponente fest, zusätzlich zu dem absoluten Wert Zimg der imaginären Achsenkomponente der komplexen Impedanz als Parameter zur Feststellung des Mikrokurzschluss Tendenzzustand. Wenn der absolute Wert Zimg kleiner ist als der untere Grenzwert ZJmin der imaginären Achsenkomponente oder der absolute Wert Zreal kleiner ist als der untere Grenzwert ZRmin der realen Achsenkomponente, stellt die Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes eine Mikrokurzschluss Tendenz fest. Die Vorrichtung 10 zur Feststellung des Batteriezustandes ergibt nur eine funktionsfähige Produkt Feststellung (stellt fest, dass das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, ein funktionsfähiges Produkt ist), wenn die absoluten Werte Zimg, Zreal größer oder gleich zu dem unteren Grenzwert jeweils ZJmin, ZRmin sind. Dies verringert die fehlerhafte Feststellung des Batteriemoduls M als funktionsfähiges Produkt, wenn sich das Batteriemodul M tatsächlich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  • Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können wie folgt modifiziert werden.
  • In jedem Ausführungsbeispiel ist die komplexe Impedanz des Batteriemoduls M gemessen, wenn der SoC kleiner oder gleich 20% ist. Die komplexe Impedanz kann jedoch auch gemessen werden, wenn der SoC des Batteriemoduls M 20% überschreitet, wenn der Mikrokurzschluss Tendenzzustand detektierbar ist, selbst wenn der SoC der Batterie über 20% ist.
  • In jedem Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriemodul M, welches untersucht werden soll, eine Vielzahl von Batteriezellen. Anstatt dessen kann eine einzelne Batteriezelle untersucht werden. Das Untersuchungsobjekt kann ein Batteriestapel, umfassend eine Vielzahl an Batteriemodulen M, sein.
  • In jedem Ausführungsbeispiel ist der Mikrokurzschluss Tendenzzustand des Batteriemoduls M durch eine Messeinheit 11 und eine Feststellungseinheit 12 festgestellt. Die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriestatus der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht limitiert auf solch eine Konfiguration. Zum Beispiel können der SoC-Einsteller 11b und das Impedanz-Messgerät 11a der Messeinheit 11 separate Vorrichtungen sein.
  • In jedem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren zum Kalkulieren eines integrierten Wertes des Ladungsstroms als Verfahren zur Messung des SoC genutzt. Der Prozess zum Messen des SoC ist jedoch nicht limitiert auf diesen Prozess zum Kalkulieren der integrierten Werte des Ladungsstroms. Zum Beispiel kann ein Kalkulierungsverfahren, basierend auf anderen Parametern wie Spannungswerte oder Temperatur, genutzt werden. Alternativ kann ein Kalkulierungsverfahren als Kombination der Parameter, umfassend den Stromwert, genutzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes
    11
    Messeinheit
    11a
    Impedanzmessgerät
    12
    Feststellungseinheit, umfassend Detektor, Speicher und Determinator
    C
    diffuser Widerstandsbereich
    FDIF
    Messfrequenz
    M
    Batteriemodul als wiederaufladbare Batterie
    N
    komplexe Impedanzkurve
    Z
    komplexe Impedanz
    Zimg
    imaginäre Achsenkomponente
    Zreal
    reale Achsenkomponente
    ZJmin, ZRmin, Zmin
    unterer Grenzwert

Claims (6)

  1. Eine Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes, die einen Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie feststellt, wobei im Mikrokurzschluss Tendenzzustand ein Mikrokurzschluss vorkommt oder wahrscheinlich vorkommt, die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, das eine AC-Spannung oder AC-Strom einer Messfrequenz an eine wiederaufladbare Batterie anlegt, welche untersucht werden soll und eine komplexe Impedanz misst, wobei die Messfrequenz eie Frequenz ist, die mit dem diffusen Widerstandsbereich korrespondiert; ein Detektor, der einen absoluten Wert einer imaginären Achsenkomponente einer komplexen Impedanz durch ein Impedanzmessgerät kalkuliert; ein Speicher, der einen unteren Grenzwert speichert, wobei der untere Grenzwert gesetzt wird basierend auf den Messergebnissen des absoluten Wertes der imaginären Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie in den Mikrokurzschluss Tendenzzustand; und ein Determinator, der die absoluten Werte der imaginären Achsenkomponente durch den Detektor detektiert verglichen mit dem unteren Grenzwert, wobei der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert, der Determinator stellt fest, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  2. Die Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes gemäß Anspruch 1, wobei das Impedanzmessgerät die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie misst, wenn ein Ladungszustand kleiner oder gleich 20% ist.
  3. Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Determinator einen absoluten Wert der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz kalkuliert zusammen mit dem absoluten Wert der imaginären Achsenkomponente, der Speicher einen ersten und zweiten unteren Grenzwert speichert, wobei der erste untere Grenzwert mit dem absoluten Wert der imaginären Achsenkomponente korrespondiert und der zweite untere Grenzwert gesetzt wird basierend auf den Messergebnissen der absoluten Werte der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie, die sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet und wenn der absolute Wert der imaginären Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie, welche untersucht werden soll, kleiner ist als der erste untere Grenzwert oder der absolute Wert der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie, welche untersucht werden soll, kleiner ist als der zweite untere Grenzwert, stellt der Determinator fest, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  4. Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes, die einen Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie feststellt, wobei im Mikrokurzschluss Tendenzzustand ein Mikrokurzschluss vorkommt oder sehr wahrscheinlich vorkommt, die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, das eine AC-Spannung oder einen AC-Strom einer Messfrequenz auf eine wiederaufladbare Batterie appliziert, welche untersucht werden soll, und die komplexe Impedanz misst, wobei die Messfrequenz eine Frequenz ist, die mit einem diffusen Widerstandsbereich korrespondiert; einem Detektor, der einen absoluten Wert der realen Achsenkomponente der komplexen Impedanz misst, erhalten vom Impedanzmessgerät; einem Speicher, der einen unteren Grenzwert speichert, welcher gesetzt ist basierend auf den Messergebnissen der realen Achsenkomponente der wiederaufladbaren Batterie in dem Mikrokurzschluss Tendenzzustand; und einem Determinator, der die absoluten Werte der realen Achsenkomponente durch den Detektor detektiert und mit dem unteren Grenzwert vergleicht, wobei wenn der absolute Wert der realen Achsenkomponente kleiner ist als der untere Grenzwert, der Determinator feststellt, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  5. Vorrichtung (10) zur Feststellung des Batteriezustandes, die einen Mikrokurzschluss Tendenzzustand einer wiederaufladbaren Batterie detektiert, wobei in dem Mikrokurzschluss Tendenzzustand ein Mikrokurzschluss vorkommt oder wahrscheinlich vorkommt, die Vorrichtung zur Feststellung des Batteriezustandes umfasst ein Impedanzmessgerät, das eine AC-Spannung oder einen AC-Strom der Messfrequenz auf eine wiederaufladbare Batterie beaufschlagt, welche untersucht werden soll, und die komplexe Impedanz misst, wobei die Messfrequenz eine Frequenz ist, die mit einem diffusen Widerstandsbereich korrespondiert; einen Detektor, der einen absoluten Wert der komplexen Impedanz detektiert erhalten von dem Impedanzmessgerät; einen Speicher, der einen unteren Grenzwert speichert, und welcher basierend auf Messergebnissen der komplexen Impedanz der wiederaufladbaren Batterie in dem Mikrokurzschluss Tendenzzustand gesetzt ist; und einen Determinator, der den absoluten Wert der komplexen Impedanz durch den Detektor detektiert mit dem unteren Grenzwert vergleicht, wobei wenn der absolute Wert der komplexen Impedanz kleiner ist als der untere Grenzwert, der Determinator feststellt, dass die wiederaufladbare Batterie, welche untersucht werden soll, sich in einem Mikrokurzschluss Tendenzzustand befindet.
  6. Vorrichtung (10) zur Feststellung eines Batteriezustandes gemäß den Ansprüchen 4 oder 5, wobei das Impedanzmessgerät die komplexe Impedanz der wiederaufladbaren Batterie misst, wenn der Ladungszustand kleiner oder gleich 20% beträgt.
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