WO2015014761A1 - Verfahren zur diagnose eines zustands einer batterie - Google Patents

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WO2015014761A1
WO2015014761A1 PCT/EP2014/066100 EP2014066100W WO2015014761A1 WO 2015014761 A1 WO2015014761 A1 WO 2015014761A1 EP 2014066100 W EP2014066100 W EP 2014066100W WO 2015014761 A1 WO2015014761 A1 WO 2015014761A1
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battery
state
determined
battery units
diagnostic
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Christian Korn
Andreas Gleiter
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Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing a condition of a battery having a plurality of battery units.
  • the invention also relates to a computer program and a
  • Battery management system which are set up to carry out the method. Furthermore, a battery and a motor vehicle are specified with such a battery.
  • Hybrid and electric vehicles use battery packs in nickel-metal hydride technology or lithium-ion technology, which consist of a large number of series-connected electrochemical cells.
  • a battery management system is used to monitor the battery and, in addition to the safety monitoring, should ensure the longest possible battery life.
  • a task of the battery management system is, state of charge (SOC) of the individual battery units despite different self discharges and
  • balancing which is usually made resistive.
  • a resistor and a switching element is provided for each battery unit in order to discharge individual battery units specifically via this so-called balancing resistor.
  • Charge state compensation of battery units is described for example in DE 10 2009 002 466 A1.
  • a so-called inductive cell balancing is also described, wherein the circuit concept for aligning the cell voltages based on an inductive intermediate storage of the transported electrical energy.
  • the document also discloses a battery diagnosis that only then is started when an operating state of a consumer supplied by the battery indicates that it is not operating in a main mode.
  • step a a state of charge compensation value is determined for each battery unit. Thus, it can be determined which battery unit is defective or inferior.
  • the diagnosis of the state of the battery takes place in the form of the diagnosis of the state of the battery units in step d) on the basis of the result of the comparison in step c).
  • step d) an identification of the defective or inferior battery units, z.
  • an identification of the defective or inferior battery units z.
  • the possible diagnostic options in step b) include a first diagnostic option, which includes an increased self-discharge rate of at least one
  • Battery unit preferably increased self-discharge rates of all battery units concerns.
  • the self-discharge rate may be considered as a measure of the state of health (SOH) of the battery pack.
  • SOH state of health
  • State of charge compensation value is closed to the increased self-discharge rate of the affected battery units.
  • the possibility of the first diagnostic option is determined on the basis of the presence of a limited SOC window (SOC, state of charge). This is possible for example by discharging and then charging the battery unit to the original state of charge or by charging and subsequent discharge.
  • SOC SOC, state of charge
  • an SOC window that is within a range that is typically achieved on each day of travel for a particular type of vehicle, such as an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HEV, hybrid electrical vehicle).
  • a hybrid vehicle it is advantageous if the limited SOC window is defined by SOC values of 40% and 50%.
  • the limited SOC window is defined by SOC values above 80% or above 90%.
  • the possible diagnostic options include a second diagnostic option, which relates to a capacity loss of at least one battery unit, preferably capacity losses of all battery units. The capacity loss is caused by the aging of the battery unit and provides in the context of the invention provides a further measure of the health of the battery unit. It is therefore particularly advantageous to infer a possible loss of capacity of the affected battery units on the basis of the charge state compensation requirement value.
  • the second diagnostic option is determined based on the presence of a period of time that is shorter than a reference period, for example, shorter than one hour or less than two Hours.
  • the second diagnostic option can be determined based on the presence of an SOC stroke of at least 20% within a maximum of 1 to 2 hours.
  • a computer program is also proposed according to which one of the methods described herein is performed when the computer program is executed on a programmable computer device.
  • the computer program is preferably executed on a battery control device accompanying normal operation.
  • the computer program can in particular be a module for implementing a battery diagnostic system or a module for implementing a
  • the computer program can be stored on a machine-readable storage medium, such as on a
  • the computer program may be provided on a computing device, such as on a server or a cloud server, for downloading, for example via a data network such as the Internet, or a communication connection such as a telephone line or wireless connection.
  • a battery management system is also provided with a unit for determining a state of charge compensation demand value, a unit for determining possible diagnostic options, a unit for comparing the determined requirement value with a demand threshold for a diagnosed diagnostic option and a unit for diagnosing the state of the battery units.
  • a battery in particular a lithium-ion battery or a nickel-metal hydride battery is also provided, the
  • Battery management system comprises and is connectable to a drive system of a motor vehicle, wherein the battery management system is formed as described above and / or is arranged to carry out the inventive method.
  • the terms “battery” and “battery unit” are used in the present description, the usual parlance used for accumulator or Akkumulatorü.
  • the battery preferably comprises one or more battery units, which designate a battery cell, a battery module, a module string or a battery pack can.
  • the battery cells are preferably firmly connected to each other and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules.
  • Several modules can be connected to so-called battery direct converters (BDCs) and several battery direct converters to a so-called battery direct inverter (BDI).
  • BDCs battery direct converters
  • BDI battery direct inverter
  • a motor vehicle is also provided with such a battery, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
  • the method is used in electrically powered vehicles, in which an interconnection of multiple battery cells for
  • Figure 1 is a schematic representation of a battery management system in
  • FIG. 2 shows a method according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 3 shows a method according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a diagram with standardized charge state compensation values.
  • FIG. 1 shows a battery management system 2, which is set up, several
  • the battery management system 2 is set up to carry out the method according to the invention.
  • Communication channel 18 for example to a CAN bus.
  • the battery management system 2 has a unit 6 for determining a
  • the demand value determination unit 6 is set up to receive measured values and / or measured data from the battery units 4 in order to determine the charge state compensation requirement value individually for each battery unit 4.
  • the determination of the state of charge compensation required value can for example take place regularly or be coupled to specific events or operating states of the vehicle.
  • the framework conditions in the demand determination are decisive.
  • a first battery unit is denoted Wegindex L and a second with Tiefindex S.
  • the battery units have different self-discharges
  • Qs (t) Q s (0) + AQ s (t) - as (t), where AQ (t) means a charge / discharge stroke.
  • ASOC (At) C * + ⁇ - ⁇ - ⁇ * - ⁇ .
  • the parameters time t, and the charge flow rate Q are variable. As a result, two cases can be distinguished:
  • Battery unit performed in comparison to any reference battery unit.
  • a suitable reference battery unit is, for example, the one with the lowest SOC in the battery pack. In this way, the diagnosis for all battery units is feasible. The increased self-discharge rate is measured relative to other cells. If all cells discharge evenly fast, then the diagnosis can not detect this. However, this case is very unlikely even at about 100 cells.
  • the battery management system has a unit 8 for determining diagnostic options, which checks the conditions during the charge state equalization requirement determination for the presence of possible diagnostic options.
  • the unit 8 for determining diagnostic options receives measured values and / or measured data from the
  • Battery units 4 in particular information about the state of charge of the battery units (SOC) to determine the presence of a limited SOC window.
  • the diagnostic option determination means 8 is also arranged to determine whether two detected charge state equalization demand values have been determined in a limited SOC window, for example, in a SOC window with SOC values of 40% and 50%.
  • the means 8 for determining the diagnostic options also includes a
  • Timing unit which can determine if two determined demand values for the battery balancing, if they were determined within a period of time that is shorter than a reference period.
  • the battery management system 2 also has a unit 10 for comparing the determined charge state compensation requirement value with a demand threshold for a determined diagnostic option. For example, if the diagnostic option determination unit 8 has determined a charge state balance demand value determination in the limited SOC window, the charge state balance requirement may change to one increased self-discharge rate of the battery unit are closed. Whether such an increased self-discharge rate of the battery unit is present, the unit 10 determines by comparing the determined charge state compensation requirement value with the
  • diagnostic option determination unit 8 alternatively or in addition thereto
  • the unit compares 10 to
  • the battery management system 2 also has a unit 12 for diagnosing the state of the battery units, which receives data from the unit 10 for comparing the determined demand value with a demand threshold.
  • the means 12 for diagnosing the condition of the batteries identifies defective or inferior ones
  • Battery units by storing entries in the battery units associated with fault memories or outputs a warning signal to the driver of the vehicle.
  • Fig. 2 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • the method is initiated, for example by detecting a specific operating state of the vehicle or by lapse of a defined time.
  • a charge state compensation requirement value is determined for a battery unit.
  • a further charge state compensation requirement value is determined.
  • Sufficiency level demand values have been determined in a limited SOC window. If so, a diagnosis is made in step S4 regarding the self-discharge rate of the battery pack. If not, it is determined in a step S5 whether the charge state compensation requirement values determined in steps S1 and S2 have been determined within a time period which is shorter than a reference period. If so, a capacity diagnosis is performed in a step S6. If not, the process is restarted, whereby the last detected state of charge compensation demand value can be used again, so that in the following step S1 can be omitted.
  • Fig. 3 shows an alternative embodiment of the method according to the invention.
  • the steps SO, S1 and S2 are executed as described with reference to FIG.
  • the method shown in Fig. 3 differs from that of Fig. 2 only in the
  • Step S7 first checks whether the determined state of charge compensation demand values were determined within a period that is shorter than a reference period. If so, the capacity diagnosis is performed in a step S8. If not, it is checked in a step S9 whether the ascertained state of charge compensation requirement values were determined within a limited SOC window. If so, in step S10, the
  • FIG. 4 shows a diagram in which a standardized charge state compensation requirement ASOC / AC is plotted over the time t.
  • ASOC / AC In a first area 20, ASOC / AC> 0, so AQ> 0.
  • ASOC / AC In a second area 22, ASOC / AC ⁇ 0, so that AQ ⁇ 0. Recognizable occurs a reversal in the charge state balance requirement of the batteries. It can be seen from Fig. 4 that at the upper SOC limit, a higher capacity battery pack would be discharged, while at the lower SOC limit, the smaller capacity battery pack would be discharged. The capacity-related demand is therefore reversed, while the demand based on self-discharge is not reversed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass ein Ladezustandsausgleichsbedarfswert ermittelt wird, mögliche Diagnoseoptionen ermittelt werden, der ermittelte Ladezustandsausgleichsbedarfswert mit einem Bedarfsschwellwert für eine ermittelte mögliche Diagnoseoption verglichen wird und hieraus der Zustand der Batterieeinheiten diagnostiziert wird. Es werden außerdem ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer derartigen Batterie verbunden ist.

Description

Beschreibung Verfahren zur Diagnose eines Zustands einer Batterie Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten aufweist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm und ein
Batteriemanagementsystem, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie angegeben.
In Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden Batteriepacks in Nickel-Metallhydrid-Technologie oder Lithium-Ionen-Technologie eingesetzt, die aus einer großen Anzahl in Serie geschalteter elektrochemischer Zellen bestehen. Ein Batteriemanagementsystem dient zur Überwachung der Batterie und soll neben der Sicherheitsüberwachung eine möglichst hohe Lebensdauer der Batterie gewährleisten.
Eine Aufgabe des Batteriemanagementsystems ist, Ladezustände (state of Charge, SOC) der einzelnen Batterieeinheiten trotz unterschiedlicher Selbstentladungen und
unterschiedlicher Ladeeffizienzen aufeinander abzustimmen. Dies geschieht beispielsweise durch eine geeignete Symmetrisierung der Batterieeinheiten (Balancing), die in der Regel resistiv vorgenommen wird. Dazu wird zu jeder Batterieeinheit ein Widerstand und ein Schaltelement vorgesehen, um einzelne Batterieeinheiten gezielt über diesen so genannten Balancing-Widerstand entladen zu können. Ein derartiges Verfahren zum
Ladungszustandsausgleich von Batterieeinheiten ist beispielsweise in der DE 10 2009 002 466 A1 beschrieben. In dieser Druckschrift wird außerdem ein so genanntes induktives Zell- Balancing beschrieben, wobei das Schaltungskonzept zur Angleichung der Zellspannungen auf einer induktiven Zwischenspeicherung der dabei transportierten elektrischen Energie beruht. Die Druckschrift offenbart außerdem eine Batteriediagnose, die lediglich dann gestartet wird, wenn ein Betriebszustand eines von der Batterie versorgten Verbrauchers anzeigt, dass dieser nicht in einem Hauptbetrieb arbeitet.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose eines Zustande einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten aufweist, sind die folgenden Schritte vorgesehen: a) Ermitteln eines Ladezustandsausgleichsbedarfswert.es; b) Ermitteln von möglichen Diagnoseoptionen; c) Vergleichen des ermittelten Ladezustandsausgleichsbedarfswert.es mit einem
Bedarfsschwellwert für eine ermittelte mögliche Diagnoseoption und d) Diagnostizieren des Zustande der Batterieeinheiten.
Im Schritt a) wird für jede Batterieeinheit ein Ladezustandsausgleichsbedarfswert ermittelt. Somit kann ermittelt werden, welche Batterieeinheit defekt oder minderwertig ist.
Die Diagnose des Zustande der Batterie erfolgt in Form der Diagnose des Zustande der Batterieeinheiten im Schritt d) anhand des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt c).
Vorteilhaft kann bei Feststellen einer signifikanten Abweichung des ermittelten
Ladezustandsausgleichsbedarfswerts mit dem Bedarfsschwellwert für die ermittelte mögliche Diagnoseoption auf defekte oder minderwertige Batterieeinheiten geschlossen werden. In Schritt d) erfolgt eine Identifikation der defekten oder minderwertigen Batterieeinheiten, z. B. durch Speichern eines Eintrags in einem Fehlerspeicher, durch Ausgabe eines Warnsignals oder beispielsweise auch durch Überführung des Fahrzeugs in einen so genannten limp frome-Zustand, falls beispielsweise eine Vielzahl von Batterieeinheiten als defekt oder minderwertig identifiziert wurden. Der Fahrer kann hieraufhin den Austausch der betroffenen Batterieeinheiten veranlassen. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich. Nach einer Ausführungsform umfassen die möglichen Diagnoseoptionen in Schritt b) eine erste Diagnoseoption, welche eine erhöhte Selbstentladungsrate zumindest einer
Batterieeinheit, bevorzugt erhöhte Selbstentladungsraten aller Batterieeinheiten betrifft. Die Selbstentladungsrate kann als ein Maß für den Gesundheitszustand (state of health, SOH) der Batterieeinheit betrachtet werden. Vorteilhaft wird also anhand des
Ladezustandsausgleichsbedarfswerts auf die erhöhte Selbstentladungsrate der betroffenen Batterieeinheiten geschlossen.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Möglichkeit der ersten Diagnoseoption anhand des Vorliegens eines begrenzten SOC-Fensters (SOC, state of Charge) ermittelt wird. Möglich wird dies beispielsweise durch Entladen und anschließendes Aufladen der Batterieeinheit zum ursprünglichen Ladezustand oder durch Aufladen und anschließendes Entladen.
Besonders vorteilhaft ist ein SOC-Fenster, dass in einem Bereich liegt, der für einen bestimmten Fahrzeugtyp, wie einem Elektrofahrzeug (EV, electric vehicle) oder einem Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electrical vehicule), in der Regel an jedem Fahrtag erreicht wird. Bei einem Hybridfahrzeug ist vorteilhaft, wenn das begrenzte SOC-Fenster durch SOC- Werte von 40% und 50% definiert wird. Bei einem Elektrofahrzeug ist vorteilhaft, wenn das begrenzte SOC-Fenster durch SOC-Werte von oberhalb 80 % oder oberhalb 90 % definiert wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die möglichen Diagnoseoptionen eine zweite Diagnoseoption, welche einen Kapazitätsverlust zumindest einer Batterieeinheit, bevorzugt Kapazitätsverluste aller Batterieeinheiten betrifft. Der Kapazitätsverlust entsteht durch die Alterung der Batterieeinheit und stellt im Rahmen der Erfindung ein weiteres Maß für den Gesundheitszustand der Batterieeinheit bereit. Besonders vorteilhaft wird also anhand des Ladezustandsausgleichsbedarfswerts auf einen möglichen Kapazitätsverlust der betroffenen Batterieeinheiten geschlossen.
Bevorzugt wird die zweite Diagnoseoption anhand des Vorliegens eines Zeitraums ermittelt, der kürzer als ein Referenzzeitraum ist, beispielsweise kürzer eine Stunde oder kürzer als 2 Stunden. Insbesondere kann die zweite Diagnoseoption anhand des Vorliegens eines SOC- Hubs von mindestens 20% innerhalb von maximal 1 bis 2 Stunden ermittelt werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm wird bevorzugt auf einem Batteriesteuergerät begleitend zum normalen Betrieb ausgeführt. Bei dem Computerprogramm kann es sich insbesondere um ein Modul zur Implementierung eines Batteriediagnosesystems oder um ein Modul zur Implementierung eines
Batteriemanagementsystems eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem
permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, einer DVD, 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 etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitgestellt, mit einer Einheit zum Ermitteln eines Ladezustandsausgleichsbedarfswerts, einer Einheit zum Ermitteln von möglichen Diagnoseoptionen, einer Einheit zum Vergleichen des ermittelten Bedarfswertes mit einem Bedarfsschwellwert für eine ermittelte Diagnoseoption und einer Einheit zur Diagnostizierung des Zustande der Batterieeinheiten.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie zur Verfügung gestellt, die ein
Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem wie zuvor beschrieben ausgebildet ist und/oder eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Begriffe„Batterie" und„Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator beziehungsweise Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, ein Modulstrang oder einen Batteriepack bezeichnen können. Als Batteriepack werden dabei mehrere Zellen bezeichnet, die räumlich zusammengefasst sind und oft mit einem Gehäuse oder mit einer Ummantelung versehen sind. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise untereinander fest verbunden und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können zu sogenannten Batteriedirektkonvertern (BDC, battery direct Converter) verschaltet sein und mehrere Batteriedirektkonverter zu einem sogenannten Batteriedirektinverter (BDI, battery direct inverter).
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung mehrerer Batteriezellen zur
Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung des Fahrzeugs erfolgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems in
Kommunikation mit mehreren Batterieeinheiten,
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer ersten Ausführungsform,
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Verfahren nach einer zweiten Ausführungsform und
Figur 4 ein Diagramm mit normierten Ladungszustandsausgleichswerten.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 zeigt ein Batteriemanagementsystem 2, welches eingerichtet ist, mehrere
Batterieeinheiten 4 zu überwachen und/oder zu steuern. Das Batteriemanagementsystem 2 ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Kommunikation zwischen dem Batteriemanagementsystem 2 und den Batterieeinheiten 4 erfolgt über geeignete Kommunikationseinheiten 14, 16 als Schnittstellen zu einem
Kommunikationskanal 18, beispielsweise zu einem CAN-Bus.
Das Batteriemanagementsystem 2 weist eine Einheit 6 zur Ermittlung eines
Ladezustandsausgleichsbedarfswerts auf. Die Einheit 6 zur Ermittlung des Bedarfswerts ist eingerichtet, von den Batterieeinheiten 4 Messwerte und/oder Messdaten zu erhalten, um hieraus den Ladezustandsausgleichsbedarfswert individuell für jede Batterieeinheit 4 zu ermitteln. Die Ermittlung des Ladezustandsausgleichsbedarfswerts kann beispielsweise regelmäßig erfolgen oder an bestimmte Ereignisse oder Betriebszustände des Fahrzeugs gekoppelt sein. Um durch Auswertung des Ladezustandsausgleichsbedarfswerts auf den Gesundheitszustand der Batterieeinheit zu schließen, sind die Rahmenbedingungen bei der Bedarfsermittlung entscheidend.
Das wird am Beispiel mit 2 Batterieeinheiten gezeigt:
Eine erste Batterieeinheit sei mit Tiefindex L bezeichnet und eine zweite mit Tiefindex S. Die Batterieeinheiten weisen unterschiedliche Selbstentladungen auf,
Selbstentladung: aL, σδ, sowie unterschiedliche Kapazitäten, Kapazität: CL > Cs. Es ergibt sich zum Zeitpunkt t in den Batterieeinheiten die Ladung
Qi_ (t) = Qi_ (0) + AQL (t) - aL (t),
Qs (t) = Qs (0) + AQs (t) - as (t), wobei AQ(t) einen Ladungs-/Entladungs-Hub bedeutet.
Der Ladungszustandsausgleichsbedarf ergibt sich aus folgender Gleichung:
QL(t)/CL - Qs(t)/Cs = (QL(O)CS - Qs(0)CL)/(CLCs) + {(CL - Cs)/(CLCS)}-AQ(t)
- {(CsaL - CLas)/(CLCs)} -t = C* + AC- AQ(t) - a*-t,
wobei der Ladungszustandsausgleichsbedarf ASOC(At) = QL(t)/CL - Qs(t)/Cs, ein initiales Debalancing C* = (QL(0)Cs - Qs(0)CL)/(CLCs)! ein Scheindelta
AC-AQ(t) = {(CL - Cs)/(CLCS)} - AQ(t) und ein Selbstentladedelta σ = {(CsaL - CLas)/(CLCs)} -t unterschieden werden, also
ASOC(At) = C* + ΔΟ-ΔΟ - σ*-Δί.
Für das das initiale Debalancing kann C* = 0 gesetzt werden, wenn die Ladezustände ausgeglichen werden. Die Parameter Zeit t, und der Ladungsdurchsatz Q sind variabel. Das führt dazu, dass sich zwei Fälle unterscheiden lassen:
Fall 1 : Festes SOC-Fenster, d. h. ΔΟ = 0, erreichbar durch Entladen und wieder Aufladen zum ursprünglichen Ladezustand. In diesem Fall wird ASOC(At) = -σ*-Δί.
Im Fall 1 lassen sich anhand des Ladungszustandsausgleichsbedarfs große
Selbstentladungs-Unterschiede ermitteln. Fall 2: Ein SOC-Hub in kurzer Zeit, d. h. σ*-Δί « 0. In diesem Fall wird ASOC (At « 0) = AC-AQ.
Im Fall 2 lassen sich anhand des Ladungszustandsausgleichsbedarfs große Kapazitäts- Unterschiede ermitteln.
Um eine Diagnose für alle Batterieeinheiten eines Batteriepacks zu erhalten, das mehr als zwei Batterieeinheiten aufweist, wird das zuvor beschriebene Verfahren mit jeder
Batterieeinheit im Vergleich zu einer beliebigen Referenzbatterieeinheit durchgeführt. Eine geeignete Referenzbatterieeinheit ist beispielsweise diejenige mit dem niedrigsten SOC im Batteriepack. Auf diese Weise ist die Diagnose für alle Batterieeinheiten durchführbar. Die erhöhte Selbstentladerate wird relativ zu anderen Zellen gemessen wird. Entladen sich alle Zellen gleichmäßig schnell, dann kann die Diagnose dies nicht erkennen. Dieser Fall ist aber bereits bei etwa 100 Zellen sehr unwahrscheinlich.
Das Batteriemanagementsystem weist eine Einheit 8 zum Ermitteln von Diagnoseoptionen auf, welche die Rahmenbedingungen bei der Ladungszustandsausgleichsbedarfsermittlung auf das Vorhandensein von möglichen Diagnoseoptionen überprüft. Die Einheit 8 zur Ermittlung von Diagnoseoptionen erhält Messwerte und/oder Messdaten von den
Batterieeinheiten 4, insbesondere Informationen über den Ladezustand der Batterieeinheiten (SOC), um das Vorliegen eines begrenzten SOC-Fensters zu ermitteln. Insbesondere ist die Einrichtung 8 zum Ermitteln von Diagnoseoptionen auch dazu eingerichtet, festzustellen, ob zwei ermittelte Ladungszustandsausgleichsbedarfswerte in einem begrenzten SOC-Fenster ermittelt wurden, beispielsweise in einem SOC-Fenster mit SOC-Werten von 40% und 50%.
Die Einrichtung 8 zum Ermitteln der Diagnoseoptionen umfasst außerdem eine
Zeitmessungseinheit, welche bei zwei ermittelten Bedarfswerten für das Batterie-Balancing feststellen kann, ob diese innerhalb eines Zeitraums ermittelt wurden, der kürzer als ein Referenzzeitraum ist.
Das Batteriemanagementsystem 2 weist außerdem eine Einheit 10 zum Vergleichen des ermittelten Ladungszustandsausgleichsbedarfswerts mit einem Bedarfsschwellwert für eine ermittelte Diagnoseoption auf. Wenn die Einheit 8 zur Ermittlung von Diagnoseoptionen beispielsweise eine Ladungszustandsausgleichsbedarfswertermittlung in dem begrenzten SOC-Fenster ermittelt hat, kann aus dem Ladungszustandsausgleichsbedarf auf eine erhöhte Selbstentladungsrate der Batterieeinheit geschlossen werden. Ob eine derartige erhöhte Selbstentladungsrate der Batterieeinheit vorliegt, ermittelt die Einheit 10 durch Vergleichen des ermittelten Ladungszustandsausgleichsbedarfswerts mit dem
entsprechenden Bedarfsschwellwert für die erhöhte Selbstentladungsrate. Falls die Einheit 8 zum Ermitteln von Diagnoseoptionen alternativ dazu oder zusätzlich dazu einen
ausreichenden SOC-Hub in kurzer Zeit ermittelt hat, vergleicht die Einheit 10 zum
Vergleichen des ermittelten Bedarfswerts mit dem Bedarfsschwellwert den Kapazitätsverlust der Zelle mit einem kritischen Kapazitätsverlust. Das Batteriemanagementsystem 2 weist außerdem eine Einheit 12 zur Diagnostizierung des Zustande der Batterieeinheiten auf, welche Daten von der Einheit 10 zum Vergleichen des ermittelten Bedarfswerts mit einem Bedarfsschwellwert erhält. Die Einrichtung 12 zur Diagnostizierung des Zustande der Batterien identifiziert defekte oder minderwertige
Batterieeinheiten, indem sie in den Batterieeinheiten zugeordneten Fehlerspeichern Einträge speichert oder ein Warnsignal an den Fahrer des Fahrzeugs ausgibt.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt SO wird das Verfahren initiiert, beispielsweise durch Detektion eines bestimmten Betriebszustands des Fahrzeugs oder durch Ablauf einer definierten Zeit. In einem Schritt S1 wird für eine Batterieeinheit ein Ladungszustandsausgleichsbedarfswert ermittelt. In einem Schritt S2 wird ein weiterer Ladezustandsausgleichsbedarfswert ermittelt. In einem Schritt S3 wird festgestellt, ob die in den Schritten S1 und S2 ermittelten
Ladezustandsausgleichsbedarfswerte in einem begrenzten SOC-Fenster ermittelt worden sind. Falls ja, wird in einem Schritt S4 eine Diagnose bezüglich der Selbstentladungsrate der Batterieeinheit ausgeführt. Falls nein, wird in einem Schritt S5 ermittelt, ob die in den Schritten S1 und S2 ermittelten Ladezustandsausgleichsbedarfswerte innerhalb eines Zeitraums ermittelt worden sind, welcher kürzer als ein Referenzzeitraum ist. Falls ja, wird in einem Schritt S6 eine Kapazitätsdiagnose durchgeführt. Falls nein, wird das Verfahren von neuem gestartet, wobei der letzte ermittelte Ladezustandsausgleichsbedarfswert nochmals verwendet werden kann, so dass im Folgenden der Schritt S1 ausgelassen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Schritte SO, S1 und S2 werden wie mit Bezug zu Fig. 2 beschrieben ausgeführt. Das in Fig. 3 dargestellte Verfahren unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 2 lediglich in der
Reihenfolge der Überprüfung der möglichen Diagnoseoptionen. Entsprechend wird in einem Schritt S7 zunächst geprüft, ob die ermittelten Ladezustandsausgleichsbedarfswerte innerhalb eines Zeitraums ermittelt wurden, der kürzer als ein Referenzzeitraum ist. Falls ja, wird in einem Schritt S8 die Kapazitätsdiagnose durchgeführt. Falls nein, wird in einem Schritt S9 überprüft, ob die ermittelten Ladezustandsausgleichsbedarfswerte innerhalb eines begrenzten SOC-Fensters ermittelt wurden. Falls ja, wird in einem Schritt S10 die
Selbstentladungsdiagnose durchgeführt. Falls nein, wird das Verfahren wie mit Bezug zu Fig. 2 beschrieben neu gestartet.
Selbstverständlich sind weitere Ausgestaltungen des Verfahrens möglich, in welchen die Ermittlung der einzelnen Diagnoseoptionen unabhängig voneinander geprüft werden.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in welchem ein genormter Ladungszustandsausgleichsbedarf ASOC/AC über die Zeit t abgetragen ist. In einem ersten Bereich 20 ist ASOC/AC >0, so dass AQ >0 ist. In einem zweiten Bereich 22 ist ASOC/AC <0, so dass AQ <0 ist. Erkennbar erfolgt eine Umkehr im Ladungszustandsausgleichsbedarf der Batterien. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass bei der oberen SOC-Grenze eine Batterieeinheit mit höherer Kapazität entladen würde, während bei der unteren SOC-Grenze die Batterieeinheit mit kleinerer Kapazität zu entladen wäre. Der kapazitätsbedingte Bedarf kehrt sich also um, während der Bedarf auf Basis der Selbstentladung sich nicht umkehrt.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen
fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Diagnose eines Zustands einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten (4) aufweist, mit den Schritten: a) Ermitteln (S1 , S2) eines Ladezustandsausgleichsbedarfswerts; b) Ermitteln (S3, S5, S7, S9) von möglichen Diagnoseoptionen; c) Vergleichen des ermittelten Ladezustandsausgleichsbedarfswerts mit einem
Bedarfsschwellwert für eine ermittelte mögliche Diagnoseoption; d) Diagnostizieren (S4, S6, S8, S10) des Zustands der Batterieeinheiten (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseoptionen eine erste Diagnoseoption umfassen, welche erhöhte Selbstentladungsraten der Batterieeinheiten (4) betrifft.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Möglichkeit der ersten Diagnoseoption anhand des Vorliegens eines begrenzten SOC-Fensters ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseoptionen eine zweite Diagnoseoption umfassen, welche Kapazitätsverluste der Batterieeinheiten (4) betrifft.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Möglichkeit der zweiten Diagnoseoption anhand des Vorliegens eines Zeitraums ermittelt wird, der kürzer als ein Referenzzeitraum ist.
6. Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
7. Batteriemanagementsystem (2) einer Batterie, die mehrere Batterieeinheiten (4) aufweist, mit einer Einheit (6) zum Ermitteln eines Ladezustandsausgleichsbedarfswerts, einer Einheit (8) zum Ermitteln von möglichen Diagnoseoptionen, einer Einheit (10) zum Vergleichen des ermittelten
Ladezustandsausgleichsbedarfswerts mit einem Bedarfsschwellwert für eine ermittelte mögliche Diagnoseoption und einer Einheit (12) zum Diagnostizieren des Zustande der Batterieeinheiten (4).
8. Batterie, die mehrere Batterieeinheiten (4) und ein Batteriemanagementsystem (2) nach Anspruch 7 umfasst.
9. Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 8, wobei die Batterie mit einem
Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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