DE102014200684A1

DE102014200684A1 - Method for monitoring a battery

Info

Publication number: DE102014200684A1
Application number: DE102014200684.8A
Authority: DE
Inventors: Christoph Brochhaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie (16) in einem Fahrzeug (10), wobei die Batterie (16) mehrere Batteriezellen (19) oder mehrere Gruppen (20) von Batteriezellen (19) umfasst, mit folgenden Schritten: a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufes eines Betriebsparameters wenigstens einer einzelnen Batteriezelle (19) während eines Fahrzyklusses, b) Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen im erfassten zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters, c) Ermitteln eines Satzes von Nutzungsparametern, mit Hilfe derer die ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge rekonstruiert werden können, und d) Speichern des ermittelten Satzes von Nutzungsparametern in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit (32). Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm, ein Batteriesystem (12), die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind, sowie ein Fahrzeug (10) mit einem derartigen Batteriesystem (12).The invention relates to a method for monitoring a battery (16) in a vehicle (10), wherein the battery (16) comprises a plurality of battery cells (19) or a plurality of groups (20) of battery cells (19), comprising the steps of: a) detecting b) determining loading processes and unloading operations in the detected time profile of the operating parameter, c) determining a set of usage parameters with the aid of which the ascertained loading processes and unloading processes can be reconstructed, and d) storing the determined set of usage parameters in a non-volatile storage unit (32). The invention also relates to a computer program, a battery system (12), which are designed to carry out the method, and a vehicle (10) with such a battery system (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie in einem Fahrzeug, die mehrere Batteriezellen umfasst. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm, ein Batteriesystem und ein Fahrzeug, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.The invention relates to a method for monitoring a battery in a vehicle, which comprises a plurality of battery cells. The invention also relates to a computer program, a battery system and a vehicle, which are set up to carry out the method.

Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, beispielsweise für die Motorsteuerung, das Antiblockiersystem (ABS) oder den Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist die Entwicklung von Batterien, die mehrere Batteriezellen zusammengefasst in Batteriemodulen umfassen, und des zugehörigen Batteriemanagementsystems notwendig. Dabei umfasst das Batteriemanagementsystem ein Steuergerät mit Software zur Überwachung und Steuerung der Batteriefunktionalität. Electronic control units are used in the automotive environment today in increasing numbers, for example for the engine control, the anti-lock braking system (ABS) or the airbag. For electrically driven vehicles, the development of batteries comprising multiple battery cells in battery modules and the associated battery management system is necessary. In this case, the battery management system comprises a control unit with software for monitoring and controlling the battery functionality.

Abhängig von den Anforderungen oder von vorhandenen Bauräumen sind die Topologien der Batterie bezogen auf die Anzahl von Batteriezellen, Batteriemodulen und Sensoren sehr vielfältig. In EP 2 503 665 A1 ist beispielsweise ein Versorgungsspannungssystem mit einem elektrischen Speicher beschrieben. Im Betrieb des elektrischen Speichers wird dieser geladen bzw. entladen, wobei der Verlauf einer Zellspannung einer Lade- bzw. Entladekurve folgt. Depending on the requirements or existing installation space, the topologies of the battery are very diverse in terms of the number of battery cells, battery modules and sensors. In EP 2 503 665 A1 For example, a supply voltage system with an electrical storage is described. During operation of the electrical memory, it is charged or discharged, the course of a cell voltage following a charging or discharging curve.

Typische Batteriemanagementsysteme gewährleisten eine sichere und zuverlässige Funktion der Batterie. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und andere Betriebsparameter, die den Zustand der Batteriezellen, der Batteriemodule und damit der Batterie charakterisieren. Mit Hilfe der Betriebsparameter lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Batterie steigern.Typical battery management systems ensure safe and reliable battery operation. They monitor and control currents, voltages, temperatures, insulation resistances and other operating parameters that characterize the state of the battery cells, the battery modules and thus the battery. With the help of the operating parameters, management functions can be implemented that increase the service life, reliability and safety of the battery.

Aus Sicherheits- und Gewährleistungsgründen ist es wichtig, dass eine Historie über die Nutzung der Batterie geführt wird. Diese umfasst beispielsweise Nutzungsinformationen der Batterie in bestimmten Temperaturbereichen bei bestimmten Spannungen. Im Rahmen von Gewährleistungsansprüchen können gespeicherte Nutzungsinformationen aus einem nicht-flüchtigen Speicher des Steuergeräts ausgelesen werden und zur Auswertung der Nutzung der Batterie herangezogen werden. Es liegen somit ausführliche Informationen über die Nutzung der Batterie während der Lebensdauer vor. For safety and warranty reasons, it is important to keep a history of battery usage. This includes, for example, usage information of the battery in certain temperature ranges at certain voltages. Within the scope of warranty claims, stored usage information can be read from a non-volatile memory of the controller and used to evaluate the use of the battery. Thus, there is detailed information about the use of the battery during its lifetime.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Möglichkeiten bekannt, Daten in einem Batteriesystem zu speichern. In DE 10 2008 041 103 A1 ist eine Erfassungsvorrichtung zur Bestimmung eines Ladezustands eines elektrischen Speichers im Kraftfahrzeug beschrieben. Dabei wird der Ladezustand anhand einer Kennlinie bestimmt, die eine elektrische Beladung von Speicherzellen in Abhängigkeit der Einzelzellenspannung beschreibt. Die Kennlinie zum Ermitteln der Beladung der Batterie ist in einem Datenspeicher gespeichert. In the prior art different ways are known to store data in a battery system. In DE 10 2008 041 103 A1 a detection device for determining a state of charge of an electrical storage in the motor vehicle is described. The state of charge is determined on the basis of a characteristic which describes an electrical charge of memory cells as a function of the single-cell voltage. The characteristic curve for determining the charge of the battery is stored in a data memory.

Aus EP 2 485 293 A1 ist ein Batteriesystem bekannt, das mehrere Batteriezellen in Batteriemodulen umfasst. Weiterhin umfasst das Batteriesystem integrierte Schaltungen, die unter anderem eine Diagnose der Zellen der Batteriemodule durchführen. Weiterhin umfasst das Batteriesystem einen nicht-flüchtigen Speicher, in dem Daten betreffend das Nutzungsverhalten der Batteriemodule inklusive der maximalen Spannung oder dem maximalen Strom von Batteriemodulen und eine Historie der Batteriemodule gespeichert werden. Weiterhin können solche gespeicherten Nutzungsinformationen das Ausmaß der Nutzung beschreiben, in der bestimmte Standards überschritten wurden. Auch die maximale und die minimale Anschlussspannung können gespeichert werden. Daneben können weiterhin der maximale Laststrom und der maximale Ladestrom gespeichert werden. Out EP 2 485 293 A1 a battery system is known which comprises a plurality of battery cells in battery modules. Furthermore, the battery system comprises integrated circuits, which among other things perform a diagnosis of the cells of the battery modules. Furthermore, the battery system comprises a non-volatile memory in which data concerning the usage behavior of the battery modules including the maximum voltage or the maximum current of battery modules and a history of the battery modules are stored. Furthermore, such stored usage information may describe the extent of use in which certain standards have been exceeded. Also, the maximum and the minimum terminal voltage can be stored. In addition, the maximum load current and the maximum charging current can continue to be stored.

Um die Nutzung der Batterie auch im Nachhinein, das heißt beispielsweise bei einem Ausfall, nachvollziehen zu können, ist es notwendig, Betriebsparameter der Batterie in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit abzulegen. Über die Lebensdauer einer Batterie werden jedoch so viele Betriebsparameter akkumuliert, dass die Speicherkapazität schnell überschritten wird. Daher besteht ein anhaltendes Interesse daran, die Speicherung von Betriebsparametern möglichst effizient und nachhaltig zu gestalten, damit zum einen die Speicherkapazität nicht überlastet wird und zum anderen die Nutzung der Batterie über die Lebensdauer nachvollzogen werden kann.In order to understand the use of the battery in hindsight, that is, for example, in case of failure, it is necessary to store operating parameters of the battery in a non-volatile memory unit. Over the life of a battery, however, so many operating parameters are accumulated that the storage capacity is quickly exceeded. Therefore, there is a continuing interest in making the storage of operating parameters as efficient and sustainable as possible, so on the one hand, the storage capacity is not overloaded and on the other hand, the use of the battery over its lifetime can be reproduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie in einem Fahrzeug vorgeschlagen, wobei die Batterie mehrere Batteriezellen oder mehrere Gruppen von Batteriezellen umfasst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Erfassen eines zeitlichen Verlaufes eines Betriebsparameters wenigstens einer einzelnen Batteriezelle während eines Fahrzyklusses,
b) Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen im erfassten zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters,
c) Ermitteln eines Satzes von Nutzungsparametern, mit Hilfe derer die ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge rekonstruiert werden können, und
d) Speichern des ermittelten Satzes von Nutzungsparametern in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit.

According to the invention, a method for monitoring a battery in a vehicle is proposed, wherein the battery comprises a plurality of battery cells or a plurality of groups of battery cells. The method comprises the following steps:

a) detecting a time profile of an operating parameter of at least one individual battery cell during a driving cycle,
b) determining charging processes and discharging operations in the recorded time profile of the operating parameter,
c) determining a set of usage parameters by which the determined loadings and unloading operations can be reconstructed, and
d) storing the determined set of usage parameters in a non-volatile storage unit.

Nutzungsparameter bezeichnen hierbei insbesondere solche Parameter, die die Ladevorgänge und die Entladevorgänge charakterisieren. Weiterhin ist der Satz von Nutzungsparametern derart gewählt, dass ein Speicherbedarf für den Satz von Nutzungsparametern minimal ist. Zusätzlich oder alternativ soll die Rekonstruktion der ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge zumindest soweit möglich sein, dass die einzelnen Ladevorgänge und Entladevorgänge und gegebenenfalls Werte des Betriebsparameters, die außerhalb einer Spezifikation der Batteriezellen oder der Gruppe von Batteriezellen liegen, identifizierbar sind.Usage parameters in particular denote those parameters which characterize the loading processes and the unloading processes. Furthermore, the set of usage parameters is chosen such that a memory requirement for the set of usage parameters is minimal. Additionally or alternatively, the reconstruction of the ascertained charging processes and discharging processes should be at least as far as possible so that the individual charging processes and discharging processes and, if appropriate, values of the operating parameter which are outside a specification of the battery cells or the group of battery cells can be identified.

Hierbei bezeichnet ein Fahrzyklus einen Zeitraum, zwischen Starten des Fahrzeuges aus einem Ruhezustand und dem darauffolgenden erneuten Überführen des Fahrzeuges in den Ruhezustand. Ein Ruhezustand ist erreicht, wenn die Batterie für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs weder geladen noch entladen wird. So kann der Fahrzyklus Betriebsphasen des Fahrzeuges umfassen, die Ladevorgänge und Entladevorgänge der Batterie aufweisen. Here, a driving cycle refers to a period of time between starting the vehicle from a rest state and the subsequent retransmission of the vehicle in the idle state. An idle state is reached when the battery is not charged or discharged for an electric drive of the vehicle. Thus, the driving cycle may include operating phases of the vehicle having charging and discharging operations of the battery.

Das Fahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Fahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und ein Verbrennungsmotor umfasst. Dabei kann die Batterie von Hybridfahrzeugen intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen. Bei derart ausgestalteten Fahrzeugen umfasst der Fahrzyklus einen Fahrbetrieb und/oder einen Ladebetrieb als Betriebsphasen. The vehicle may be designed as a pure electric vehicle and comprise only an electric drive system. Alternatively, the vehicle may be configured as a hybrid vehicle including an electric drive system and an internal combustion engine. In this case, the battery of hybrid vehicles can be charged internally via a generator with excess energy of the engine. In addition, plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) provide the option of charging the battery via the external power grid. In such designed vehicles, the driving cycle comprises a driving operation and / or a loading operation as operating phases.

Während des Fahrzyklusses kann wenigstens ein Betriebsparameter einer einzelnen Batteriezelle oder einer Gruppe von Batteriezellen durch Sensoreinheiten erfasst werden. Solche Sensoreinheiten können als Zellüberwachungsschaltung (Cell-Supervision-Circuit) am Ausgang der Batteriezellen oder als Modulüberwachungseinheiten (Module-Supervision-Circuit) am Ausgang der Gruppen von Batteriezellen oder Batteriemodulen realisiert sein. Weiterhin können derartige Sensoreinheiten eine Spannung, einen Strom oder eine Temperatur einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule erfassen. Zum Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen wird insbesondere die Spannung erfasst. Die Spannung kann dabei die Spannung einzelner Batteriezellen, d. h. die Zellspannung, oder die Spannung einzelner Batteriemodule, d. h. die Modulspannung, betreffen.During the driving cycle, at least one operating parameter of a single battery cell or a group of battery cells can be detected by sensor units. Such sensor units can be realized as a cell supervision circuit (cell supervision circuit) at the output of the battery cells or as module monitoring units (module supervision circuit) at the output of the groups of battery cells or battery modules. Furthermore, such sensor units can detect a voltage, a current or a temperature of individual battery cells or individual battery modules. In particular, the voltage is detected to determine charging processes and discharging processes. The voltage can be the voltage of individual battery cells, d. H. the cell voltage, or the voltage of individual battery modules, d. H. the module voltage, affect.

Um den zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters zu erfassen, überwachen die Sensoreinheiten einzelne Batteriezellen oder einzelne Batteriemodule kontinuierlich und stellen die entsprechenden Daten einem Steuergerät bereit, auf dem ein Batteriemanagementsystem realisiert ist. Beispielsweise können Daten zwischen den Sensoreinheiten und dem Steuergerät über einen Bus, etwa über einen Serial Peripheral Interface Bus (SPI-Bus), ausgetauscht werden. Kontinuierlich bezeichnet hierbei, dass nach definierten Zeitintervallen oder mit einer definierten Abtastrate, beispielsweise jede Minute, Betriebsparameter von den Sensoreinheiten erfasst werden und an das Steuergerät mit dem Batteriemanagementsystem übertragen werden. Zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes des Betriebsparameters werden die erfassten Betriebsparameter insbesondere in einer flüchtigen Speichereinheit, wie einem RAM-Speicher (Random Access Memory), gespeichert. Das definierte Zeitintervall oder die definierte Abtastrate kann dabei an die Frequenz der Änderungen des Betriebsparameters angepasst sein, wobei eine untere Grenze durch die Datenübertragungsrate des Busses zwischen den Sensoreinheiten und dem Steuergerät gegeben ist. In order to detect the time profile of the operating parameter, the sensor units monitor individual battery cells or individual battery modules continuously and provide the corresponding data to a control unit on which a battery management system is implemented. For example, data may be exchanged between the sensor units and the controller via a bus, such as via a Serial Peripheral Interface Bus (SPI bus). In this case, continuous designates that after defined time intervals or with a defined sampling rate, for example every minute, operating parameters are detected by the sensor units and transmitted to the control unit with the battery management system. To record the time profile of the operating parameter, the acquired operating parameters are stored in particular in a volatile memory unit, such as a random access memory (RAM). The defined time interval or the defined sampling rate can be adapted to the frequency of the changes of the operating parameter, whereby a lower limit is given by the data transmission rate of the bus between the sensor units and the control unit.

In einer Ausführungsform werden die Ladevorgänge und Entladevorgänge mit Hilfe eines Steigungsprofils im zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters ermittelt. So ist ein Ladevorgang gegeben, wenn der zeitliche Verlauf des Betriebsparameters, insbesondere der Spannung, eine positive Steigung aufweist. Ein Entladevorgang ist gegeben, wenn der zeitliche Verlauf des Betriebsparameters, insbesondere der Spannung, eine negative Steigung aufweist. In one embodiment, the loading and unloading operations are determined by means of a pitch profile in the course of time of the operating parameter. Thus, a charging process is given if the time profile of the operating parameter, in particular the voltage, has a positive slope. An unloading process is given if the time profile of the operating parameter, in particular the voltage, has a negative slope.

Um die Lade- und Entladevorgänge im zeitlichen Verlauf zu identifizieren, können in einer weiteren Ausführungsform zunächst die Extrempunkte im zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters, insbesondere der Spannung, ermittelt werden. Anhand der Extrempunkte kann ein Anfangspunkt, ein Endpunkt und/oder eine Dauer der Ladevorgänge und Entladevorgänge ermittelt werden. Die ermittelten Extrempunkte der Ladevorgänge und Entladevorgänge können als Nutzungsparameter gespeichert werden.In order to identify the charging and discharging processes over time, in a further embodiment, first of all, the extreme points in the course of time of the operating parameter, in particular the voltage, can be determined. Based on the extreme points, a starting point, an end point and / or a duration of the loading and unloading operations can be determined. The determined extreme points of the loading processes and unloading processes can be stored as usage parameters.

In einer Ausführungsform wird zusätzlich ein erlaubtes Abweichungsfenster für den Verlauf der Ladevorgänge und Entladevorgänge vorgegeben. Dabei kann das erlaubte Abweichungsfenster in Abhängigkeit von Batteriecharakteristiken gewählt werden. So kann das erlaubt Abweichungsfenster beispielsweise in Bezug auf die Chemie einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule gewählt werden. Das erlaubte Abweichungsfenster umfasst damit Betriebsparameter, die für einzelne Batteriezellen oder Batteriemodule unkritisch sind, das heißt, die Batteriezelle oder das Batteriemodul kann mit Betriebsparametern innerhalb des Abweichungsfensters betrieben werden. Dieser unkritische Bereich für den Betriebsparameter und damit das erlaubte Abweichungsfenster können beispielsweise werkseitig unmittelbar nach Herstellung der Batteriezellen festgestellt werden, bei Implementierung des Batteriemanagementsystems festgelegt werden und/oder während der Lebensdauer der Batterie im Batteriemanagementsystem beispielsweise in Bezug die Betriebstemperatur oder Batterietemperatur angepasst werden. In one embodiment, a permitted deviation window for the course of the charging processes and discharging processes is additionally predefined. The permitted deviation window can be selected depending on battery characteristics. Thus, the allowed deviation window, for example, in relation to the chemistry of individual Battery cells or individual battery modules are selected. The allowed deviation window thus includes operating parameters that are not critical for individual battery cells or battery modules, that is, the battery cell or the battery module can be operated with operating parameters within the deviation window. This uncritical range for the operating parameter and thus the allowed deviation window can be determined, for example, immediately after production of the battery cells factory set in implementation of the battery management system and / or adjusted during the life of the battery in the battery management system, for example, in relation to the operating temperature or battery temperature.

In einer weiteren Ausführungsform werden Abweichungspunkte im zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters ermittelt, die außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters liegen. Dazu wird ermittelt, ob der Betriebsparameter zu einem gegebenen Zeitpunkt innerhalb oder außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters für diesen Zeitpunkt liegt. Liegt der Betriebsparameter für einen bestimmten Zeitpunkt außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters, werden der Zeitpunkt und der entsprechende Wert des Betriebsparameters zu diesem Zeitpunkt als Abweichungspunkt ermittelt.In a further embodiment, deviation points in the course of time of the operating parameter that are outside the permitted deviation window are determined. For this purpose, it is determined whether the operating parameter at a given time lies within or outside the permitted deviation window for this time. If the operating parameter lies outside the permitted deviation window for a specific time, the time and the corresponding value of the operating parameter are determined as the deviation point at this time.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Abweichungspunkte im zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters als Nutzungsparameter gespeichert. So werden insbesondere nur die Punkte des zeitlichen Verlaufes gespeichert, die außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters für den zeitlichen Verlauf des Ladevorganges oder Entladevorganges liegen. In a particularly preferred embodiment, the deviation points are stored as usage parameters in the course of time of the operating parameter. Thus, in particular, only the points of the time course are stored, which lie outside the permitted deviation window for the time course of the charging or discharging process.

In einer weiteren Ausführungsform wird in einem zusätzlichen Schritt aus den gespeicherten Nutzungsparametern ein zeitlicher Verlauf des Betriebsparameters, insbesondere der Spannung, rekonstruiert. Die Rekonstruktion kann nach jedem Fahrzyklus und/oder am Ende der Lebensdauer der Batterie erfolgen. In a further embodiment, a time profile of the operating parameter, in particular the voltage, is reconstructed in an additional step from the stored usage parameters. The reconstruction can be done after each drive cycle and / or at the end of the life of the battery.

In einer weiteren Ausführungsform wird der rekonstruierte Verlauf des Betriebsparameters in Bezug auf ein Nutzungsverhalten ausgewertet. So kann zum Beispiel ein Missbrauch der Batterie ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können Defekte einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule ermittelt werden.In a further embodiment, the reconstructed course of the operating parameter is evaluated in relation to a usage behavior. Thus, for example, a misuse of the battery can be determined. Additionally or alternatively, defects of individual battery cells or individual battery modules can be determined.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Software-Modul, eine Software-Routine oder eine Software-Subroutine zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems auf einem Steuergerät eines Fahrzeuges handeln. Das Computerprogramm kann auf 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, einer Blu-ray Disk, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielsweise über ein Datennetzwerkzeug, wie das Internet oder einer Kommunikationsverbindung, wie eine Telefonleitung oder eine Drahtlosverbindung. According to the invention, 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 can be, for example, a software module, a software routine or a software subroutine for implementing a battery management system on a control unit of a vehicle. The computer program can be stored on a machine-readable storage medium, for example on a permanent or rewritable storage medium or in association with a computer device, for example on a portable storage device such as a CD-ROM, a DVD, a Blu-ray Disc, a USB stick or a memory card. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device such as a server or a cloud server, for example via a data networking tool such as the Internet or a communication link such as a telephone line or a wireless link.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriesystem zum Überwachen einer Batterie eines Fahrzeuges mit mehreren Batteriezellen vorgeschlagen, wobei die Batterie mehrere Batteriezellen oder mehrere Gruppen von Batteriezellen umfasst. Das Batteriesystem umfasst dabei folgende Komponenten:

a. eine Sensoreinheit zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufes eines Betriebsparameters wenigstens einer einzelnen Batteriezelle während eines Fahrzyklusses,
b. eine Einheit zum Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen im erfassten zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters,
c. eine Einheit zum Ermitteln eines Satzes von Nutzungsparametern, mit Hilfe derer die ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge rekonstruiert werden können, und
d. eine nicht-flüchtige Speichereinheit zum Speichern des ermittelten Satzes von Nutzungsparametern.

The invention also proposes a battery system for monitoring a battery of a vehicle having a plurality of battery cells, the battery comprising a plurality of battery cells or a plurality of groups of battery cells. The battery system comprises the following components:

a. a sensor unit for detecting a time profile of an operating parameter of at least one individual battery cell during a driving cycle,
b. a unit for determining charging processes and discharging operations in the recorded time profile of the operating parameter,
c. a unit for determining a set of usage parameters by means of which the ascertained loads and unloads can be reconstructed, and
d. a non-volatile memory unit for storing the determined set of usage parameters.

Bevorzugt ist das Batteriesystem zum Durchführen der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Merkmale entsprechend für das Batteriesystem, und umgekehrt die im Rahmen des Batteriesystems beschriebenen Merkmale entsprechend für das Verfahren. Die Batterie des Batteriesystems kann als Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metall-Hybridbatterie ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Batteriesystem mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeuges verbindbar sein. Preferably, the battery system is designed and / or set up to carry out the methods described herein. Accordingly, features described in the context of the method correspondingly apply to the battery system, and vice versa, the features described in the context of the battery system accordingly for the method. The battery of the battery system may be configured as a lithium-ion battery or nickel-metal hybrid battery. Furthermore, the battery system can be connectable to a drive train of a vehicle.

Die Komponenten des Batteriesystems sind als funktionale Einheiten zu sehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Komponenten des Batteriesystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software auf einem Steuergerät implementiert sind. Weiterhin können die Funktionen der Komponenten auch in Hardware beispielsweise durch Sensoreinheiten oder Speichereinheiten realisiert sein. Bevorzugt sind insbesondere die Komponenten b. und c. des Batteriesystems softwaretechnisch im Batteriemanagementsystem auf einem Steuergerät implementiert. The components of the battery system are to be seen as functional units that are not necessarily physically separated from each other. This allows multiple components of the battery system in a single physical unit be realized, such as when multiple functions are implemented in software on a control unit. Furthermore, the functions of the components can also be implemented in hardware, for example by sensor units or memory units. In particular, the components b are preferred. and c. of the battery system implemented by software in the battery management system on a control unit.

In einer Ausführungsform umfasst die Komponente c. zusätzlich eine Komponente zum Ermitteln von Abweichungspunkten im zeitlichen Verlauf des Betriebsparameters. Im Falle von Abweichungen können Abweichungspunkte in der Speichereinheit als Nutzungsparameter gespeichert werden. Die Speichereinheit zum Speichern der Nutzungsdaten ist eine nicht-flüchtige Speichereinheit, beispielsweise ein EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory) des Steuergeräts. Der erfasste zeitliche Verlauf wird vorzugsweise in einer flüchtigen Speichereinheit, beispielsweise einem RAM-Speicher (Random Access Memory) des Steuergeräts, gespeichert. In one embodiment, component c. In addition, a component for determining deviation points in the time course of the operating parameter. In the case of deviations, deviation points can be stored in the storage unit as usage parameters. The storage unit for storing the usage data is a non-volatile storage unit, for example an EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory) of the control unit. The detected time profile is preferably stored in a volatile memory unit, for example a RAM (Random Access Memory) of the control unit.

Erfindungsgemäß wird zudem ein Fahrzeug mit dem hierin beschriebenen Batteriesystem vorgeschlagen. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wie ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, das zumindest teilweise durch elektrische Energie einer Batterie mit mehreren Batteriezellen angetrieben wird. Dazu ist das Batteriesystem insbesondere mit dem Antriebssystem des Fahrzeuges verbunden.According to the invention, a vehicle with the battery system described herein is also proposed. Preferably, the vehicle is an electrically driven vehicle, such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, which is at least partially driven by electrical energy of a battery having a plurality of battery cells. For this purpose, the battery system is connected in particular to the drive system of the vehicle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht es, die Nutzungsparameter der Batterie über die Lebensdauer effizient abzuspeichern. Durch das Abspeichern von charakteristischem Verhalten der Batterie mit Hilfe der Nutzungsparameter statt kompletter Zeitverläufe, lassen sich zahlreiche Lade- und Entladevorgänge der Batterie über ihre Lebensdauer speichern. So können nur die aussagekräftigen Werte in Form von Nutzungsparametern gespeichert werden und die begrenzte Speicherkapazität von nicht-flüchtigen Speichern stellt keine Beschränkung mehr dar. Weiterhin ist es möglich, anhand der Nutzungsparameter die Nutzung der Batterie zu rekonstruieren und insbesondere im Fall von Gewährleistungsansprüchen oder für Langzeitstudien Nutzungsparameter auszulesen und auszuwerten. The invention makes it possible to store the usage parameters of the battery efficiently over the lifetime. By storing characteristic behavior of the battery using the usage parameters rather than complete time histories, numerous charging and discharging operations of the battery can be stored over their lifetime. Thus, only the meaningful values in the form of usage parameters can be stored and the limited storage capacity of non-volatile storage is no longer limiting. Furthermore, it is possible to reconstruct the use of the battery based on the usage parameters and in particular in the case of warranty claims or for long-term studies Read and evaluate usage parameters.

Insgesamt bietet die Erfindung somit eine Möglichkeit, ausführliche Informationen über die Nutzung der Batterie während der gesamten Lebensdauer bereitzustellen. Dabei wird durch die effiziente Speicherung von Nutzungsparametern der Speicherbedarf in der nicht-flüchtigen Speichereinheit des Steuergeräts gering. Denn es werden nur charakteristische Werte in Form von Nutzungsparametern gespeichert, die für den zeitlichen Verlauf aussagekräftig sind. Zusätzlich kann die Genauigkeit der charakteristischen Verläufe durch Berücksichtigung von Abweichungen erhöht werden. Overall, the invention thus provides a way to provide detailed information about the use of the battery throughout its lifetime. In this case, the storage requirement in the non-volatile storage unit of the controller is low due to the efficient storage of usage parameters. Because only characteristic values are saved in the form of usage parameters, which are meaningful for the time course. In addition, the accuracy of the characteristic curves can be increased by taking deviations into account.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

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

2A und 2B einen beispielhaften zeitlichen Verlauf einer Zellspannung während eines Fahrzyklusses, 2A and 2 B an exemplary time course of a cell voltage during a driving cycle,

3A und 3B einen charakteristischen Verlauf für einen Entladevorgang und für einen Ladevorgang, 3A and 3B a characteristic course for a discharging process and for a charging process,

4 eine Überlagerung des zeitlichen Verlaufes der Zellspannung aus 2A, 2B mit dem charakteristischen Verlauf aus 3A, 3B, 4 a superposition of the time course of the cell voltage 2A . 2 B with the characteristic course 3A . 3B .

5A und 5B eine Detailansicht eines zeitlichen Verlaufes der Zellspannung beim Laden mit und ohne erlaubtes Abweichungsfenster, 5A and 5B a detailed view of a time course of the cell voltage when charging with and without allowed deviation window,

6 eine weitere Detailansicht des zeitlichen Verlaufes der Zellspannung beim Entladen mit erlaubtem Abweichungsfenster und markierten Abweichungen, 6 a further detailed view of the time course of the cell voltage during discharge with allowed deviation window and marked deviations,

7A eine graphische Darstellung zum Ermitteln der Nutzungsparameter eines 7B und 7C zeitlichen Verlaufes der Zellspannung, 7A a graphical representation for determining the usage parameters of a 7B and 7C time course of the cell voltage,

8 eine Darstellung der Nutzungsdaten ermittelt aus dem zeitlichen Verlauf der Zellspannung gemäß 7, und 8th a representation of the usage data determined from the time course of the cell voltage according to 7 , and

9 ein Beispiel eines Entladevorganges gemessen in einem Elektrofahrzeug mit den Nutzungsparametern und dem erlaubten Abweichungsfenster. 9 an example of a discharge process measured in an electric vehicle with the usage parameters and the allowed deviation window.

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

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12. 1 shows an at least partially electrically powered vehicle 10 with a battery system 12 ,

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

Die Batterie 16 umfasst mehrere Batteriezellen 19 oder Akkumulatorzellen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt. Die Batteriezellen 19 sind in Gruppen zu Batteriemodulen 20 zusammengefasst. Um einzelne Batteriezellen 19 oder Batteriemodule 20 zu überwachen, sind diese mit Zellüberwachungseinheiten 22 oder Modulüberwachungseinheiten 23 als Sensoreinheiten 22, 23 ausgestattet, die Betriebsparameter, wie eine Spannung, einen Strom oder eine Temperatur, einzelner Batteriezellen 19 oder einzelner Batteriemodule 20 erfassen und die erfassten Betriebsparameter dem Batteriemanagementsystem 18 bereitstellen. Beispielsweise können die Betriebsparameter über ein Bus 24, wie einem Serial Peripheral Interface Bus (kurz SPI Bus), von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder Modulüberwachungseinheiten 23 an das Batteriemanagementsystem 18 übertragen werden. Die Betriebsparameter werden kontinuierlich mit einer definierten Abtastrate von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder den Modulüberwachungseinheiten 23 erfasst und an das Batteriemanagementsystem 18 übermittelt, so dass dem Batteriemanagementsystem 18 ein zeitlicher Verlauf 38 der Betriebsparameter bereitgestellt wird. Der zeitliche Verlauf 38 wird im Zusammenhang mit 2 näher beschrieben.The battery 16 includes several battery cells 19 or accumulator cells, for example lithium-ion cells with a voltage range of 2 , 8 to 4 , 2 volts. The battery cells 19 are in groups to battery modules 20 summarized. To individual battery cells 19 or battery modules 20 These are with cell monitoring units 22 or module monitoring units 23 as sensor units 22 . 23 equipped, the operating parameters, such as a voltage, a current or a temperature, individual battery cells 19 or individual battery modules 20 capture and the captured operating parameters to the battery management system 18 provide. For example, the operating parameters over a bus 24 , such as a Serial Peripheral Interface Bus (SPI Bus for short), from the cell monitoring units 22 or module monitoring units 23 to the battery management system 18 be transmitted. The operating parameters are continuously set at a defined sampling rate by the cell monitoring units 22 or the module monitoring units 23 and to the battery management system 18 transmitted so that the battery management system 18 a time course 38 the operating parameter is provided. The time course 38 is related to 2 described in more detail.

Das Batteriemanagementsystem 18 implementiert Funktionen zum Steuern und Überwachen der Batterie 16. So weist das Batteriemanagementsystem 18 eine Einheit 26 zum Empfangen der Betriebsparameter auf, die von den Zellüberwachungseinheiten 22 oder den Modulüberwachungseinheiten 23 erfasst werden. Die Einheit 26 zum Empfangen der Betriebsparameter weist einen flüchtigen Speicher, wie einen RAM-Speicher, auf, in dem die erfassten Betriebsparameter für unterschiedliche Zeitpunkte vorübergehend gespeichert werden. Dabei bilden die kontinuierlich zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassten und empfangenen Betriebsparameter den zeitlichen Verlauf 38 des Betriebsparameter, der einer Einheit 28 zum Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen bereitgestellt wird. Die ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge werden weiter einer Einheit 30 zum Ermitteln von Nutzungsparametern 40, 48, die den zeitlichen Verlauf 38 der ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge charakterisieren, bereitgestellt. Auch die Nutzungsparameter 40, 48 werden im Zusammenhang mit den folgenden 2 bis 9 näher beschrieben. Anschließend werden die ermittelten Nutzungsparameter 40, 48 in einer Speichereinheit 32 gespeichert. Zum Rekonstruieren der zeitlichen Verläufe 38 können die Nutzungsparameter 40, 48 über eine Schnittstelle 34 aus der Speichereinheit 32 ausgelesen werden.The battery management system 18 implements functions to control and monitor the battery 16 , This is the way the battery management system points 18 one unity 26 for receiving the operating parameters provided by the cell monitoring units 22 or the module monitoring units 23 be recorded. The unit 26 for receiving the operating parameters comprises a volatile memory, such as a RAM, in which the detected operating parameters for different times are temporarily stored. The operating parameters recorded and received continuously at different times form the time profile 38 the operating parameter of a unit 28 is provided for determining loads and unloads. The ascertained charging processes and discharging processes continue to become one unit 30 for determining usage parameters 40 . 48 that the time course 38 characterized chargings and unloading provided. Also the usage parameters 40 . 48 be related to the following 2 to 9 described in more detail. Subsequently, the determined usage parameters become 40 . 48 in a storage unit 32 saved. To reconstruct the temporal processes 38 can the usage parameters 40 . 48 via an interface 34 from the storage unit 32 be read out.

Das Verfahren zum Ermitteln von Ladevorgängen und Entladevorgängen und zum Ermitteln von Nutzungsparametern 40, 48, die den zeitlichen Verlauf 38 der ermittelten Ladevorgänge und Entladevorgänge charakterisieren, wird im folgenden am Beispiel eines gemessenen zeitlichen Verlaufes 38 für eine Zellspannung U näher beschrieben.The method of determining loads and unloads and determining usage parameters 40 . 48 that the time course 38 The characterization of the ascertained loading processes and unloading processes will be described below using the example of a measured time course 38 for a cell voltage U described in more detail.

2A und 2B zeigen einen beispielhaften zeitlichen Verlauf 38 einer Zellspannung U während eines Fahrzyklusses FZ. 2A and 2 B show an exemplary time course 38 a cell voltage U during a driving cycle FZ.

In 2A ist der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U in Volt (V) gegen die Zeit t in Minuten (min) für eine Lithium-Ionen-Zelle als Batteriezelle 19 aufgetragen. Der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U schwankt dabei zwischen etwa 2,5 und 4,5 V. So nimmt die Zellspannung U in einem ersten Zeitintervall E1 ab und nimmt in einem darauffolgenden zweiten Zeitintervall L2 zu. Dies wiederholt sich in einem dritten Zeitintervall E3, in dem die Zellspannung U abnimmt. In einem vierten Zeitintervall L4 nimmt die Zellspannung wieder zu. Der Fahrzyklus FZ ist damit in unterschiedliche Zeitintervalle E1, L2, E3, L4 aufgeteilt, die jeweils einen Fahrbetrieb oder einen Ladebetrieb und damit einen Entladevorgang im entsprechenden Zeitintervall E1, E3 oder einen Ladevorgang im entsprechenden Zeitintervall L2, L4 kennzeichnen.In 2A is the time course 38 the cell voltage U in volts (V) versus the time t in minutes (min) for a lithium-ion cell as a battery cell 19 applied. The time course 38 the cell voltage U fluctuates between about 2 , 5 and 4 , 5 V. Thus, the cell voltage U decreases in a first time interval E1 and increases in a subsequent second time interval L2. This is repeated in a third time interval E3 in which the cell voltage U decreases. In a fourth time interval L4, the cell voltage increases again. The driving cycle FZ is thus divided into different time intervals E1, L2, E3, L4, which respectively characterize a driving operation or a charging operation and thus a discharging process in the corresponding time interval E1, E3 or a charging process in the corresponding time interval L2, L4.

In 2B sind Extrempunkte 40 angedeutet, die die einzelnen Zeitintervallen E1, L2, E3, L4 begrenzen. Dabei bezeichnet der Extrempunkt 40 den Punkt, in dem der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U das Vorzeichen seiner Steigung verändert. Dementsprechend ergeben sich im beispielhaft gezeigten zeitlichen Verlauf 38 der Zellspannung U für den dargestellten Fahrzyklus FZ insgesamt fünf Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5. Diese Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 kennzeichnen damit den Übergang von einem Entladevorgang zu einem Ladevorgang beziehungsweise von einem Entladevorgang zu einen Ladevorgang und begrenzen die einzelnen Zeitintervalle E1, L2, E3, L4. Die Extrempunkte 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 charakterisieren also die Art des Vorganges, je nach Steigung des zeitlichen Verlaufes 38 zwischen den Extrempunkten 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 also Ladevorgang oder Entladevorgang. Aus den Extrempunkten 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 können weiterhin die Dauer, der Anfangspunkt und der Endpunkt der Entladevorgänge und Ladevorgänge ermittelt werden. Die Extrempunkte 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 werden als Nutzungsparameter 40 gespeichert.In 2 B are extreme points 40 indicated that limit the individual time intervals E1, L2, E3, L4. This is the extreme point 40 the point where the time course 38 the cell voltage U changes the sign of its slope. Accordingly, the time profile shown by way of example results 38 the cell voltage U for the illustrated driving cycle FZ a total of five extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 , These extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 thus characterize the transition from a discharging process to a charging process or from a discharging process to a charging process and limit the individual time intervals E1, L2, E3, L4. The extreme points 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 So characterize the nature of the process, depending on the slope of the time course 38 between the extreme points 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 ie charging or discharging. From the extreme points 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 It is also possible to determine the duration, the starting point and the end point of the unloading and loading processes. The extreme points 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 are used as usage parameters 40 saved.

3A und 3B zeigen einen charakteristischen Verlauf 42 für einen beispielhaften Entladevorgang E1 und für einen beispielhaften Ladevorgang L2 aus 1. 3A and 3B show a characteristic course 42 for an exemplary discharge process E1 and for an exemplary charging process L2 1 ,

Der charakteristische Verlauf 42 für den Entladevorgang im ersten Zeitintervall E1 der 1 ist in 3A gezeigt, wobei ebenfalls die Zellspannung U gegen die Zeit t aufgetragen ist. Dabei sind die Extrempunkte 40.1, 40.2, die das erste Zeitintervall E1 begrenzen, aufgetragen und durch eine Gerade 44, 44.1 miteinander verbunden. Hier weist der charakteristische Verlauf 42 der Zellspannung U eine negative Steigung auf und nimmt dementsprechend im gezeigten Zeitintervall E1 ab, was kennzeichnend für den Entladevorgang im ersten Zeitintervall E1 ist. Das heißt, der Ladungszustand der Batteriezelle 19 nimmt im ersten Zeitintervall E1 ab. Die Batteriezelle 19 wird also entladen. Aus dem charakteristischen Verlauf 42 der 3A können die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2 als Anfangspunkt und Endpunkt des Entladevorganges im ersten Zeitintervall E1 ermittelt werden. Die Dauer des Entladevorganges im ersten Zeitintervall E1 kann aus der zeitlichen Differenz der Extrempunkte 40.1, 40.2 ermittelt werden. Die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2 werden als Nutzungsparameter 40 gespeichert.The characteristic course 42 for the discharge process in the first time interval E1 of 1 is in 3A shown, wherein also the cell voltage U is plotted against the time t. These are the extreme points 40.1 . 40.2 , which limit the first time interval E1, plotted and by a straight line 44 . 44.1 connected with each other. Here shows the characteristic course 42 the cell voltage U a negative slope and decreases accordingly in the time interval shown E1, which is indicative of the discharge process in the first time interval E1. That is, the state of charge of the battery cell 19 decreases in the first time interval E1. The battery cell 19 will be unloaded. From the characteristic course 42 of the 3A can the extreme points 40 . 40.1 . 40.2 be determined as the starting point and end point of the discharge process in the first time interval E1. The duration of the discharge process in the first time interval E1 can be calculated from the time difference between the extreme points 40.1 . 40.2 be determined. The extreme points 40 . 40.1 . 40.2 are used as usage parameters 40 saved.

Analog zeigt 3B den charakteristischen Verlauf 42 im zweiten Zeitintervall L2 für den Ladevorgang, wobei ebenfalls die Zellspannung U gegen die Zeit t aufgetragen ist. Dabei sind die Extrempunkte 40, 40.2, 40.3, die das zweite Zeitintervall L2 begrenzen, aufgetragen und durch eine Gerade 44, 44.2 miteinander verbunden. Hier weist der charakteristische Verlauf 42 der Zellspannung U eine positive Steigung auf und nimmt dementsprechend im gezeigten zweiten Zeitintervall L2 zu. Das heißt, der Ladungszustand der Batteriezelle 19 nimmt zu. Die Batteriezelle 19 wird also geladen. Aus dem charakteristischen Verlauf 42 der 3B können die Extrempunkte 40, 40.2, 40.3 als Anfangspunkt und Endpunkt des Ladevorganges im zweiten Zeitintervall L2 ermittelt werden. Die Dauer des Ladevorganges im zweiten Zeitintervall L2 kann aus der zeitlichen Differenz der Extrempunkte 40.2, 40.3 ermittelt werden. Die Extrempunkte 40, 40.2, 40.3 werden als Nutzungsparameter 40 gespeichert.Analog shows 3B the characteristic course 42 in the second time interval L2 for the charging process, wherein also the cell voltage U is plotted against the time t. These are the extreme points 40 . 40.2 . 40.3 , which limit the second time interval L2, plotted and by a straight line 44 . 44.2 connected with each other. Here shows the characteristic course 42 the cell voltage U a positive slope and increases accordingly in the second time interval L2 shown. That is, the state of charge of the battery cell 19 is increasing. The battery cell 19 will be loaded. From the characteristic course 42 of the 3B can the extreme points 40 . 40.2 . 40.3 be determined as the starting point and end point of the charging process in the second time interval L2. The duration of the charging process in the second time interval L2 can be calculated from the time difference between the extreme points 40.2 . 40.3 be determined. The extreme points 40 . 40.2 . 40.3 are used as usage parameters 40 saved.

4 zeigt eine Überlagerung des zeitlichen Verlaufes 38 der Zellspannung aus 1 mit dem charakteristischen Verlauf 42 für die einzelnen Zeitintervalle E1, L2, E3, L4. Neben dem teilweise dargestellten charakteristischen Verlauf 42 der 3A und 3B für das erste und zweite Zeitintervall E1, L2 ist in 4 der charakteristische Verlauf 42 auch für das dritte und vierte Zeitintervall E3, L4 mit Hilfe der Geraden 44, 44.2, 44.3 dargestellt. Diese werden analog aus den Extrempunkten 40, 40.3, 40.4, 40.5 ermittelt, die das dritte oder vierte Intervall E3, L4 begrenzen. So können der Anfangspunkt und Endpunkt des Entladevorganges im dritten Zeitintervall E3 aus den Extrempunkten 40, 40.3, 40.4 ermittelt werden. Die Dauer des Entladevorganges im dritten Zeitintervall E3 kann aus der zeitlichen Differenz der Extrempunkte 40, 40.3, 40.4 ermittelt werden. Analog kann der Anfangspunkt, der Endpunkt und die Dauer aus den Extrempunkten 40, 40.4, 40.5 des Ladevorganges im vierten Zeitintervall L4 ermittelt werden. Die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 werden als Nutzungsparameter 40 in der nicht-flüchtigen Speichereinheit 32 gespeichert. 4 shows a superposition of the temporal course 38 the cell voltage 1 with the characteristic course 42 for the individual time intervals E1, L2, E3, L4. In addition to the partially illustrated characteristic course 42 of the 3A and 3B for the first and second time intervals E1, L2 is in 4 the characteristic course 42 also for the third and fourth time interval E3, L4 with the aid of the straight line 44 . 44.2 . 44.3 shown. These are analogous from the extreme points 40 . 40.3 . 40.4 . 40.5 determined that limit the third or fourth interval E3, L4. Thus, the starting point and end point of the discharging process in the third time interval E3 from the extreme points 40 . 40.3 . 40.4 be determined. The duration of the discharge process in the third time interval E3 can be calculated from the time difference of the extreme points 40 . 40.3 . 40.4 be determined. Analogously, the starting point, the end point and the duration of the extreme points 40 . 40.4 . 40.5 the charging process in the fourth time interval L4 are determined. The extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 are used as usage parameters 40 in the non-volatile memory unit 32 saved.

5A und 5B zeigen Detailansichten eines zeitlichen Verlaufes 38 der Zellspannung U im Ladevorgang des Zeitintervalls L2 mit und ohne erlaubtes Abweichungsfenster 46. 5A and 5B show detailed views of a time course 38 the cell voltage U in the charging process of the time interval L2 with and without allowed deviation window 46 ,

Nachdem der charakteristische Verlauf 42 für den zeitlichen Verlauf 38 ermittelt wurde und damit Anfangspunkt, Endpunkt und Dauer der beispielhaft gezeigten Lade- und Entladevorgänge feststehen, ergibt sich das in 5A gezeigte Bild am Beispiel des Ladevorganges im zweiten Zeitintervall L2. After the characteristic course 42 for the time course 38 was determined and thus the starting point, end point and duration of the loading and unloading processes shown by way of example are fixed, this results in 5A Image shown using the example of the charging process in the second time interval L2.

In 5B ist zusätzlich das erlaubte Abweichungsfenster 46 gezeigt. Das erlaubte Abweichungsfenster wird in Bezug auf die Chemie einzelner Batteriezellen oder einzelner Batteriemodule gewählt. Dabei kennzeichnet das erlaubte Abweichungsfenster 46 solche Zellspannungen U, die eine unkritische Abweichung von der Geraden 44, 44.2, 44.3 darstellen, das heißt, dass die Batteriezellen ohne Beschädigung bei Zellspannungen U im erlaubten Abweichungsfenster 46 betrieben werden können. Das heißt Zellspannungen U, die innerhalb des erlaubten Abweichungsfensters 46 liegen, sind für den Betrieb der Batteriezelle 19 unkritisch. Dieser unkritische Bereich für die Zellspannungen U und damit das erlaubte Abweichungsfenster 46 können beispielsweise werkseitig unmittelbar nach Herstellung der Batteriezelle 19 durch Tests festgestellt werden, bei Implementierung des Batteriemanagementsystems 18 und/oder während der Lebensdauer der Batterie 16 im Batteriemanagementsystem 18 angepasst werden. Beispielsweise kann das erlaubte Abweichungsfenster 46 in Bezug die Betriebstemperatur oder Batterietemperatur angepasst werden. In 5B is additionally the permitted deviation window 46 shown. The allowed deviation window is chosen in relation to the chemistry of individual battery cells or individual battery modules. The permitted deviation window characterizes this 46 such cell voltages U, which is an uncritical deviation from the line 44 . 44.2 . 44.3 represent, that is, the battery cells without damage at cell voltages U in the allowed deviation window 46 can be operated. That is cell voltages U, which are within the allowed deviation window 46 lie, are for the operation of the battery cell 19 critical. This uncritical range for the cell voltages U and thus the allowed deviation window 46 can, for example, factory immediately after production of the battery cell 19 be detected by testing when implementing the battery management system 18 and / or during the life of the battery 16 in the battery management system 18 be adjusted. For example, the allowed deviation window 46 be adjusted in relation to the operating temperature or battery temperature.

6 zeigt eine weitere Detailansicht eines zeitlichen Verlaufes 38 der Zellspannung U im Entladevorgang E3 mit dem erlaubten Abweichungsfenster 46 und Abweichungspunkten 48. 6 shows a further detailed view of a time course 38 the cell voltage U in the discharge process E3 with the allowed deviation window 46 and deviation points 48 ,

Der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U gemäß 6 weist Zellspannungen U auf, die außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters 46 liegen. Um diese zu identifizieren, wird der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U mit dem erlaubten Abweichungsfenster 46 verglichen, das relativ zu der Geraden 44, 44.1, 44.3, die durch die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 bestimmt ist, durch einen Offset definiert ist. So werden Abweichungspunkte 48 ermittelt, die solche Zellspannungen U kennzeichnen, die außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters 46 liegen. Diese Abweichungspunkte 48 werden neben den Extrempunkten 40, 40.3, 40.4 des Entladevorganges im dritten Zeitintervall E3 ebenfalls als Nutzungsparameter 40, 48 in der nicht-flüchtigen Speichereinheit 32 gespeichert. The time course 38 the cell voltage U according to 6 has cell voltages U outside the allowed deviation window 46 lie. To identify them, the time course is 38 the cell voltage U with the allowed deviation window 46 compared, relative to the line 44 . 44.1 . 44.3 passing through the extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 is determined by an offset is defined. These become points of departure 48 determined that identify such cell voltages U, outside the allowed deviation window 46 lie. These deviation points 48 be next to the extreme points 40 . 40.3 . 40.4 the unloading process in the third time interval E3 also as a usage parameter 40 . 48 in the non-volatile memory unit 32 saved.

7A, 7B und 7C zeigen eine graphische Übersicht zum Ermitteln der Nutzungsparameter 40, 48 eines zeitlichen Verlaufes 38 der Zellspannung U. 7A . 7B and 7C show a graphical overview for determining the usage parameters 40 . 48 a temporal course 38 the cell voltage U.

In 7A, 7B und 7C sind die anhand von 3A, 3B, 5A, 5B und 6 beschriebenen Schritte für einzelne Entladevorgänge oder Ladevorgänge nochmals zusammengefasst für den zeitlichen Verlauf 38 im Fahrzyklus FZ der 2A mit mehreren Entlade- und Ladevorgängen in den einzelnen Zeitintervallen E1, L2, E3, L4 gezeigt. Dabei entspricht 7A der 2A. So werden in einem ersten Schritt die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 ermittelt. Daraus ergeben sich die Anfangspunkte, die Endpunkte und die Dauer der Lade- und Entladevorgänge in den einzelnen Zeitintervallen E1, L2, E3, L4, wie in 7B gezeigt. Dann wird der zeitliche Verlauf 38 mit einem erlaubten Abweichungsfenster 46 verglichen und solche Punkte, die außerhalb des erlaubten Abweichungsfensters 46 liegen, als Abweichungspunkte 48 markiert, wie in 7C gezeigt. In der nicht-flüchtigen Speichereinheit 32 können dann statt des kompletten zeitlichen Verlaufes 38 mit allen Details lediglich die Extrempunkte 40, 40.1, 40.2, 40.3, 40.4, 40.5 und die Abweichungspunkte 48 als Nutzungsparameter 40, 48 abgelegt. Die Daten des zeitlichen Verlaufes 38, die in der Speichereinheit 32 gespeichert werden, sind zusammenfassend nochmals in 8 gezeigt.In 7A . 7B and 7C are the ones based on 3A . 3B . 5A . 5B and 6 The steps described for individual unloading processes or loading processes are summarized again for the time course 38 in driving cycle FZ the 2A shown with several discharging and charging in the individual time intervals E1, L2, E3, L4. It corresponds 7A of the 2A , So in a first step, the extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 determined. This results in the starting points, the end points and the duration of the loading and unloading operations in the individual time intervals E1, L2, E3, L4, as in 7B shown. Then the time course 38 with a permitted deviation window 46 and those points that are outside the allowed deviation window 46 lie, as deviation points 48 marked as in 7C shown. In the non-volatile storage unit 32 can then instead of the complete time course 38 with all details only the extreme points 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 . 40.4 . 40.5 and the deviation points 48 as usage parameter 40 . 48 stored. The data of the time course 38 in the storage unit 32 are summarized again in 8th shown.

9 zeigt ein Beispiel eines Entladevorganges gemessen in einem Fahrzeug 10 während eines Zeitintervalls E mit den Nutzungsparametern 40, 48 und dem erlaubten Abweichungsfenster 46. 9 shows an example of a discharge process measured in a vehicle 10 during a time interval E with the usage parameters 40 . 48 and the allowed deviation window 46 ,

Der zeitliche Verlauf 38 der Zellspannung U in 9 entspricht einem tatsächlich gemessenen Verlauf, wie er für eine Lithium-Ionen-Zelle mit Spannungen zwischen etwa 3,5 und 3,8 V im Fahrzeug 10 aufgezeichnet wurde. Hierbei ist ein Entladevorgang gezeigt, für den die Extrempunkte 40, 40.6, 40.7 ermittelt werden, die den Anfangs- und Endpunkt des Entladevorganges kennzeichnen. Aus der zeitlichen Differenz der Extrempunkte 40, 40.6, 40.7 ergibt sich die Dauer des Entladevorganges E. Aus dem Vergleich mit dem erlaubten Abweichungsfenster 46 ergeben sich die Abweichungspunkte 48. Die Extrempunkte 40, 40.6, 40.7 und die Abweichungspunkte 48 werden in der nicht-flüchtigen Speichereinheit 32 als Nutzungsdaten 40, 48 gespeichert.The time course 38 the cell voltage U in 9 corresponds to an actual measured course, as for a lithium-ion cell with voltages between about 3.5 and 3.8 V in the vehicle 10 was recorded. Here, a discharge is shown, for the extreme points 40 . 40.6 . 40.7 are determined, which mark the start and end point of the unloading process. From the temporal difference of the extreme points 40 . 40.6 . 40.7 results in the duration of the discharge process E. From the comparison with the allowed deviation window 46 the deviation points result 48 , The extreme points 40 . 40.6 . 40.7 and the deviation points 48 be in the non-volatile storage unit 32 as usage data 40 . 48 saved.

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.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2503665 A1 [0003]
DE 102008041103 A1 [0006]
EP 2485293 A1 [0007]

Claims

Method for monitoring a battery ( 16 ) in a vehicle ( 10 ), whereby the battery ( 16 ) several battery cells ( 19 ) or several groups ( 20 ) of battery cells ( 19 ), comprising the following steps: a) recording a time course ( 38 ) an operating parameter of at least one individual battery cell ( 19 ) during a driving cycle (FZ), b) determining charging processes and discharging operations in the recorded time course ( 38 ) of the operating parameter, c) determining a set of usage parameters ( 40 . 48 ), with the aid of which the ascertained loading processes and unloading processes can be reconstructed, and d) storing the determined set of usage parameters ( 40 . 48 ) in a non-volatile memory unit ( 32 ).

Method according to claim 1, wherein the loading processes and unloading operations are carried out with the aid of a gradient profile over time ( 38 ) of the operating parameter.

Method according to claim 1 or 2, wherein extreme points ( 40 . 40.1 ... 40.7 ) over time ( 38 ) of the operating parameter and as usage parameter ( 40 . 48 ) get saved.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein in addition a permitted deviation window ( 46 ) for the time course ( 38 ) of the loading and unloading operations is specified.

Method according to claim 4, wherein deviation points ( 48 ) over time ( 38 ) of the operating parameter that are outside the permitted deviation window ( 46 ) lie.

Method according to claim 5, wherein the deviation points ( 48 ) over time ( 38 ) of the operating parameter as usage parameter ( 40 . 48 ) get saved. Method according to one of claims 1 to 6, wherein in an additional step from the stored usage parameters ( 40 . 48 ) the time course ( 38 ) of the operating parameter is reconstructed.

Method according to claim 7, wherein the reconstructed time course with respect to use of the battery ( 16 ) is evaluated in at least one past driving cycle (FZ).

A computer program performing a method according to any one of claims 1 to 8 when the computer program is executed on a programmable computer device.

Battery system ( 12 ) for monitoring a battery ( 16 ) of a vehicle ( 10 ), whereby the battery ( 16 ) several battery cells ( 19 ) or groups ( 20 ) of battery cells ( 19 ) comprising the following components: a) a sensor unit ( 22 . 23 ) for recording a time course ( 38 ) an operating parameter of at least one individual battery cell ( 19 ) during a driving cycle (FZ), b) a unit ( 28 ) for determining charging processes and discharges in the recorded time course ( 38 ) of the operating parameter, c) a unit ( 30 ) for determining a set of usage parameters ( 40 . 48 ), with the aid of which the ascertained loading operations and unloading processes can be reconstructed, and d) a non-volatile storage unit ( 32 ) Storing the determined set of usage parameters ( 40 . 48 ).

Vehicle ( 10 ) with a battery system ( 12 ) according to claim 10.