CN115453385A - 探测电池的电池单体故障状态的方法、探测装置和机动车 - Google Patents

探测电池的电池单体故障状态的方法、探测装置和机动车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于探测具有多个电池单体(16)的电池(18)的至少一个第一电池单体(16a)的故障状态(F)的方法，在电池的运行状态(22、T)中重复地确定第一电池单体(16a)的单体电压(U1)，在该运行状态中，电池电流(I)随时间的变化小于可预设的限值，根据第一电池单体的单体电压确定第一电池单体的电的单体参量。然后将单体参量与参考值(26a、26b、U2)进行比较，该参考值根据与第一电池单体不同的至少一个电池单体的、在相应的测量时刻所检测的单体电压来确定，至少当电的单体参量(24a、24b、U1)与在相同的测量时刻所提供的第一参考值的偏差(d1、d2)超过预先确定的第一阈值时，探测到第一电池单体的故障状态(F)。

Description

探测电池的电池单体故障状态的方法、探测装置和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于探测具有多个电池单体的电池的至少一个第一电池单体的故障状态的方法，其中，在电池的至少一个确定的运行状态中在相应的测量时刻重复/反复地确定第一电池单体的单体电压，在该至少一个确定的运行状态中，电池电流随时间的变化小于可预设的限值，对于相应的测量时刻根据第一电池单体的重复地确定的单体电压提供第一电池单体的电的单体参量。然后可以根据该电的单体参量确定故障状态。此外，本发明还涉及一种用于机动车的相应的探测装置和一种具有这种探测装置的机动车。
背景技术
在一个或多个单体或电池——例如在笔记本电池——中发生热失控的各种情况之后，近年来已经尽一切可能来防止锂离子单体生产过程中的污染。根据经验可以认为，为锂离子电池以足够好的质量提供在汽车领域中使用的所有单体。然而，在锂离子单体的当前的大规模量产中，不能完全排除单体中的颗粒或单体上的损坏。迄今为止已知的所有质量保证措施也不能确保在交付前百分之百地识别所有带有颗粒或其它损伤的单体。但是，这种具有颗粒的单体最终可能导致电池着火并且由此导致车辆着火。例如，这种颗粒可能引起单体中的分隔器损坏，并且可能导致微短路或甚至外部短路。相应地力求，能够尽可能早地识别电池单体的这种故障状态。
在此意义上，DE 10 2014 204 956 A1描述了一种用于识别电池单体的异常的方法，其中，由短路传感器装置在电池单体的端电压的信号中探测事件，所述事件以毫秒的时间间隔具有相继的边沿，其中，由短路传感器装置探测到的事件被传输给电池管理系统，所述电池管理系统根据探测到的事件确定电池单体的异常。在此，短路传感器装置尤其是应被构造用于识别微短路，也就是说用于探测如下事件，所述事件具有以几微秒的时间间隔相继的边沿。在此，端电压的振幅在毫伏范围内波动。这种微短路的内部电流引起端电压短时地降低几毫伏。
老化效应也可以导致单体电压的电压特性的变化。利用上述做法只能将其不充分地与电池单体的故障状态、例如短路或微短路区别开来。
DE 10 2013 204 539 A1描述了一种具有电池单体和用于监控电池单体的监控装置的电池单体装置。在此，基于物理参量的当前测量值识别或预测当前的或将来的电池单体状态。在此，借助对所提供的物理参量的当前测量值的基于模型的分析来识别或预测电池状态。此外，作为物理参量可以检测单体电压、单体电流、电池单体温度、电池单体内压等等。
此外，EP 3 508 867 A1描述了一种用于探测电池的微短路的探测方法，其中为了探测而确定电池的漏电流。特别地，这通过确定电池在充电后的两个参考充电容量并将这两个参考充电容量彼此进行比较来确定。在此，又根据两个电参量的差来确定相应的参考充电容量，其中一个代表电池的电参量，另一个代表参考电池的电参量。
此外，上述方法的另一缺点在于，故障状态的探测可能性在时间上强烈地受限，即受限于静止阶段或充电之后的阶段，以便例如探测电池或单体的静止电压或漏电流。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种用于探测电池的电池单体的故障状态的方法、一种探测装置和一种机动车，该方法、探测装置和机动车允许尽可能可靠地并且提早地探测电池单体的故障状态。
该目的通过具有根据各个独立权利要求的特征的方法、探测装置和机动车实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。
在根据本发明的用于探测具有多个电池单体的电池的至少一个第一电池单体的故障状态的方法中，在该电池的至少一个确定的运行状态中，在相应的测量时刻重复地确定第一电池单体的单体电压，在所述至少一个确定的运行状态中，电池电流随时间的变化小于可预设的限值，对于相应的测量时刻根据第一电池单体的重复地确定的单体电压提供第一电池单体的电的单体参量。此外，将第一电池单体的电的单体参量与对应于测量时刻的相应的第一参考值进行比较，该第一参考值根据在相应的测量时刻所检测的、电池的与所述第一电池单体不同的至少一个电池单体的单体电压来确定，其中，如果满足如下至少一个第一前提条件，即，电的单体参量与在相同的测量时刻所提供的第一参考值的偏差超过预先确定的第一阈值，则探测到第一电池单体的故障状态。
因此，可以重复地测量单体、即第一电池单体的单体电压，并且将所测定的单体电压或与其相关的单体参量与参考值进行比较，该参考值又与至少一个另外的单体的所测定的单体电压相关。在此，在各个测量时刻检测到的单体电压也可以被存储，以便在稍后的时刻被评估并且执行所述比较。在此，本发明基于以下多个认识：一方面能够例如在充电期间、但是也在其它的电池状态中探测与在电池单体的电压曲线中的确定变化相关的故障状态、例如微短路。例如在充电时发生电池单体的活性材料膨胀并且因此单体中的压力在充电过程快结束时升高，这可能导致对分隔器的影响或轻微损坏。这种微短路通常不会单独地导致单体的失控，但是这种微短路总是损坏分隔器。例如，因此在充电电压变化曲线中已经能够识别这种微短路并且能够相应地提早做出反应。因此，不仅在电池单体的静止状态中，即当没有充电电流或者由行驶运行引起的放电电流流动时，而且在电池的其它运行状态中，即，至少只要这种电池电流随时间的变化小于可预设的限值，都能识别这种故障状态。微短路例如能够表现为暂时的单体电压下降/扰动。这不仅能够在电池的静止状态中，而且例如也能够在充电过程期间被良好地识别。此外，如果例如发生如下情况：颗粒虽然没有完全穿过分隔器，但是损坏了分隔器，使得电子能够通过颗粒和分隔器流动，则同样可以识别出故障状态。这不是表现为电压下降形式的短时电压变化，而是例如通过在充电过程结束时变得更平缓的电压变化曲线表现。一般地，通过本发明可以有利地识别故障状态、如微短路，但也可以识别单体的与微短路不同的各种缺陷或损坏。例如同样可以提早识别绝缘层或提供单体壳体的单体杯形外壳(Zellbecher)的损坏。这种损坏也可能导致到另一单体或汇流排的外部短路，因此是非常关键的。但是本发明主要基于以下认识，即，通过根据与所观察的第一电池单体不同的至少另一电池单体的单体电压提供第一参考值，也可以考虑老化效应，由此可以更好地将该老化效应与电池单体的故障状态区分开来。老化效应也能够影响各个电池单体的电压变化曲线。然而因为在电池内所有电池单体近似承受相同的老化条件，例如负载、温度变化等等，所以首先可以通过与其它电池单体的比较明显更好地识别与纯粹的老化效应不同的电池单体故障状态，例如短路或微短路或绝缘损坏。因此，本发明有利地实现了以明显更可靠的方式并且在明显更多的情况中特别是提早地探测电池单体的故障状态。
所述电池优选是用于机动车的电池、尤其是动力电池，该动力电池例如可以构造为高压电池。这种电池在此通常包括多个电池单体，所述电池单体例如也可以组合为电池模块或电池组。但是，电池也可以仅仅是这种高压电池的电池模块，该高压电池包括多个这种电池模块。在此，电池单体可以作为圆形单体、软包单体或棱柱形单体或者其组合来提供。电池单体例如可以是锂离子电池单体。在此，电池电流的小于可预设的限值的随时间的变化尤其也应包括为零的电池电流。换句话说，这种运行状态也应该包括电池的静止状态，在该静止状态中电池无负载并且不发生例如由于电池的行驶运行而进行的充电或主动放电。但是运行状态也可以是如下状态，在该状态中电池电流、即电池总电流不为零，例如在充电过程期间。此外，关于电池的运行状态的另一条件也可以是：电池电流的变化仅在预定的边界之内是允许的。换句话说，电池电流优选是恒定的、几乎恒定的或者至少仅存在小的波动。此外，各个测量时刻可以是持续时间有限的测量时间窗口。测量时刻的概念在此应仅说明，这种测量时间窗口应为非常短的时间段。此外优选的是，单体电压的检测的重复率尽可能高——该重复率也可以被称为采样率，从而可以足够快速地测量各个单体电压，以便也可以探测仅仅短时出现的事件、如微短路。例如，这种采样率最多可以是几毫秒。换句话说，优选以最大为几毫秒的时间间隔重复地检测单体电压。因此，在两个测量时刻之间的间隔优选最大处于个位数的毫秒范围内。
因此，对于相应的测量时刻可以提供第一电池单体的单体参量，以及可以将对应的参考值和单体参量与该参考值相互比较。如果随后出现大于预先确定的第一阈值的偏差，则可以推断出存在故障状态。然而，可以规定，必须首先满足其它前提条件，即可认为探测到故障状态。但是至少在测量时刻电的单体参量与参考值的规定偏差超过第一阈值也可以是用于探测故障状态的唯一条件。如果探测到故障状态，则可以例如向机动车的驾驶员发出相应的警告，或者替代地或附加地启动另一措施。
在本发明的一种有利的设计方案中，如果除了第一前提条件之外也满足如下至少一个第二前提条件，即，电的单体参量随时间的变化与在对应的测量时刻所提供的第一参考值随时间的变化的偏差超过预先确定的第二阈值，则探测到第一电池单体的故障状态。单体参量例如可以是单体电压本身。第一电池单体的单体电压例如与其它电池单体的单体电压的偏差虽然能够指示故障状态，但是也可能具有其它原因，例如电池单体相对于其它电池单体的略微改变的容量，这在电池单体的老化过程中可以非常容易地出现。这相应地导致充电曲线的略微改变。然而，电池单体的故障状态、例如短路或微短路强烈地通过如下方式表现出来：单体电压在出现这种事件时突然地改变，尽管在有些情况下也仅轻微地和/或短时地改变。换句话说，第一电池单体的单体电压与其余的电池单体的单体电压的偏差明显更强地超过通常的程度。这可以有利地通过以下方式来探测，即不仅考虑第一电池单体的单体参量，而且也考虑该单体参量随时间的变化。换句话说，也可以将各个电池单体的单体电压的梯度相互比较，以便探测各个电池单体的故障状态。因此，故障状态可以与其它事件明显更简单且尤其更可靠地区分开来。与此伴随地，可以减少由于错误地假设的电池单体故障状态而引起的可能的误触发的次数，并且可以防止向机动车驾驶员输出不必要的警告。
在此，单体参量与参考值的偏差以及单体参量随时间的变化与参考值随时间的变化的偏差不一定在相同的测量时刻出现，但是至少处于相同的、优选短的观察时间段内。此外，当在多个相继的测量时刻、尤其是超过较长的测量时间段、例如充电过程的持续时间和/或随后的静止阶段检测到电池单体的单体电压时，也可以在这时进行检查，是否存在这种偏差。紧接着的评估允许更简单地分析单体参量、尤其是第一电池单体的单体电压随时间的变化曲线。
在本发明的另一有利的设计方案中，单体参量表示单体电压本身，第一参考值表示单体电压参考值；和/或，单体参量表示单体电压随时间的变化，第一参考值表示单体电压参考值随时间的变化；和/或，单体参量表示单体电压的较高的/高阶的时间导数(
Figure BDA0003655004360000061
zeitliche Ableitung)，第一参考值表示单体电压参考值的较高的时间导数。换句话说，单体电压本身可以被视为单体参量，但是替代地或附加地，该单体电压的较高的时间导数也可以被视为单体参量。参考值总是被选择为对应的参量，即，同样被选择为单体电压参考值或对应的较高的时间导数。在此也可以规定，完全不考虑单体电压，而是仅考虑较高的时间导数，例如一阶时间导数、二阶时间导数等。如已经提到的，故障状态尤其表现在所涉及的有缺陷的电池单体的单体电压的梯度中，因此特别有利的是，执行这种梯度观察。
在本发明的另一有利的设计方案中，根据电池的所有电池单体的单体电压连同第一电池单体的单体电压提供第一参考值，尤其是根据所有电池单体的单体电压的平均值提供第一参考值。换句话说，例如，如果单体参量表示第一电池单体的单体电压，则可以将该单体电压与所有电池单体的平均值进行比较。如果单体参量例如是单体电压随时间的变化，则可以将其与所有单体电压的平均值随时间的变化进行比较，等等。由此可以特别可靠地探测单个单体的相对于其它单体的异常行为。即使在形成平均值时引入故障电压，由于典型地在电池中设置大量的电池单体，尤其是在数百个电池单体的情况下，该平均值也不会显著变低。但是，所述电池也可以仅仅是高压电池的电池模块。但是在这种情况下也可以通过将单个单体电压或从中导出的参量与对应的平均值相比较来提供关于电池单体的故障状态的有说服力的信息。在形成平均值时也考虑所观察的第一电池单体时，很大的优点在于，所述方法优选对于电池的每个电池单体来说都类似地实施。换句话说，不仅将第一电池单体的单体参量与这种参考值进行比较，以便探测第一电池单体的故障状态，而且也将电池的第二电池单体的相应的单体参量与参考值进行比较、将电池的第三电池单体的单体参量与参考值进行比较，以此类推。因此，对于所有电池单体都可以使用根据所描述的平均值提供的相同的参考值。由此大大简化了在监控期间的计算，由此可以节省计算时间和容量。因此不必为每个电池单体确定自身的参考值。
在本发明的另一有利的设计方案中，对于相应的测量时刻，尤其是与其它单体的所检测到的单体电压无关地为第一电池单体提供基于模型的第二参考值，其中，如果满足如下第三前提条件，即，电的单体参量与在相同的测量时刻所提供的第二参考值的偏差超过预先确定的第三阈值，则探测到第一电池单体的故障状态。换句话说，不仅能够将所述单体参量与其它电池单体的对应的单体参量进行比较，以便探测故障状态、例如上面所提到的单体电压平均值，而且附加地也能够与基于模型的第二参考值进行比较，所述第二参考值与其余的电池单体的单体电压无关。通过这种基于单体模型的观察，可以更可靠地探测不在预期范围内的单体电压变化曲线。尤其是可以由此可靠地探测到短时和暂时出现的微短路，所述微短路表现为短时的、暂时的电压下降。这尤其是在充电过程期间能够实现可靠地探测这种故障状态，这是因为电池单体的充电电压曲线典型地非常平滑地延伸。电压下降可以相应简单地被探测，也与其它单体电压的观察无关。附加地考虑另一参考值作为用于探测故障状态的另外的前提条件使得故障状态探测更可靠并且尤其是更可靠地避免误触发。
在本发明的另一有利的设计方案中，至少一个运行状态是如下充电状态，在该充电状态中以确定的、尤其是恒定的充电电流给电池充电。如已经描述的那样，考虑充电过程具有大的优点，即在此通常不记录电池电流的大的时间上的变化。通常至少在这种充电过程的大部分上以恒定的充电电流进行充电。电池单体的对应的电压曲线由此足够平滑地延伸，使得可以特别简单地探测由故障引起的异常。
此外，在监控时也可以将焦点放在充电过程结束时。例如，在此能够以更大的精度实现对单体参量的监控，这时因为正是在充电过程结束时由于电池单体在充电过程期间的不断增加的膨胀而提高了出现微短路的概率。
在本发明的另一有利的设计方案中，至少一个运行状态是紧接在用于给电池充电的充电过程之后的静止状态，该静止状态尤其最多持续预设的最大持续时间。这基于以下认识，即，微短路首先也以提高的概率在完成给电池充电的充电过程之后不久出现，例如在完成充电过程后的五分钟至十分钟的范围内出现。因此特别有利的是，在紧接在这种充电过程之后的时间范围内——例如在最多15分钟内——同样针对可能的故障状态的出现来监控电池。在充电过程之后，典型地既不流过充电电流也不流过放电电流，从而在该范围内同样能够特别好地并且可靠地探测第一电池单体的单体电压的小的电压变化或异常。
尽管如此也可能的是，只要满足开头所述的关于电池电流的条件，即电池电流随时间的变化处于预先确定的限值之下，则至少一个运行状态表示放电状态。优选地，当运行状态是放电状态时，该运行状态是电池的如下状态，在该状态中从电池中取出——尤其是恒定的——放电电流。例如，一些电池可用于双向充电。例如，可以使用已充电的机动车电池来为另外的、尤其是也在机动车外部的设备供给能量。这种从电池中取出的放电电流在此通常同样是恒定的，从而这也是电池的合适的运行状态，以便能够基于所述做法可靠地探测电池单体的故障状态。即使机动车在行驶运行中例如正好在红灯处停车，并因此从用于给机动车的电消耗器供电的电池中取出在该阶段期间至少近似恒定的放电电流，这也可以是这种合适的运行状态。
尤其地，根据所述方法的监控也可以在所有这些所述的合适的运行状态中进行。这能够实现对电池的关于故障状态的发生的全面监控，这又能够实现非常早地探测故障状态并且能够实现及时启动警告措施或其它应对措施。
此外，本发明还涉及一种用于探测具有多个电池单体的电池的至少一个第一电池单体的故障状态的探测装置，其中，探测装置被设计用于，在电池的至少一个确定的运行状态中在相应的测量时刻重复地确定第一电池单体的单体电压，在所述至少一个确定的运行状态中，电池电流随时间的变化小于可预设的限值，对于相应的测量时刻根据第一电池单体的重复地确定的单体电压提供第一电池单体的电的单体参量。此外，探测装置被设计用于，根据在相应的测量时刻所检测的、电池的与所述第一电池单体不同的至少一个电池单体的单体电压来确定第一参考值，将第一电池单体的电的单体参量与对应于测量时刻的相应的第一参考值进行比较，如果满足如下至少一个第一前提条件，即，电的单体参量与在相同的测量时刻所提供的第一参考值的偏差超过预先确定的第一阈值，则探测到第一电池单体的故障状态。
对于根据本发明的方法及其实施方式所描述的优点以相同的方式适用于根据本发明的探测装置。
此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的探测装置或其设计方案之一的机动车。
根据本发明的探测装置的改进方案也属于本发明，这些改进方案具有如已经结合根据本发明的方法的改进方案描述的特征。出于这个原因，这里不再描述根据本发明的探测装置的相应改进方案。
根据本发明的机动车优选设计为汽车，尤其是乘用车或载重汽车，或设计为轿车或摩托车。
本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。因此，本发明还包括如下实现方案，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的，则这些实现方案分别具有所描述的实施方式中的多个实施方式的特征的组合。
附图说明
下面描述本发明的实施例。为此示出：
图1示出根据本发明的一个实施例的机动车的示意图，该机动车具有用于探测机动车电池的电池单体的故障状态的探测装置；
图2示出根据本发明的一个实施例的电池单体的单体电压的变化曲线与用于探测电池单体的故障状态的参考电压的比较的图示；和
图3示出根据本发明的另一实施例的电池单体在充电时的单体电压的变化曲线与用于探测电池单体的故障状态的参考电压的比较的图示。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的各部分分别是本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开旨在包括实施方式的特征的除了所示组合之外的组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
图1示出根据本发明的一个实施例的机动车10的示意图，该机动车具有用于探测机动车的电池18的电池单体16的故障状态F的探测装置12。在此，电池18可以被构造为机动车10的高压电池或者被构造为这种高压电池的电池模块。在此，电池18还包括多个电池单体16。这些电池单体16中的一个在此附加地以附图标记16a表示，以便能够更好地图解和描述用于探测这种电池单体16的故障状态F的方法。相应地，如何能够探测这种电池单体16的故障状态的做法借助于该第一电池单体16a来阐述，但是同样能够以相同的方式应用于所有其余的电池单体16。如果通过探测装置12探测到这种电池单体16的故障状态F，则可以输出信号S，例如向机动车的驾驶员发出警告信号或用于采取特定措施的信号，例如关断电池、电池单体等。
这种单体中的杂质和颗粒通常会损坏分隔器，并因此最终导致电池着火，并因此导致车辆着火。因为在充电时单体的活性材料发生膨胀并且因此导致单体中的压力升高，所以在这种充电过程快结束时可能导致对分隔器的影响或轻微损坏。这些微短路通常不能单独地导致单体16的失控，但是微短路总是损坏分隔器。但是在充电电压变化曲线中，这种微短路已经能够被识别并且能够相应地做出反应，如通过输出所描述的信号S。
由此可以有利地识别从充电循环到充电循环继续穿过分隔器的颗粒。由此可能阻碍充电，并且可以通知用户，从而单体16a或电池18可以在起火之前被更换。
在此，在如在单体16a中所假设的那样，在这种单体16中的压力由于活性材料在充电结束时的膨胀而达到最高之后，在此颗粒可能损坏单体16a、例如分隔器、单体杯形外壳等的可能性也最高。这种损坏通常导致微短路，这种微短路虽然还没有导致单体16a的失控，但是这会在如下方面预先损坏单体16a的分隔器，使得该分隔器在随后的运行中可能失效。
同时，电流变化曲线以及由此还有在AC或DC充电中的电压变化曲线是非常平滑和均匀的，使得可以快速和简单地识别异常值。
对于穿过分隔器或单体杯形外壳、但尚未引起完全短路的颗粒而言，典型的是以下在图2和图3中示出的各个单体的电压变化曲线、如单体16a的电压变化曲线，所述电压变化曲线可以如下面描述的那样被探测。
图2示例性地示出在用于给电池单体16a以及其余的电池单体16充电的充电过程22期间充电电流I的这种电流变化曲线20的图示。在此，与电池单体16a的电压变化曲线24a一样，根据电池18的当前充电状态SOC示出电流变化曲线20，该电流变化曲线同时也可以被理解为电池电流的电流变化曲线。该电压曲线24a因此表示了电池单体16a的单体电压U1，尤其随时间的变化曲线，或者如在图2中当前所描绘的那样关于电池18的充电状态SOC的变化曲线。此外，在图2中还示出参考电压曲线26a，其在本示例中示出参考电压U2关于充电状态SOC随时间的变化。该参考电压U2例如可以作为在电池18的所有电池单体16上的平均单体电压来提供。替代地或附加地，作为参考也可以使用基于模型的电压变化曲线。
为了探测故障状态F有利的是，足够快地、例如以仅仅几毫秒的间隔测量各个单体电压、如在此的第一电池单体16a的单体电压U1，并且随后评估该电压变化曲线24a。
在图2中示出的第一种情况下，颗粒穿透分隔器，并且由于由此产生的微短路，具有颗粒的单体16a的电压U1短时地、也就是说在几毫秒内下降。这种电压下降在图2中用附图标记28表示。因此，短路没有后果地消失，并且单体再次正常运行。在这种情况下，也就是可以探测到单体16a在充电结束时的短暂的电压下降28。
如在图2中可见，这种探测可以简单地通过如下方式进行，即例如将电压曲线24a对于各个测量时刻与参考曲线26a进行比较。如果该比较例如具有在此示例性用附图标记d1表示的、大于预定限值的偏差，则可以将其评价为对于存在单体16a的故障状态的提示。此外，在此有利的是，不仅以彼此比较的方式评估所述的电压曲线24a、26a，而且例如也评估其时间梯度。由此可以明显更有效地排除由老化引起的效应。如在图2中可见，这种电压下降28表明为短时的且突然的电压变化。相应地有利的是，也将各个电池单体16的单体电压的时间梯度相互比较或者分别与平均值U2进行比较，所述平均值基于单体16的所有单个电压形成。
图3类似于图2示出电池单体16a的另一可能的电压变化曲线24b，所述电压变化曲线在此也被关于充电状态SOC绘制。电压变化曲线24b在此也涉及充电过程22。同时，也再次示出充电电流I，其与图2中的充电电流相同地设计。该充电电流I在充电过程22期间相应于电池电流。除了电池单体16a的电压曲线24b之外，在此还又示出参考电压曲线26b，该参考电压曲线也可以根据所有电池单体16的单体电压的平均值来提供。
在本示例中，颗粒不完全穿透单体16a的分隔器，但是损害分隔器，使得电子能够通过颗粒和分隔器流动。这也被称为软短路。这种情况通过以下方式表现出来，即，与所有其它单体16相比，单体16a的电压典型地在充电结束之前不久开始趋于平缓或者甚至再次变小，这是因为单体16a通过颗粒自身放电。相应地，这种情况可以通过充电结束时的电压变化曲线24b来探测。因此，通过以下方式进行探测，即所有单体16的电压在充电时长时间地靠近彼此，并且单体16a直到充电结束时才突然过渡到——在此以附图标记30表示的——较平缓的电压变化曲线中，或者单体电压在极端情况下甚至在充电期间也再次变小。在充电结束之前不久的时间段在图3中还以附图标记32表示。这种现象不会在例如仅具有不同容量的单体16中发生。换句话说，仅具有不同容量的单体在其电压变化曲线方面与这种参考电压曲线26b的区别在于，该单体的电压曲线在整个充电过程22上逐渐产生偏差，但不是有针对性地在充电过程22的结束范围32内并且也不是如此突然地。相应地，在此也可以通过例如选择用于这种偏差d2的限值来探测这种故障状态。如果电压曲线24a与参考曲线26b具有确定的间隔，该间隔超过该阈值，则这又显示了故障。在此也可以再次设定附加条件，例如在该电压变化曲线24b的梯度上，和/或例如使得这种偏差d2仅在充电电压曲线24b的确定范围内、但是不在整个充电曲线上出现和/或尤其是仅在充电结束32的范围内出现。
在此，针对图2和图3所阐述的两种所述情况的组合同样是可能的。
此外，也可能的是，在充电过程22之后才出现这种单体缺陷。因此同样有利的是，例如也在确定的时间范围T内观察单体电压U1，该时间范围紧接在这种充电过程22之后。这种时间范围T同样在图2和图3中示例性示出。在该时间范围T内也可能出现所述缺陷，并且例如可能出现短时的、突然的电压下降，如在图2中所描述的那样，或者如在图3中所描述的那样，也可能在这种充电过程22之后才在所示的时间范围T内出现单体电压U1的降低。这于是也可以通过相应的措施、尤其是通过将单体电压曲线24a、24b与对应的参考曲线26a、26b进行比较并且尤其是通过附加地考虑时间梯度来探测。
总之，这些实施例示出如何能够在充电时和在其它运行状态中以可靠且简单的方式提早探测到锂单体中的杂质颗粒的识别。

Claims (10)

1.一种用于探测具有多个电池单体(16)的电池(18)的至少一个第一电池单体(16a)的故障状态(F)的方法，其中，在电池(18)的至少一个确定的运行状态(22、T)中在相应的测量时刻重复地确定第一电池单体(16a)的单体电压(U1)，在所述至少一个确定的运行状态中，电池电流(I)随时间的变化小于可预设的限值，对于相应的测量时刻根据第一电池单体(16a)的重复地确定的单体电压(U1)提供第一电池单体(16a)的电的单体参量(U1)，
其特征在于，
将第一电池单体(16a)的电的单体参量(U1)与对应于测量时刻的相应的第一参考值(26a、26b、U2)进行比较，该第一参考值根据在相应的测量时刻所检测的、电池(18)的与所述第一电池单体(16a)不同的至少一个电池单体(16)的单体电压(26a、26b、U2)来确定，其中，如果满足如下至少一个第一前提条件，即，电的单体参量(24a、24b、U1)与在相同的测量时刻所提供的第一参考值(26a、26b、U2)的偏差(d1、d2)超过预先确定的第一阈值，则探测到第一电池单体(16a)的故障状态(F)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
如果除了所述第一前提条件之外也满足如下至少一个第二前提条件，即，电的单体参量(24a、24b、U1)随时间的变化与在对应的测量时刻所提供的第一参考值(26a、26b、U2)随时间的变化的偏差超过预先确定的第二阈值，则探测到第一电池单体(16a)的故障状态(F)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
单体参量(24a、24b、U1)表示单体电压(24a、24b、U1)本身，第一参考值(26a、26b、U2)表示单体电压参考值(26a、26b、U2)；和/或，单体参量表示单体电压(24a、24b、U1)随时间的变化，第一参考值表示单体电压参考值(26a、26b、U2)随时间的变化；和/或，单体参量表示单体电压(24a、24b、U1)的较高的时间导数，第一参考值表示单体电压参考值(26a、26b、U2)的较高的时间导数。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
根据电池(18)的所有电池单体(16)的单体电压(26a、26b、U2)连同第一电池单体(16a)的单体电压(24a、24b、U1)提供第一参考值(26a、26b、U2)，尤其是根据所有电池单体(16)的单体电压(26a、26b、U2)的平均值提供第一参考值(26a、26b、U2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
对于相应的测量时刻为第一电池单体(16a)提供基于模型的第二参考值，其中，如果满足如下第三前提条件，即，电的单体参量(24a、24b、U1)与在相同的测量时刻所提供的第二参考值(26a、26b、U2)的偏差超过预先确定的第三阈值，则探测到第一电池单体(16a)的故障状态(F)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
至少一个运行状态(22、T)是充电状态(22)，在所述充电状态中以确定的、尤其是恒定的充电电流(I)对电池(18)进行充电。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
至少一个运行状态(22、T)是紧接在用于给电池(18)充电的充电过程(22)之后的静止状态(T)，所述静止状态尤其最多持续预设的最大持续时间(T)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
至少一个运行状态(22、T)是放电状态，在所述放电状态中从电池(18)中取出——尤其是恒定的——放电电流。
9.一种用于探测具有多个电池单体(16)的电池(18)的至少一个第一电池单体(16a)的故障状态(F)的探测装置(12)，其中，探测装置(12)被设计用于，在电池(18)的至少一个确定的运行状态(22、T)中在相应的测量时刻重复地确定第一电池单体(16a)的单体电压(24a、24b、U1)，在所述至少一个确定的运行状态中，电池电流(I)随时间的变化小于可预设的限值，对于相应的测量时刻根据第一电池单体(16a)的重复地确定的单体电压(24a、24b、U1)提供第一电池单体(16a)的电的单体参量(24a、24b、U1)，
其特征在于，
探测装置(12)被设计用于，根据在相应的测量时刻所检测的、电池(18)的与所述第一电池单体(16a)不同的至少一个电池单体(16)的单体电压(24a、24b、U1)来确定第一参考值(26a、26b、U2)，将第一电池单体(16a)的电的单体参量(24a、24b、U1)与对应于测量时刻的相应的第一参考值(26a、26b、U2)进行比较，如果满足如下至少一个第一前提条件，即，电的单体参量(24a、24b、U1)与在相同的测量时刻所提供的第一参考值(26a、26b、U2)的偏差(d1、d2)超过预先确定的第一阈值，则探测到第一电池单体(16a)的故障状态(F)。
10.一种机动车(10)，其具有根据权利要求9所述的探测装置(12)。
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