DE102012222726A1 - Method for monitoring current of battery cell, involves forming current comparison value using battery cell current and filter, and comparing current comparison value with predetermined limiting reference value - Google Patents

Method for monitoring current of battery cell, involves forming current comparison value using battery cell current and filter, and comparing current comparison value with predetermined limiting reference value Download PDF

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Abstract

The method (50) involves forming (S1) a current comparison value using the battery cell current flowed in a predetermined time period and using a filter, and comparing (S2) the current comparison value with a predetermined limiting reference value. The current comparison value is formed from the quadratic mean of the battery cell current flowed over the predetermined time period. The battery cell current corresponds to a charging current of the battery cell. Independent claims are included for the following: (1) a battery management unit for use in a battery for executing the current monitoring method; and (2) a motor vehicle with a drive system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromüberwachung einer Batteriezelle sowie eine Batteriemanagementeinheit, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. The present invention relates to a method for current monitoring of a battery cell and a battery management unit, which is designed to carry out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen (z. B. bei Windkraftanlagen) als auch in Fahrzeugen (z. B. Hybrid- und Elektrofahrzeugen) vermehrt neue elektrochemische Speicher wie Batteriezellen oder Batterien zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich ihrer Zuverlässigkeit gestellt werden. Hintergrund für diese hohen Anforderungen ist, dass ein Ausfall der Batteriezelle beziehungsweise der Batterie zu einem Ausfall des Gesamtsystems (z. B. einem Ausfall der Traktionsbatterie bei einem Elektrofahrzeug) oder sogar zu einem sicherheitsrelevanten Problem führen kann. It is becoming apparent that in the future both in stationary applications (eg in wind turbines) and in vehicles (eg hybrid and electric vehicles), more and more new electrochemical stores such as battery cells or batteries will be used, to a great extent high demands are placed on their reliability. The background for these high requirements is that failure of the battery cell or the battery can lead to a failure of the entire system (eg a failure of the traction battery in an electric vehicle) or even to a safety-relevant problem.

Um die Zuverlässigkeit der elektrochemischen Speicher beziehungsweise Batteriezellen, insbesondere Li-Ionen- oder NiMH-Zellen, einer Batterie gewährleisten zu können, werden selbige durch ein Batteriemanagementsystem beziehungsweise durch eine Batteriemanagementeinheit überwacht. Dabei ist die Überwachung des durch eine Batteriezelle fließenden Batteriezellstroms von besonderer Bedeutung. Fließt ein zu hoher Strom durch eine Batteriezelle, kann diese schnell überhitzen und Schaden nehmen. Des Weiteren kann es bei einem unkontrolliert durch eine Batteriezelle fließenden Strom, insbesondere bei Lithium-Ionen-Batteriezellen, zu dem Phänomen des sogenannten Lithium-Platings kommen. Bei diesem Lithium-Plating kommt es zu einer unerwünschten Ablagerung von metallischem Lithium auf der Anode der Batteriezelle, welche ebenfalls zu einer Beschädigung der Batteriezelle führt. Neben einer Absicherung einer Batteriezelle vor dem Fließen von Kurzschlussströmen müssen ebenfalls längerfristige Ströme überwacht und gegen das Erreichen bestimmter Limits abgesichert werden.In order to be able to ensure the reliability of the electrochemical storage or battery cells, in particular Li-ion or NiMH cells, of a battery, the same are monitored by a battery management system or by a battery management unit. In this case, monitoring of the battery cell current flowing through a battery cell is of particular importance. If too much current flows through a battery cell, it can quickly overheat and be damaged. Furthermore, in the case of an uncontrolled current flowing through a battery cell, in particular in the case of lithium-ion battery cells, the so-called lithium-platinum phenomenon may occur. In this lithium plating, there is an undesirable deposition of metallic lithium on the anode of the battery cell, which also leads to damage of the battery cell. In addition to protecting a battery cell from the flow of short-circuit currents, longer-term currents must also be monitored and secured against reaching certain limits.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, nach denen eine Überwachung beziehungsweise Beschränkung des Stromflusses durch eine Batteriezelle erfolgen kann. So offenbart beispielsweise die US 2011/0109273 eine Versorgungsquelle und ein Verfahren zur Berechnung des zur Verfügung stehenden Lade- beziehungsweise Entladestroms einer Versorgungsquelle. Im Rahmen des in der US 2011/0109273 offenbarten Verfahrens wird eine Schätzung des maximal zur Verfügung stehenden Stroms während eines Lade-/Entladevorgangs auf Basis mindestens eines Batteriestroms, einer Batteriespannung und einer Batterietemperatur vorgenommen. Several methods are known from the prior art, according to which a monitoring or restriction of the current flow can be carried out by a battery cell. For example, the US 2011/0109273 a supply source and a method for calculating the available charging or discharging current of a supply source. As part of in the US 2011/0109273 In accordance with the disclosed method, an estimate of the maximum available current during a charging / discharging process is made on the basis of at least one battery current, one battery voltage and one battery temperature.

Allerdings ist dem Stand der Technik bislang kein Verfahren bekannt, welches auch bei variablen Strömen eine zuverlässige, physikalisch begründete und einfach zu bedatende Stromüberwachung eines Batteriezellstromes ermöglicht.However, the prior art so far no method is known, which allows a reliable, physically justified and easy-to-use current monitoring of a battery cell current even with variable currents.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Stromüberwachung einer Batteriezelle bereitgestellt, welches die folgenden Verfahrensschritte umfasst: Bilden eines Stromvergleichswertes unter Verwendung des in einem vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I sowie unter Verwendung eines Filters, Vergleichen des Stromvergleichswertes mit einem vorbestimmten, limitierenden Referenzwert. According to the invention, a method for monitoring the current of a battery cell is provided which comprises the following method steps: forming a current comparison value using the battery cell current I flowed in a predetermined time period T and using a filter, comparing the current comparison value with a predetermined, limiting reference value.

Das bereitgestellte Verfahren ermöglicht eine kostengünstige, einfach bedatbare und zuverlässige Überwachung des Stromes einer Batteriezelle. Ferner können mit dem Verfahren auch zeitlich variable Ströme bei der Überwachung des Batteriezellstromes berücksichtigt werden.The provided method enables cost-effective, easy-to-use and reliable monitoring of the current of a battery cell. Furthermore, time-variable currents can be taken into account in the monitoring of the battery cell current with the method.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich in dem Schritt des Bildens der Stromvergleichswert aus dem quadratischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I. Die Bildung des quadratischen Mittels eignet sich insbesondere für die Berücksichtigung von Wechselströmen bei der Überwachung des Batteriezellstromes.In a preferred embodiment of the method, in the step of forming, the current comparison value results from the root mean square of the battery cell current I flowing over the predetermined time period T. The formation of the square means is particularly suitable for the consideration of alternating currents in the monitoring of the battery cell current.

Bevorzugt entspricht der vorbestimmte Zeitraum T der Filterzeit Tf des Filters. Dadurch wird die Effizienz des Verfahrens erhöht.Preferably, the predetermined period T corresponds to the filter time T f of the filter. This increases the efficiency of the process.

Bevorzugt ist der vorbestimmte Zeitraum T beziehungsweise die Filterzeit Tf entsprechend dem thermischen Verhalten und/oder entsprechend den chemischen Eigenschaften der Batteriezelle gewählt, von welcher der Batteriezellstrom I bereitgestellt wird.Preferably, the predetermined time period T or the filter time T f is selected according to the thermal behavior and / or according to the chemical properties of the battery cell from which the battery cell current I is provided.

Vorzugsweise entspricht in dem Schritt des Vergleichens der vorbestimmte, limitierende Referenzwert einem maximal zulässigen Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstromes I. Dadurch bewegt sich der Batteriezellstrom stets in einem für die Batteriezelle zulässigen Bereich, wodurch die Batteriezelle ferner auch gegenüber einer Überhitzung abgesichert werden kann. Preferably, in the step of comparing, the predetermined, limiting reference value corresponds to a maximum permissible value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. As a result, the battery cell current always moves in a range permissible for the battery cell, whereby the battery cell is also protected against overheating can be.

Vorzugsweise ist der vorbestimmte, limitierende Referenzwert entsprechend dem thermischen Verhalten und/oder entsprechend den chemischen Eigenschaften der Batteriezelle gewählt, von welcher der Batteriezellstrom I bereitgestellt wird.Preferably, the predetermined, limiting reference value is selected according to the thermal behavior and / or according to the chemical properties of the battery cell from which the battery cell current I is provided.

Bevorzugt ergibt sich in dem Schritt des Bildens der Stromvergleichswert aus dem Mittel der durch das Filter gefilterten Stromquadrate des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I. Durch eine solche Ausführung ist eine zuverlässige und vor allem schnelle Erfassung des durch die Batteriezelle fließenden Stroms möglich. Insbesondere im Vergleich zu der Alternative des Bildens eines Stromvergleichswertes aus dem quadratischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I ist die Berechnung über das Mittel der durch das Filter gefilterten Stromquadrate des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellestromes I schneller, da eine komplizierte Wurzelberechnung wegfällt.In the step of forming, the current comparison value preferably results from the mean of the current squares of the battery cell current I flowed through within the predetermined time period T by means of such a design. A reliable and above all rapid detection of the current flowing through the battery cell is possible. In particular, compared to the alternative of forming a current comparison value from the root mean square of the battery cell current I flowed over the predetermined time period T, the calculation over the average of the filter current squares of the battery cell current I flowed within the predetermined time period T is faster because of a complicated root calculation eliminated.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform entspricht in dem Schritt des Vergleichens der vorbestimmte, limitierende Referenzwert dem Quadrat eines maximal zulässigen Wertes für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstromes I. Dadurch ist auch für die vorhergehende Ausführungsform eine sinnvolle Grenze für den wie dort beschrieben gebildeten Stromvergleichswert gegeben.In a preferred further development of this embodiment, in the step of comparing, the predetermined, limiting reference value corresponds to the square of a maximum permissible value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. This also constitutes a reasonable limit for the embodiment as described above for the preceding embodiment Current comparison value given.

Vorzugsweise entspricht der Batteriezellstrom I einem Ladestrom IC der Batteriezelle, wobei IC = 0, falls I < 0 gilt und wobei IC = I, falls I ≥ 0 gilt. Da in einigen elektrochemischen Zellen beziehungsweise Batteriezellen zwecks Vermeidung von Lithium-Plating die Ladeströme gesondert überwacht und stärker eingeschränkt werden müssen als die Entladeströme, ist eine solche den Batteriezellstrom beschränkende Ausführungsform des Verfahrens sinnvoll.The battery cell current I preferably corresponds to a charging current I C of the battery cell, where I C = 0 if I <0 and where I C = I if I ≥ 0. Since in some electrochemical cells or battery cells in order to avoid lithium plating, the charging currents must be monitored separately and more limited than the discharge currents, such a battery cell current limiting embodiment of the method makes sense.

In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht in dem Schritt des Vergleichens der vorbestimmte, limitierende Referenzwert einem maximal zulässigen Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic oder dem Quadrat eines maximal zulässigen Wertes für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic.In a preferred embodiment, in the step of comparing, the predetermined limiting reference value corresponds to a maximum allowable value for the charging current Ic flowing within the predetermined time period T or the square of a maximum allowable value for the charging current Ic flowing within the predetermined time period T.

Bevorzugt ergibt sich in dem Schritt des Bildens der Stromvergleichswert aus dem arithmetischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I. Mit einer derartigen Ausführungsform des Verfahrens ist eine besonders einfache, aber dennoch effiziente Überwachung des Batteriezellstromes I realisierbar.In the step of forming, the current comparison value preferably results from the arithmetic mean of the battery cell current I that has flowed over the predetermined time period T. With such an embodiment of the method, a particularly simple but nevertheless efficient monitoring of the battery cell current I can be realized.

Vorzugsweise ergibt sich in dem Schritt des Bildens der Stromvergleichswert aus dem Mittel der durch das Filter gefilterten Stromwerte des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I. Durch eine solche Ausführungsform lässt sich das arithmetische Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I gut approximieren.In the step of forming, the current comparison value preferably results from the mean of the filter values of the battery cell current I flowed through within the predetermined time period T. By means of such an embodiment, the arithmetic mean of the battery cell current I flowed over the predetermined time period T can be approximated well.

Bevorzugt ist das im Verfahrensschritt des Bildens verwandte Filter ein Tiefpassfilter.Preferably, the filter used in the step of forming is a low-pass filter.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Abschaltens des Batteriezellstroms I, sobald der im ersten Verfahrensschritt des Bildens gebildete Stromvergleichswert im zweiten Verfahrensschritt des Vergleichens den vorbestimmten, limitierenden Referenzwert überschreitet.Preferably, the method further comprises the step of switching off the battery cell current I as soon as the current comparison value formed in the first method step of the forming exceeds the predetermined, limiting reference value in the second method step of the comparison.

Des Weiteren wird eine Batteriemanagementeinheit zur Verfügung gestellt, die dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Furthermore, a battery management unit is provided, which is designed to carry out the method according to the invention.

Ferner wird eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriemanagementeinheit bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.Furthermore, a battery is provided with a battery management unit according to the invention, wherein the battery is particularly preferably designed as a lithium-ion battery. Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability. Another advantage of lithium-ion batteries is that they are not subject to memory effect.

Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batteriemanagementeinheit bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Further, a motor vehicle is provided with a battery having a battery management unit according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stromüberwachung einer Batteriezelle, und 1 An embodiment of a method according to the invention for monitoring the current of a battery cell, and

2 einen Vergleich zweier unterschiedlicher Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren. 2 a comparison of two different embodiments of the inventive method.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 zur Stromüberwachung einer Batteriezelle gezeigt. Dieses umfasst mindestens zwei Verfahrensschritte S1 und S2, welche in diesem Ausführungsbeispiel kontinuierlich und parallel zueinander ausgeführt werden. Im ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Stromvergleichswert unter Verwendung des in einem vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I sowie unter Verwendung eines Filters gebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird im ersten Verfahrensschritt S1 der innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums T geflossene Batteriezellstrom I dazu verwendet, einen Stromvergleichswert zu bilden beziehungsweise zu berechnen, wobei zu dieser Bildung beziehungsweise Berechnung ein Filter verwandt wird. Im zweiten Verfahrensschritt S2 wird der im ersten Verfahrensschritt S1 gebildete Stromvergleichswert mit einem vorbestimmten, limitierenden Referenzwert verglichen. In diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 wird im zweiten Verfahrensschritt S2 durchgehend überprüft, ob der im ersten Verfahrensschritt S1 gebildete Stromvergleichswert kleiner ist als der vorbestimmte, limitierende Referenzwert.In the 1 is an embodiment of a method according to the invention 50 for monitoring the current of a battery cell. This comprises at least two method steps S 1 and S 2 , which are carried out continuously and in parallel in this embodiment. In the first method step S 1 , a current comparison value is formed using the battery cell current I flowed in a predetermined time period T and using a filter. In other words, in the first method step S 1, the battery cell current I flowed within a predetermined time period T is used to form or calculate a current comparison value, a filter being used for this formation or calculation. In the second method step S 2 , the current comparison value formed in the first method step S 1 is compared with a predetermined, limiting reference value. In this embodiment of a method according to the invention 50 In the second method step S 2, it is continuously checked whether the current comparison value formed in the first method step S 1 is smaller than the predetermined, limiting reference value.

In diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens 50 wird im ersten Verfahrensschritt des Bildens S1 rein beispielhaft ein Stromvergleichswert IRMS aus dem quadratischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I gebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 50 von dem innerhalb des Zeitraums T geflossenen Strom der Batteriezelle, also dem Batteriezellstrom I, das quadratische Mittel gebildet und als Stromvergleichswert IRMS verwendet. Im zweiten Verfahrensschritt S2 wird dieser Stromvergleichswert mit einem vorbestimmten, limitierenden Referenzwert Ilim verglichen, der in diesem Ausführungsbeispiel einem maximal zulässigen Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstromes I entspricht. Dabei entspricht der Batteriezellstrom I in diesem sowie in allen folgenden Ausführungsbeispielen einem zeitlich veränderlichen Strom beziehungsweise einem Wechselstrom i(t). In Formeln ausgedrückt, liegt dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die folgende Ungleichung zugrunde:

Figure DE102012222726A1_0002
In this embodiment of the method 50 For example, in the first method step of forming S 1 , a current comparison value I RMS is formed from the root mean square of the battery cell current I that has flowed over the predetermined period of time T 1. In other words, in the in 1 illustrated embodiment of the method according to the invention 50 from the flow of the battery cell, ie the battery cell current I, which has flowed within the time period T, the quadratic mean is formed and used as the current comparison value I RMS . In the second method step S 2 , this current comparison value is compared with a predetermined, limiting reference value I lim , which in this exemplary embodiment corresponds to a maximum permissible value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. In this case as well as in all subsequent embodiments, the battery cell current I corresponds to a time-variable current or an alternating current i (t). Expressed in formulas, this lies in 1 embodiment illustrated the following inequality:
Figure DE102012222726A1_0002

Dabei entspricht in diesem Ausführungsbeispiel die Dauer des vorbestimmten Zeitraums T, welcher sich von t0 bis T erstreckt, der Filterzeit Tf des verwandten Filters (nicht dargestellt), welches in diesem sowie in allen folgenden Ausführungsbeispielen rein beispielhaft als Tiefpassfilter ausgeführt ist. Die Filterzeit Tf und der vorbestimmte, limitierende Referenzwert Ilim sind in diesem Ausführungsbeispiel entsprechend dem thermischen Verhalten und den chemischen Eigenschaften der Batteriezelle gewählt, von welcher der Batteriezellstrom I bereitgestellt wird.In this embodiment corresponds to the duration of the predetermined period T, which extends from t 0 to T, the filter time T f of the related filter (not shown), which is embodied in this and in all subsequent embodiments purely by way of example as a low-pass filter in this embodiment. The filter time T f and the predetermined, limiting reference value I lim are chosen in this embodiment according to the thermal behavior and the chemical properties of the battery cell from which the battery cell current I is provided.

In einem ersten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 zur Stromüberwachung einer Batteriezelle kann in dem Schritt des Bildens S1 ein einfacherer Stromvergleichswert I2 LP aus dem Mittel der durch ein Filter, hier ein Tiefpassfilter, gefilterten Stromquadrate des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I gebildet werden, welcher den Wert des wie oben beschrieben gebildeten quadratischen Mittels annähert. Dazu wird der innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossene Batteriezellstrom I zunächst quadriert und anschließend mit einer Zeitkonstante τ gefiltert, welche auf ähnliche Art und Weise wie die Filterzeit Tf bestimmt werden kann. In diesem ersten anderen Ausführungsbeispiel entspricht der vorbestimmte, limitierende Referenzwert im Schritt des Vergleichens S2 dem Quadrat I2 lim eines maximal zulässigen Wertes für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstromes I. In diesem ersten anderen Ausführungsbeispiel wird rein beispielhaft der vorbestimmte, limitierende Referenzwert des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels quadriert und als obere Grenze oder Schranke für den Stromvergleichswert I2 LP, welcher aus dem quadrierten und anschließend mit einer Zeitkonstante τ gefilterten Batteriezellstrom I gebildet wird, verwendet. In Formeln ausgedrückt, liegt diesem ersten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 die folgende Ungleichung zugrunde: I2 LP = LowPass(i2(t),τ) < I2 lim In a first alternative embodiment of a method according to the invention 50 For current monitoring of a battery cell, in the step of forming S 1, a simpler current comparison value I 2 LP can be formed from the average of the current through a filter, here a low-pass filter, filtered current squares of the battery cell current I flowed within the predetermined time period T, which the value of the as above described square mean approximated. For this purpose, within the predetermined period T flowed battery cell current I first squared and then filtered with a time constant τ, which can be determined in a similar manner as the filter time T f . In this first alternative embodiment, the predetermined, limiting reference value in step S 2 corresponds to the square I 2 lim of a maximum permissible value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. In this first alternative embodiment, the predetermined, limiting reference value is purely exemplary of in 1 squared and squared as the upper limit or barrier for the current comparison value I 2 LP , which is formed from the squared and then with a time constant τ filtered battery cell current I. Expressed in formulas, this first alternative embodiment of a method according to the invention is 50 based on the following inequality: I 2 LP = LowPass (i 2 (t), τ) <I 2 lim

Ferner kann in einem zweiten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 das Verfahren 50 für die Beschränkung eines Ladestroms IC einer Batteriezelle verwandt werden. In einem solchen zweiten anderen Ausführungsbeispiel entspricht der Batteriezellstrom I der Batteriezelle einem Ladestrom IC der Batteriezelle, wobei IC = 0, falls I < 0 gilt und wobei IC = I, falls I ≥ 0 gilt. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der Ladestrom IC im Rahmen eines solchen zweiten anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 auf einen Wert von „0“ gesetzt, sobald der tatsächlich fließende Batteriezellstrom I einen Wert aufweist, welcher negativ, also kleiner als „0“ ist. Weist der Batteriezellstrom I einen Wert auf, welcher positiv oder gleich „0“ ist, welcher also größer oder gleich „0“ ist, wird der Ladestrom IC gleich dem Batteriezellstrom I gesetzt. Die Berechnung eines Stromvergleichswertes kann dann, unter Verwendung des Ladestromes IC, entweder wie in der Beschreibung zu dem Ausführungsbeispiel der 1 oder wie in der Beschreibung zu dem ersten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 dargelegt erfolgen. Es ergeben sich dann je nachdem, nach der Methode welchen Ausführungsbeispiels die Berechnung erfolgt, entweder ein Stromvergleichswert IRMS,C oder ein Stromvergleichswert I2 LP,C für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic. In diesem zweiten, anderen Ausführungsbeispiel entspricht der vorbestimmte, limitierende Referenzwert in dem Schritt des Vergleichens S2 einem maximal zulässigen Wert Ilim,c für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic oder dem Quadrat eines maximal zulässigen Wertes I2 lim,c für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic, je nachdem, auf welche Weise der Stromvergleichswert (IRMS,C oder I2 LP,C) berechnet wird. In Formeln ausgedrückt, liegen dem zweiten, anderen Ausführungsbeispiel dann entweder die Ungleichung:

Figure DE102012222726A1_0003
zugrunde. In einem solchen zweiten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 50 kann aber auch die Limitierung des unquadrierten Ladestromes Ic, welcher innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes T fließt, sinnvoll sein. Beispielswiese kann sich in dem Schritt des Bildens S1 der Stromvergleichswert auch aus dem arithmetischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I beziehungsweise Ladestromes Ic ergeben. Bei der Wahl einer derartigen Bildung eines Stromvergleichswertes IMW,C ist es sinnvoll, den limitierenden Referenzwert mit Ilim,c wie oben beschrieben zu wählen. Ein solches Ausführungsbeispiel kann mathematisch wie folgend beschrieben werden:
Figure DE102012222726A1_0004
Furthermore, in a second alternative embodiment of a method according to the invention 50 the procedure 50 be used for the limitation of a charging current I C of a battery cell. In such a second alternative embodiment, the battery cell current I of the battery cell corresponds to a charging current I C of the battery cell, where I C = 0 if I <0 and where I C = I if I ≥ 0. In other words, the charging current I C in the context of such a second other embodiment of a method according to the invention 50 set to a value of "0" as soon as the actually flowing battery cell current I has a value which is negative, that is less than "0". If the battery cell current I has a value which is positive or equal to "0", ie which is greater than or equal to "0", the charging current I C is set equal to the battery cell current I. The calculation of a current comparison value can then, using the charging current I C , either as in the description of the embodiment of the 1 or as in the description of the first other embodiment of a method according to the invention 50 set out. Depending on the method according to which the calculation is carried out, either a current comparison value I RMS, C or a current comparison value I 2 LP, C for the charging current Ic flowing within the predetermined time period T then result. In this second, different exemplary embodiment, the predetermined, limiting reference value in the step S 2 corresponds to a maximum permissible value I lim, c for the charging current Ic flowing within the predetermined period T or the square of a maximum permissible value I 2 lim, c for the charging current Ic flowing within the predetermined period T, depending on how the current comparison value (I RMS, C or I 2 LP, C ) is calculated. Expressed in formulas, the second, other exemplary embodiment then has either the inequality:
Figure DE102012222726A1_0003
based. In such a second alternative embodiment of a method according to the invention 50 but can also be the limitation of the unquadrierten charging current Ic, which flows within a predetermined period T, make sense. For example, in the step of forming S 1, the current comparison value may also result from the arithmetic mean of the battery cell current I or charging current Ic flowed over the predetermined time period T 1. When choosing such a formation of a current comparison value I MW, C , it makes sense to select the limiting reference value with I lim, c as described above. Such an embodiment may be described mathematically as follows:
Figure DE102012222726A1_0004

Auch kann das arithmetische Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstroms I beziehungsweise Ladestroms Ic über ein Filter, hier rein beispielhaft wieder ein Tiefpassfilter, angenähert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann sich in dem Schritt des Bildens S1 der Stromvergleichswert auch aus dem Mittel der durch ein Tiefpassfilter gefilterten, unquadrierten Stromwerte des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellestromes I beziehungsweise Ladestromes Ic ergeben. Der sich auf diese Weise ergebende Stromvergleichswert ILP,C kann dann wie folgend beschrieben mit dem limitierenden Referenzwert Ilim,c ins Verhältnis gesetzt werden:

Figure DE102012222726A1_0005
Also, the arithmetic mean of the battery cell current I or charging current Ic that has flowed over the predetermined time period T can be approximated by way of a filter, here purely by way of example again a low-pass filter. In other words, in the step of forming S 1, the current comparison value can also result from the average of the low-pass filtered, unquaded current values of the battery cell current I or charging current Ic flowed within the predetermined time period T c. Of the The resulting current comparison value I LP, C can then be compared with the limiting reference value I lim, c as described below:
Figure DE102012222726A1_0005

In allen hier dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens 50 entspricht das im ersten Verfahrensschritt des Bildens S1 zur Bildung eines Stromvergleichswertes verwandte Filter rein beispielhaft einem Tiefpassfilter. Es können aber auch erfindungsgemäße Verfahren 50 ausgeführt werden, in welchen ein anderes Filter als ein Tiefpassfilter verwendet wird. Des Weiteren können auch erfindungsgemäße Verfahren 50 ausgeführt werden, in denen der vorbestimmte, limitierende Referenzwert nicht wie in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen gewählt ist. Ein vorbestimmter, limitierender Referenzwert kann rein beispielhaft auch größer oder kleiner als ein maximal zulässiger Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstrom I beziehungsweise Ladestrom Ic, oder aber auch ganz anders gewählt werden. Auch können in dem ersten Verfahrensschritt des Bildens S1 andere als die wie oben beschrieben gebildeten Stromvergleichswerte gebildet werden.In all embodiments of the method according to the invention shown here 50 By way of example, the filter used in the first method step of forming S 1 to form a current comparison value corresponds to a low-pass filter. But it can also process according to the invention 50 in which another filter is used as a low-pass filter. Furthermore, methods according to the invention can also be used 50 are executed, in which the predetermined, limiting reference value is not selected as in the embodiments shown here. By way of example, a predetermined limiting reference value can also be selected to be greater or smaller than a maximum permissible value for the battery cell current I or charging current Ic flowing within the predetermined time period T, or else quite differently. Also in the first method step of forming S 1, other than the current comparison values formed as described above can be formed.

Die 2 zeigt einen Vergleich zweier unterschiedlicher Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Verfahren. Genauer ausgedrückt ist in der 2 ein Diagramm gezeigt, in welchem die Zeit in Sekunden über dem Strom in Ampere abgetragen ist. Innerhalb des Diagramms sind zwei Kurven zu sehen, die jeweils einem Stromvergleichswert 10 entsprechen, wobei die beiden mit den Kurven abgebildeten Stromvergleichswerte 10 auf unterschiedliche Weise gebildet wurden. Der erste Stromvergleichswert 10, dessen Kurve gestrichelt dargestellt ist, wurde wie in der Beschreibung zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, gebildet. Das heißt, der Stromvergleichswert 10, der über die gestrichelte Kurve abgebildet ist, wurde aus dem quadratischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I gebildet. Der zweite Stromvergleichswert 10, dessen Wurzel durch die Kurve mit durchgezogener Linie repräsentiert wird, wurde wie in der Beschreibung zu dem ersten anderen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt, gebildet. Das heißt, der zweite Stromvergleichswert 10, dessen Wurzel über die durchgezogene Kurve abgebildet wird, wurde aus dem Mittel der durch ein Tiefpassfilter gefilterten Stromquadrate des innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I gebildet. Um eine bessere Vergleichbarkeit zwischen den beiden Stromvergleichswerten zu erreichen, wurde, wie bereits erwähnt, aus dem zweiten Stromvergleichswert 10, also aus dem Mittel der durch ein Tiefpassfilter gefilterten Stromquadrate des innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I, die Wurzel gebildet. Die beiden vorbestimmten Zeiträume T sind für den Vergleich der beiden Stromvergleichswerte in dem Diagramm der 2 von gleicher Dauer gewählt.The 2 shows a comparison of two different embodiments of inventive method. More specifically, in the 2 a diagram is shown in which the time in seconds above the current in amperes is removed. Within the diagram are two curves, each with a current comparison value 10 where the two current comparison values depicted with the curves 10 were formed in different ways. The first current comparison value 10 , whose curve is shown in dashed lines, was as in the description of the in 1 illustrated embodiment of the inventive method, formed. That is, the current comparison value 10 represented by the dashed curve was formed from the square mean of the battery cell current I flown over the predetermined period of time T. The second current comparison value 10 , whose root is represented by the solid line curve, was formed as set out in the description of the first other embodiment of a method according to the invention. That is, the second current comparison value 10 , whose root is mapped by the solid curve, was formed from the mean of the current squares of the battery cell current I flown within a predetermined period of time T by a low-pass filter. To achieve better comparability between the two current comparison values, as already mentioned, the second current comparison value was used 10 , So from the mean of the filtered through a low pass filter current squares of the flowed within a predetermined period of time T cell battery current I, the root formed. The two predetermined time periods T are for the comparison of the two current comparison values in the diagram of FIG 2 of equal duration.

Zu einem willkürlich gewählten Zeitpunkt von t = 200 Sekunden, werden die beiden Stromvergleichswerte 10 miteinander verglichen. Während der erste Stromvergleichswert 10, der in der gestrichelten Kurve abgebildet ist, zu dem Zeitpunkt t = 200 Sekunden einen Wert von ca. 137,5 Ampere aufweist, entspricht die Wurzel des zweiten Stromvergleichswertes 10, welche durch die Kurve mit durchgezogener Linie repräsentiert wird, zu diesem Zeitpunkt ungefähr einem Wert von 128,6 Ampere. Dies entspricht einer Übereinstimmung der beiden Stromvergleichswerte von über 90 %. Erst, wenn die Dauer des vorbestimmten Zeitraums größer als ca. 350 Sekunden gewählt wird, weichen die beiden Stromvergleichswerte 10 stärker voneinander ab. Es zeigt sich also anhand des in 2 dargestellten Diagramms, dass das Mittel der durch ein Tiefpassfilter gefilterten Stromquadrate eines Batteriezellstromes I einer Batteriezelle über vorbestimmte Zeiträume T von relativ langer Dauer, welche in dem Beispiel der 2 bis zu 350 Sekunden betragen kann, als gute Approximation für das quadratische Mittel des über den jeweils selben vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I derselben Batteriezelle taugt.At an arbitrary time of t = 200 seconds, the two current comparison values become 10 compared to each other. During the first current comparison value 10 , which is represented in the dashed curve, at the time t = 200 seconds has a value of about 137.5 amps, corresponds to the root of the second current comparison value 10 , which is represented by the solid line curve, at this time, approximately 128.6 amps. This corresponds to a match of the two current comparison values of over 90%. Only when the duration of the predetermined time period is chosen to be greater than about 350 seconds, the two current comparison values deviate 10 stronger from each other. It is thus apparent from the in 2 in that the average of the current squares of a battery cell current I of a battery cell filtered over a low-pass filter over predetermined periods T of relatively long duration, which in the example of FIG 2 may be up to 350 seconds, as good approximation for the root mean square of over the same predetermined time period T flowed battery cell current I of the same battery cell suits.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2011/0109273 [0004, 0004] US 2011/0109273 [0004, 0004]

Claims (12)

Verfahren (50) zur Stromüberwachung einer Batteriezelle, wobei das Verfahren (50) durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: – Bilden (S1) eines Stromvergleichswertes (10) unter Verwendung des in einem vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I sowie unter Verwendung eines Filters, – Vergleichen (S2) des Stromvergleichswertes (10) mit einem vorbestimmten, limitierenden Referenzwert.Procedure ( 50 ) for current monitoring of a battery cell, wherein the method ( 50 ) is characterized by the following method steps: - forming (S 1 ) a current comparison value ( 10 ) using the battery cell current I flowed in a predetermined time period T and using a filter, - comparing (S 2 ) the current comparison value ( 10 ) with a predetermined, limiting reference value. Verfahren (50) nach Anspruch 1, wobei sich in dem Schritt des Bildens (S1) der Stromvergleichswert (10) aus dem quadratischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I ergibt.Procedure ( 50 ) according to claim 1, wherein in the step of forming (S 1 ) the current comparison value ( 10 ) results from the root mean square of the battery cell current I flowed over the predetermined time period T. Verfahren (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Schritt des Vergleichens (S2) der vorbestimmte, limitierende Referenzwert einem maximal zulässigen Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstrom I entspricht. Procedure ( 50 ) according to one of the preceding claims, wherein in the step of comparing (S 2 ) the predetermined, limiting reference value corresponds to a maximum permissible value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. Verfahren (50) nach Anspruch 1, wobei sich in dem Schritt des Bildens (S1) der Stromvergleichswert (10) aus dem Mittel der durch das Filter gefilterten Stromquadrate des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I ergibt.Procedure ( 50 ) according to claim 1, wherein in the step of forming (S 1 ) the current comparison value ( 10 ) results from the mean of the filtered through the filter current squares of the flowed within the predetermined period T battery cell current I. Verfahren (50) nach Anspruch 4, wobei in dem Schritt des Vergleichens (S2) der vorbestimmte, limitierende Referenzwert dem Quadrat eines maximal zulässigen Wertes für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Batteriezellstrom I entspricht. Procedure ( 50 ) according to claim 4, wherein in the step of comparing (S 2 ) the predetermined, limiting reference value corresponds to the square of a maximum allowable value for the battery cell current I flowing within the predetermined time period T. Verfahren (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batteriezellstrom I einem Ladestrom IC der Batteriezelle entspricht, wobei IC = 0, falls I < 0 gilt und wobei IC = I, falls I ≥ 0 gilt.Procedure ( 50 ) according to one of the preceding claims, wherein the battery cell current I corresponds to a charging current I C of the battery cell, where I C = 0, if I <0 and where I C = I, if I ≥ 0 applies. Verfahren (50) nach Anspruch 6, wobei in dem Schritt des Vergleichens (S2) der vorbestimmte, limitierende Referenzwert einem maximal zulässigen Wert für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic oder dem Quadrat eines maximal zulässigen Wertes für den innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T fließenden Ladestrom Ic entspricht.Procedure ( 50 ) according to claim 6, wherein in the step of comparing (S 2 ) the predetermined limiting reference value is a maximum allowable value for the charge current Ic flowing within the predetermined time period T or the square of a maximum allowable charge current for the charge current flowing within the predetermined time period T Ic corresponds. Verfahren (50) nach Anspruch 1 und 6 oder 7, wobei sich in dem Schritt des Bildens (S1) der Stromvergleichswert (10) aus dem arithmetischen Mittel des über den vorbestimmten Zeitraum T geflossenen Batteriezellstromes I ergibt.Procedure ( 50 ) according to claim 1 and 6 or 7, wherein in the step of forming (S 1 ) the current comparison value ( 10 ) results from the arithmetic mean of the battery cell current I having flowed over the predetermined time period T. Verfahren (50) nach Anspruch 1 und 6 oder 7, wobei sich in dem Schritt des Bildens (S1) der Stromvergleichswert (10) aus dem Mittel der durch das Filter gefilterten Stromwerte des innerhalb des vorbestimmten Zeitraums T geflossenen Batteriezellstromes I ergibt.Procedure ( 50 ) according to claim 1 and 6 or 7, wherein in the step of forming (S 1 ) the current comparison value ( 10 ) from the mean of the filtered by the filter current values of the flowed within the predetermined period T battery cell current I. Batteriemanagementeinheit, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren (50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Battery management unit adapted to carry out the method ( 50 ) according to one of the preceding claims. Batterie mit einer Batteriemanagementeinheit nach Anspruch 10.Battery with a battery management unit according to claim 10. Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 11, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Motor vehicle with a battery according to claim 11, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
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