DE102013220918A1 - Method for battery management and battery management system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Batteriemanagement einer Batterie (1) mit mehreren Batteriezellen (2), wobei zu einem ersten Zeitpunkt ein Korrektheitszustands einer Zellspannungsmessung ermittelt wird, zu dem ersten Zeitpunkt ein Grenzwert einer der Batterie (1) zuführbaren Energie ermittelt wird, ab dem ersten Zeitpunkt ein Batteriezellenstromintegral ermittelt wird, wobei das Batteriezellenstromintegral zu dem ersten Zeitpunkt auf Null gesetzt wird, das Batteriezellenstromintegral regelmäßig mit dem Grenzwert verglichen wird und ein Sicherheitszustand eingestellt wird, falls das Batteriezellenstromintegral über dem Grenzwert liegt. Es werden außerdem ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie (1) und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebsystem mit einer derartigen Batterie (1) verbunden ist.The invention relates to a method for battery management of a battery (1) having a plurality of battery cells (2), wherein at a first time a correctness state of a cell voltage measurement is determined at the first time a limit value of one of the battery (1) energy is determined, from the first time a battery cell current integral is determined, wherein the battery cell current is fully set to zero at the first time, the battery cell current integral is regularly compared with the limit value and a safety state is set if the battery cell current is above the limit value. A computer program and a battery management system are also provided, which are set up to carry out the method, and a battery (1) and a motor vehicle whose drive system is connected to such a battery (1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Batteriemanagement mit mehreren Batteriezellen.The invention relates to a method for battery management with a plurality of battery cells.

Gegenstand der Erfindung sind außerdem ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer derartigen Batterie verbunden ist.The invention also relates to a computer program and a battery management system, which are adapted to carry out the method, as well as a battery and a motor vehicle whose drive system is connected to such a battery.

Bei Lithium-Ionen-Batterien ist es nötig sicherzustellen, dass die einzelnen Zellen nicht überladen werden, da es sonst zu irreparablen Schäden an den Zellen kommen kann, beispielsweise durch einen rapiden Temperaturanstieg (thermal runaway). Um dies zu verhindern, wird die Spannung jeder einzelnen Zelle überwacht. Die Spannungsüberwachung kann allerdings ausfallen, zum Beispiel durch ein Verlieren des Kontaktes zur Zelle, wodurch ein freies Potential (floating potential) entstehen kann. With lithium-ion batteries it is necessary to ensure that the individual cells are not overloaded, as otherwise irreparable damage to the cells can occur, for example due to a rapid rise in temperature (thermal runaway). To prevent this, the voltage of each individual cell is monitored. However, the voltage monitoring can fail, for example by losing the contact with the cell, whereby a free potential (floating potential) can arise.

Es ist möglich, die Zellspannungen redundant zu erfassen, jedoch führt diese Maßnahme zu mehr Kosten bei der Herstellung. Alternativ ist es möglich, die Verbindung gezielt zu testen, beispielsweise durch eine Aktivierung von Widerständen, welche zum Ladezustandsausgleich der Batteriezellen (battery balancing) verwendet werden. Das Testen der Verbindung sollte dabei in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, um Sicherheitsstandards zu genügen. Hierdurch können in diesem Zeitraum keine Zellspannungswerte erfasst werden. Des Weiteren belastet ein derart häufiges Aktivieren die Ladezustandsausgleichswiderstände.It is possible to detect the cell voltages redundantly, but this measure leads to more manufacturing costs. Alternatively, it is possible to test the connection in a targeted manner, for example by activating resistors which are used for charge state compensation of the battery cells (battery balancing). Testing the connection should be done periodically to meet safety standards. As a result, no cell voltage values can be detected during this period. Furthermore, such frequent activation charges the state of charge compensation resistors.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Batteriemanagement einer Batterie mit mehreren Batteriezellen sind folgende Schritte vorgesehen:

  • a) Ermitteln eines Korrektheitszustands einer Zellspannungsmessung zu einem ersten Zeitpunkt,
  • b) Ermitteln eines Grenzwerts einer der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt zuführbaren Energie,
  • c) Ermitteln eines Batteriezellenstromintegrals ab dem ersten Zeitpunkt, wobei das Batteriezellenstromintegral zu dem ersten Zeitpunkt auf Null gesetzt wird,
  • d) regelmäßiges Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert und
  • e) Einstellen eines Sicherheitszustands, falls im Schritt d) das Batteriezellenstromintegral über dem Grenzwert liegt.
In the method according to the invention for battery management of a battery having a plurality of battery cells, the following steps are provided:
  • a) determining a correctness state of a cell voltage measurement at a first time,
  • b) determining a limit value of energy that can be supplied to the battery at the first time,
  • c) determining a battery cell current integral from the first time, wherein the battery cell current is fully set to zero at the first time,
  • d) regularly comparing the battery cell current integral with the limit value and
  • e) Setting a safety state if in step d) the battery cell current integral is above the limit.

Als Korrektheitszustand wird im Rahmen der Anmeldung jeder Zustand bezeichnet, bei welchem die Zellspannungsmessung hinsichtlich ihrer Spezifikation ordnungsgemäß funktioniert, d. h. bei welchem sie Werte innerhalb eines definierten Wertebereichs ermittelt und/oder Wertepaare innerhalb von definierten Wertepaarbereichen ermittelt, wobei durch die Definition von Wertepaarbereichen eines Wertepaares insbesondere eine Limitierung der zeitlichen Schwankung von Werten ermöglicht werden kann. In the context of the application, the state of correctness is defined as any state in which the cell voltage measurement functions properly with respect to its specification, ie. H. in which it determines values within a defined range of values and / or determines pairs of values within defined value pairs ranges, whereby the definition of value pair ranges of a value pair can in particular make it possible to limit the temporal fluctuation of values.

Das Batteriezellenstromintegral kann als Maß für die Zellbelastung im Betrieb fortlaufend ermittelt werden. Ab dem ersten Zeitpunkt wird das Batteriezellenstromintegral daher kontinuierlich oder zumindest regelmäßig, beispielsweise alle 3 s, ermittelt und mit dem Grenzwert verglichen, was im Rahmen der Erfindung auch als Überwachung des Batteriezellenstromintegrals bezeichnet wird. The battery cell current integral can be continuously determined as a measure of the cell load during operation. From the first point in time, the battery cell current integral is therefore determined continuously or at least regularly, for example every 3 seconds, and compared with the limit value, which is also referred to as monitoring the battery cell current integral in the context of the invention.

Durch die Überwachung des Batteriezellenstromintegrals ist der in e) ausgelöste Sicherheitszustand verfügbar. Die Erhöhung der Verfügbarkeit des Sicherheitszustands schafft die notwendige Voraussetzung zur vermehrten Akzeptanz der Batterietechnologie von Endanwendern und Zulassungsbehörden. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass der durch die Überwachung des Batteriezellenstromintegrals getriggerte Sicherheitszustand den in ISO 26262 angegebenen Sicherheitsstandards genügt.By monitoring the battery cell current integral, the safety condition triggered in e) is available. Increasing the availability of the security state creates the necessary prerequisite for increased acceptance of battery technology by end users and regulatory authorities. In particular, this can be achieved by the fact that the triggered by the monitoring of the battery cell current integral safety state in ISO 26262 specified safety standards.

Vorteilhaft kommt das erfindungsgemäße Verfahren ohne redundanten Spannungssensor aus, welcher bei einem Abriss der Messleitung eines Spannungssensors den Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung über die Betriebsdauer gewährleistet. Advantageously, the method according to the invention does without a redundant voltage sensor, which ensures the correctness state of the cell voltage measurement over the operating period in the case of a demolition of the measuring line of a voltage sensor.

Vorteilhaft ist der Sicherheitszustand auch unabhängig vom Fahrzyklus verfügbar. Während bei ausschließlich mit Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugen anhand eines Zustands des Zündstarters, z. B. anhand von Signalen „Klemme 15 ein“ und „Klemme 15 aus“, sich ein Fahrzyklus definieren lässt, welcher es in der Praxis erlaubte, eine durchschnittliche Dauer eines Fahrzyklus festzulegen, beispielsweise eine Stunde (vgl. Abschnitt 9.4.2.3 der ISO 26262 ), ist es bei Elektrofahrzeugen hingegen vorstellbar, dass der Fahrer das Fahrzeug beim Verlassen, z. B. während des Ladens über Nacht, aktiviert lässt und den Zündstarter nicht entfernt, da keine negativen Effekte auftreten, insbesondere kein Benzin- und Energieverbrauch bzw. keine Abgase zu erwarten sind. Ebenso ist es vorstellbar, dass der Fahrer den Zündstarter nicht entfernt, da er weder durch ein Motorengeräusch noch durch einen Vortrieb des Fahrzeugs darauf aufmerksam gemacht wird, dass das Fahrzeug noch aktiv ist. Mit den Maßnahmen der Erfindung wird ein Wechsel vom operativen Betrieb zum Aufladebetrieb ohne einen Wechsel des Zustands des Zündstarters möglich, ohne dass die Sicherheit der Batterie gefährdet wird.Advantageously, the safety state is also available independently of the driving cycle. While in exclusively powered by internal combustion engine vehicles based on a state of the ignition starter, z. For example, using signals "terminal 15 on" and "terminal 15 off", a driving cycle can be defined which in practice allowed to set an average duration of a driving cycle, for example one hour (see section 9.4.2.3 of the ISO 26262 ), it is conceivable in electric vehicles, however, that the driver when leaving the vehicle, z. B. during charging overnight, activated and does not remove the ignition starter, since no negative effects occur, in particular no gasoline and energy consumption or no emissions are expected. It is also conceivable that the driver does not remove the ignition starter, since he is not alerted by an engine noise or a propulsion of the vehicle that the vehicle is still active. With the measures of the invention, a change from operating to recharge without a change of Ignition starter status is possible without jeopardizing the safety of the battery.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim method are possible.

Der Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung wird bevorzugt zu Beginn oder am Ende eines Fahrzyklus festgestellt, d. h. dass der erste Zeitpunkt ein Beginn oder ein Ende eines Fahrzyklus ist. Das Fahrzyklusende kann beispielsweise durch eine Entfernung des Zündstarters ermittelt werden oder durch eine Entfernung des Fahrers aus dem Fahrzeug. Die Entfernung des Zündstarters erfolgt bevorzugt durch eine Auswertung des Signals „Klemme 15 aus“. Die Abwesenheit des Fahrers kann beispielsweise durch Überprüfung eines Sitzkontaktes, Überprüfung eines Verschlusszustands des Fahrzeugs, durch Auswertung von Wärmesensoren oder eine Kombination hieraus ermittelt werden. Das Fahrzyklusende kann auch durch ein Signal „Laden aktiv“ oder durch eine Auswertung eines Zustandswechsels der Batterie von „Fahren (Drive)“ nach „Laden (Charge)“ ermittelt werden. Dieses Signal kann beispielsweise vom Ladegerät oder von einem Batteriemanagementsystem auf dem CAN-Bus des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Sobald die Batterie an eine Ladesteckdose angeschlossen wird, wird dies als Fahrzyklusende erkannt und die Ermittlung des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung kann durchgeführt werden. Es sind Systeme denkbar, in denen der Fahrer einen Aktuator betätigt oder einen Sprachbefehl abgibt, durch welche er den Ladevorgang startet. Eine Auswertung des Zustandswechsels, der etwa durch die Betätigung des Aktuators bereitgestellt wird, eignet sich ebenfalls zum Bestimmen des Fahrzyklusendes.The correctness state of the cell voltage measurement is preferably determined at the beginning or end of a drive cycle, i. H. that the first time is a start or an end of a drive cycle. The drive cycle end can be determined, for example, by removing the ignition starter or by removing the driver from the vehicle. The ignition starter is preferably removed by evaluating the "terminal 15 off" signal. The absence of the driver can be determined, for example, by checking a seat contact, checking a closure state of the vehicle, by evaluating thermal sensors, or a combination thereof. The end of the drive cycle can also be determined by a signal "charging active" or by an evaluation of a state change of the battery from "drive" to "charge (charge)". This signal may be provided, for example, by the charger or by a battery management system on the vehicle's CAN bus. As soon as the battery is connected to a charging socket, this is recognized as the end of the driving cycle and the determination of the correctness of the cell voltage measurement can be carried out. Systems are conceivable in which the driver actuates an actuator or issues a voice command, by which he starts the charging process. An evaluation of the state change provided by, for example, the actuation of the actuator is also suitable for determining the end of the drive cycle.

Der Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung wird bevorzugt unter Verwendung von Widerständen ermittelt, welche zum Ladezustandsausgleich einsetzbar sind. Dies ermöglicht vorteilhaft, das erfindungsgemäße Verfahren ohne weitere Zusatzelektronik durchzuführen.The correctness state of the cell voltage measurement is preferably determined using resistors which can be used for state of charge compensation. This advantageously makes it possible to carry out the method according to the invention without additional electronics.

Bevorzugt wird zu dem ersten Zeitpunkt nach Ermitteln des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung der Ladezustand (SOC, state of charge) festgestellt. Dies kann beispielsweise durch Messung der offenen Klemmenspannung (OCV, open circuit voltage) und Umrechnung anhand einer bekannten SOC/OCV-Kennlinie erfolgen. Preferably, the state of charge (SOC, state of charge) is determined at the first time after determining the correctness state of the cell voltage measurement. This can be done for example by measuring the open terminal voltage (OCV, open circuit voltage) and conversion using a known SOC / OCV characteristic.

Dabei wird beispielsweise aus dem Ladezustand einer höchstgeladenen Batteriezelle und einem maximal erlaubten Ladezustand SOCmax per Differenzbildung der Prozentwert an Ladung ermittelt, welche der Batterie maximal noch zugeführt werden kann. Der Prozentwert an Ladung, welche der Batterie noch zugeführt werden kann wird mit der Nennkapazität der Batterie (z. B. 60 Ah) multipliziert, woraus sich der Grenzwert der der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt zuführbaren Energie ergibt, mit welchem das Batteriezellenstromintegral regelmäßig verglichen wird.In this case, for example, from the state of charge of a highly charged battery cell and a maximum permitted state of charge SOC max determined by subtraction, the percentage of charge which can be supplied to the battery still maximum. The percentage of charge that can still be supplied to the battery is multiplied by the nominal capacity of the battery (eg, 60 Ah), resulting in the limit of the energy that can be supplied to the battery at the first time that the battery cell current integral is periodically compared ,

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus dem Ladezustand einer am geringsten geladenen Batteriezelle und einem minimal erlaubten Ladezustand SOCmin per Differenzbildung ein Prozentwert an Ladung ermittelt wird, welche der Batterie noch entnommen werden kann. Der Prozentwert an Ladung, welche der Batterie noch entnommen werden kann, wird mit der Nennkapazität der Batterie (z. B. 60 Ah) multipliziert, woraus sich ein zweiter Grenzwert einer der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt entnehmbaren Energie ergibt, mit welchem das Batteriezellenstromintegral ebenfalls regelmäßig verglichen wird. Der Sicherheitszustand, kann bei dieser Ausführungsform auch dann eingestellt werden, falls das Batteriezellenstromintegral unterhalb des zweiten Grenzwerts liegt.In a development of the invention, it can be provided that a percentage value of charge, which can still be taken from the battery, is determined from the state of charge of a least charged battery cell and a minimum permitted state of charge SOC min by subtraction. The percentage of charge that can still be drawn from the battery is multiplied by the nominal capacity of the battery (eg, 60 Ah), resulting in a second limit of energy removable from the battery at the first time, with which the battery cell current integral also regularly compared. The safety state can also be set in this embodiment if the battery cell current is integral below the second limit value.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Grenzwert der der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt zuführbaren Energie durch 100% oder 120% eines maximal erlaubten Ladezustands SOCmax bestimmt. Es wird dabei angenommen, dass ein Überladen der Batteriezellen bis zu einem Wert von 180% oder 200% des maximal erlaubten SOC kritisch ist, d. h. dass es dabei zu einer Brandgefahr kommt. In die Nähe dieses Wertes soll die Batterie auch bei nicht korrektem Zustand der Zellspannungsmessung gelangen, beispielsweise bei einer abgerissenen Messleitung. Eine Überladung um bis zu 20% des maximal zulässigen SOC wird dagegen noch als akzeptabel angesehen. Somit wird der Sicherheitszustand in Schritt e) dann eingestellt, wenn die Batterie außerhalb (100% des SOCmax) oder deutlich außerhalb (120% des SOCmax) der gewöhnlichen Spezifikation betrieben wird und eine Überhitzung droht.According to one embodiment of the invention, the limit value of the energy that can be supplied to the battery at the first time is determined by 100% or 120% of a maximum permitted state of charge SOC max . It is assumed that overcharging the battery cells up to a value of 180% or 200% of the maximum permitted SOC is critical, ie that there is a risk of fire. The battery should reach the vicinity of this value even if the cell voltage measurement is not correct, for example if the test lead is torn off. Overloading by up to 20% of the maximum allowable SOC is still considered acceptable. Thus, the safety state is set in step e) when the battery is operated outside (100% of the SOC max ) or well outside (120% of the SOC max ) of the ordinary specification and threatens overheating.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform verhindert der in Schritt d) eingestellte Sicherheitszustand eine Aufladung der Batterie oder begrenzt eine Aufladung der Batterie. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass eine Unterstützung beim Beschleunigen (boost) und eine Rückgewinnung von Bremsenergie (recuperation) des Systems abgeschaltet wird. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass in dem eingestellten Sicherheitszustand eine Kontrollleuchte angeschaltet wird, welche dem Fahrer signalisiert, dass eine Untersuchung des Fahrzeugs in der Werkstatt nötig ist. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass der Sicherheitszustand eine Begrenzung der bereitgestellten Batteriespannung umfasst, beispielsweise auf 50%. Auch hierdurch wird das Ziel verfolgt, eine Überhitzung der Batterie zu vermeiden.According to a preferred embodiment, the safety state set in step d) prevents charging of the battery or limits charging of the battery. In particular, it may be provided that an assistance during acceleration (boost) and a recovery of braking energy (recuperation) of the system is switched off. Additionally or alternatively, it can be provided that in the set safety state, a warning light is switched on, which signals to the driver that an examination of the vehicle in the workshop is necessary. Additionally or alternatively, it can be provided that the safety state comprises a limitation of the battery voltage provided, for example, to 50%. This also aims to avoid overheating of the battery.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der in Schritt d) eingestellte Sicherheitszustand durch einen ermittelten Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgesetzt. Hierdurch wird beispielsweise der Fall abgefangen, dass die Strommessung oder die Ladezustandsmessung fehlerhaft ist. Sobald beispielsweise nach Ende eines Fahrzyklus der Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung verifiziert wurde, kann das Verfahren mit den Schritten b), c), d) und e) weiter ausgeführt werden, ohne dass sich die Batterie im Sicherheitszustand befindet. Hierbei wird vorteilhaft ein mehrstufiges Sicherheitskonzept bereitgestellt, bei welchem bei einem korrekten Zustand der Zellspannungsmessung die Überwachung des Batteriezellenstromintegrals in den Hintergrund tritt.According to a preferred embodiment, the security state set in step d) is reset by a determined correctness state of the cell voltage measurement at a second point in time. As a result, for example, the case is caught that the current measurement or the state of charge measurement is faulty. For example, as soon as the correctness state of the cell voltage measurement has been verified after the end of a drive cycle, the method with the steps b), c), d) and e) can be continued without the battery being in the safety state. In this case, a multi-stage security concept is advantageously provided in which, in the case of a correct state of the cell voltage measurement, the monitoring of the battery cell current integral fades into the background.

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 Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems oder eines Subsystems hiervon in einem Fahrzeug handeln oder um eine Applikation für ein Batteriemanagementsystem, die beispielsweise auf einem mobilen Gerät wie einem Smartphone ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa einem Server oder einem Cloudsystem zum Herunterladen bereitgestellt werden, z. B. über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.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 module for implementing a battery management system or a subsystem thereof in a vehicle or an application for a battery management system that can be executed, for example, on a mobile device such as a smartphone. The computer program may be stored on a machine-readable storage medium, such as on a permanent or rewritable storage medium or in association with a computer device or on a removable CD-ROM, DVD or USB stick. Additionally or alternatively, the computer program may be provided for download on a computing device, such as a server or a cloud system, e.g. Via a data network such as the Internet or a communication link such as a telephone line or a wireless connection.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriemanagementsystem mit mehreren Batteriezellen bereitgestellt mit

  • – einer Einrichtung zum Ermitteln eines Korrektheitszustands einer Zellspannungsmessung zu einem ersten Zeitpunkt,
  • – einer Einrichtung zum Ermitteln eines Grenzwerts einer der Batterie zu dem ersten Zeitpunkt zuführbaren Energie,
  • – einer Einrichtung zum Ermitteln eines Batteriezellenstromintegrals,
  • – einer Einrichtung zum regelmäßigen Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert und
  • – einer Einrichtung zum Einstellen eines Sicherheitszustands, falls das Stromintegral über dem Grenzwert liegt.
According to a further aspect of the invention, a battery management system with a plurality of battery cells is provided with
  • A device for determining a correctness state of a cell voltage measurement at a first time,
  • A device for determining a limit value of energy that can be supplied to the battery at the first time,
  • A device for determining a battery cell current integral,
  • - means for periodically comparing the battery cell current integral with the limit value and
  • - A device for setting a safety state, if the current integral is above the limit.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie mit einem derartigen Batteriemanagementsystem bereitgestellt. Die Begriffe „Batterie“ und „Batterieeinheit“ werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator beziehungsweise Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinrichtungen, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, einen Modulstrang oder einen Batteriepack bezeichnen können. Als Batteriepack werden dabei mehrere Zellen bezeichnet, die räumlich zusammengefasst sind und oft mit einem Gehäuse oder mit einer Ummantelung versehen sind. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise untereinander fest verbunden und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können zu sogenannten Batteriedirektkonvertern (BDC, battery direct converter) verschaltet sein und mehrere Batteriedirektkonverter zu einem sogenannten Batteriedirektinverter (BDI, battery direct inverter).According to another aspect of the invention, a battery is provided with such a battery management system. The terms "battery" and "battery unit" are used in the present description, the usual parlance used for accumulator or Akkumulatoreinheit. The battery preferably includes one or more battery devices that may designate a battery cell, a battery module, a module string, or a battery pack. As a battery pack while several cells are referred to, which are spatially combined and often provided with a housing or with a sheath. The battery cells are preferably firmly connected to each other and interconnected circuitry, for example, connected in series or parallel to modules. Several modules can be connected to so-called battery direct converters (BDCs) and several battery direct converters to a so-called battery direct inverter (BDI).

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen zur Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung des Fahrzeugs erfolgt.According to the invention, a motor vehicle is also provided with such a battery, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle. Preferably, the method is used in electrically powered vehicles, in which an interconnection of a plurality of battery cells to provide the necessary drive voltage of the vehicle takes place.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterie und 1 a schematic representation of a battery according to the invention and

2 einen beispielhaften Verlauf eines Batteriezellenstromintegrals über die Zeit. 2 an exemplary course of a battery cell current integral over time.

1 zeigt eine Batterie 1, welche eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. 1 shows a battery 1 which is set up to carry out the method according to the invention.

Die Batterie 1 umfasst mehrere Batteriezellen 2, welche zu einem Batteriemodul 4 zusammengefasst sind. Die Batteriezellen 2 können beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt sein, welche parallel und in Reihe miteinander verschaltet sind, um die nötige Leistung der Batterie 1 bereitzustellen. Im Allgemeinen umfasst die Batterie 1 mehrere Batteriemodule 4, um die nötige Leistung der Batterie 1 bereitzustellen, was in 1 nicht dargestellt ist. Die Batterie 1 weist weiterhin Schnittstellen 20 auf, über welche die elektrische Kontaktierung der Batterie 1 mit einem Bordnetz eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) erfolgt. Weitere Sicherheitssysteme der Batterie 1, etwa Schützen oder Sicherungen, sind der Übersicht halber nicht mit dargestellt.The battery 1 includes several battery cells 2 leading to a battery module 4 are summarized. The battery cells 2 For example, lithium ion battery cells with a voltage range of 2.8 to 4.2 volts, which are connected in parallel and in series with each other, to the necessary Power of the battery 1 provide. In general, the battery includes 1 several battery modules 4 to get the necessary power from the battery 1 to provide what is in 1 not shown. The battery 1 still has interfaces 20 on, about which the electrical contact of the battery 1 with a vehicle electrical system of a vehicle (not shown) takes place. Further safety systems of the battery 1 , such as shooters or fuses, are not shown for clarity.

Die Batterie 1 umfasst eine Einrichtung 6 zur Zelldiagnose. Die Einrichtung 6 zur Zelldiagnose verwendet eine Elektronik, welche außerdem zum Ladungsausgleich der Batteriezellen 2 verwendet wird. Die Einrichtung 6 zur Zelldiagnose umfasst beispielsweise eine Einrichtung zum Prüfen der Anschlüsse einer Zellspannungsmessung (OLD, open line detection) und eine Einrichtung zur Erfassung von Leckströmen (LCD, leakage current detection). Die Einrichtung 6 zur Zelldiagnose ist über eine Kommunikationsschnittstelle 10 mit einem Steuergerät 8 verbunden, welches zu diesem Zweck ebenfalls eine Kommunikationsschnittstelle 12 aufweist. Die Kommunikation kann beispielsweise über einen synchronen seriellen Datenbus 11 erfolgen, beispielsweise über einen SPI-Bus (SPI, serial peripheral interface). Das Steuergerät 8 weist außerdem eine Kommunikationsschnittstelle 24 zu einem weiteren Kommunikationskanal auf, beispielsweise einen CAN-Bus, über welchen die Kommunikation mit weiteren elektrischen Steuergeräten erfolgt (nicht dargestellt).The battery 1 includes a device 6 for cell diagnosis. The device 6 for cell diagnosis uses electronics, which also charge balance of the battery cells 2 is used. The device 6 for cell diagnosis includes, for example, a device for testing the terminals of a cell voltage measurement (OLD, open line detection) and a device for detecting leakage currents (LCD, leakage current detection). The device 6 for cell diagnosis is via a communication interface 10 with a control unit 8th connected, which for this purpose also a communication interface 12 having. The communication may be, for example, via a synchronous serial data bus 11 take place, for example via an SPI bus (SPI, serial peripheral interface). The control unit 8th also has a communication interface 24 to a further communication channel, for example a CAN bus, via which the communication with further electrical control devices takes place (not shown).

Das Steuergerät 8 weist eine Einrichtung 30 zum Ermitteln eines Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung auf, welche Daten oder Messwerte von der Einrichtung 6 zur Zelldiagnose empfängt. Die Einrichtung 30 zur Ermittlung des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung ermittelt einen Zustand der Verdrahtung der Zellspannungsmessung durch Auswertung der Messwerte der Einrichtung 6 zur Zelldiagnose beispielsweise nach einem Fahrzyklus. Für den Fall, dass der Zustand der Zellspannungsmessung als nicht korrekt ermittelt wird, ist vorgesehen, dass die Einrichtung 30 zur Ermittlung des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung eine Einrichtung 38 zum Einstellen eines Sicherheitszustands ansteuert, welche hieraufhin Maßnahmen ergreift, beispielsweise eine Begrenzung oder Verhinderung der Aufladung der Batterie 1, eine Benachrichtigung des Fahrers und/oder eine Reduzierung der Batterieleistung.The control unit 8th has a facility 30 for determining a correctness state of the cell voltage measurement, which data or measured values from the device 6 to receive cell diagnosis. The device 30 for determining the correctness state of the cell voltage measurement determines a state of the wiring of the cell voltage measurement by evaluating the measured values of the device 6 for cell diagnosis, for example after a driving cycle. In the event that the state of the cell voltage measurement is determined to be incorrect, it is provided that the device 30 to determine the correctness state of the cell voltage measurement means 38 to set a security state, which then takes action, such as limiting or preventing the charging of the battery 1 , a notification of the driver and / or a reduction in battery power.

Die Batterie 1 weist weiterhin eine Einrichtung 28 zum Ermitteln eines Grenzwerts einer der Batterie zuführbaren Energie auf. Die Einrichtung 28 zum Ermitteln des Grenzwerts der der Batterie zuführbaren Energie empfängt Daten und Messwerte der Einrichtung 6 zur Zelldiagnose oder weiterer geeigneter Einrichtungen. Zudem ist die Einrichtung 28 zum Ermitteln des Grenzwerts der der Batterie zuführbaren Energie mit der Einrichtung 30 zum Ermitteln des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung verbunden, so dass zu jedem Zeitpunkt, zu dem Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung bestimmt wurde, die der Batterie zuführbare Energie ermittelt werden kann.The battery 1 also has a facility 28 for determining a limit value of energy that can be supplied to the battery. The device 28 to determine the limit value of the energy that can be supplied to the battery receives data and measured values of the device 6 for cell diagnosis or other suitable facilities. In addition, the device 28 for determining the limit value of the energy that can be supplied to the battery with the device 30 connected to determine the correctness state of the cell voltage measurement, so that at any time, was determined to the correctness state of the cell voltage measurement, the energy that can be supplied to the battery can be determined.

Das Steuergerät 8 weist einen Eingang 32 auf, welcher mit einem Stromsensor 14 verbunden ist, der den Strom durch das Batteriemodul 4 misst. Das Steuergerät 8 weist weiterhin eine Einrichtung 34 zum Ermitteln eines Batteriezellenstromintegrals auf, welche eingerichtet ist, den vom Stromsensor 14 bereitgestellten Stromwert über die Zeit aufzuintegrieren. Die Einrichtung 34 zum Ermitteln des Batteriezellenstromintegrals ist außerdem mit der Einrichtung 30 zum Ermitteln des Korrektheitszustands der Zellspannungsmessung gekoppelt, so dass das Batteriezellenstromintegral zu jedem Zeitpunkt auf Null gesetzt wird, zu dem Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung bestimmt wurde.The control unit 8th has an entrance 32 on, which with a current sensor 14 connected to the current through the battery module 4 measures. The control unit 8th also has a facility 34 for determining a battery cell current integral, which is set, that of the current sensor 14 to integrate the supplied current value over time. The device 34 for determining the battery cell current integral is also with the device 30 coupled to determine the correctness state of the cell voltage measurement so that the battery cell current is set to zero at all times, the correctness state of the cell voltage measurement has been determined.

Die Batterie 1 umfasst eine weitere Einrichtung 36 zum Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert der der Batterie zuführbaren Energie. Die Einrichtung 36 zum Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert empfängt die Daten der Einrichtung 28 zum Ermitteln des Grenzwerts und die Daten der Einrichtung 34 zum Ermitteln des Batteriezellenstromintegrals.The battery 1 includes another device 36 for comparing the battery cell current integral with the limit value of the energy that can be supplied to the battery. The device 36 for comparing the battery cell current integral with the limit receives the data of the device 28 for determining the limit value and the data of the device 34 for determining the battery cell current integral.

Die Batterie 1 weist außerdem eine Einrichtung 38 zum Einstellen eines Sicherheitszustands auf, welche unter anderem auch Daten der Einrichtung 36 zum Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert empfängt und weiter verarbeitet. Die Einrichtung 38 zum Einstellen des Sicherheitszustands löst den Sicherheitszustand aus, falls das Batteriezellenstromintegral über dem Grenzwert liegt. In diesem Fall kann die Einrichtung 38 zum Einstellen des Sicherheitszustands über die Kommunikationsschnittstelle 24 beispielsweise die Aufladung der Batterie begrenzen oder verhindern, sowie gegebenenfalls weitere Maßnahmen vornehmen wie eine Benachrichtigung des Fahrers und/oder eine Reduzierung der Batterieleistung.The battery 1 also has a facility 38 for setting a security state, which among other things also data of the device 36 for comparing the battery cell current integral with the limit receives and further processed. The device 38 to set the safety state triggers the safety state if the battery cell current integral is above the limit. In this case, the device may 38 for setting the safety state via the communication interface 24 For example, limit or prevent the charging of the battery, and optionally take further action such as a notification of the driver and / or a reduction in battery power.

2 zeigt beispielhaft einen Verlauf 40 eines Batteriezellenstromintegrals Iges über die Zeit. Das Diagramm umfasst drei Bereiche 42, 44, 46, wobei ein erster Bereich 42 ein operativer Bereich der Batterie 1 ist und die beiden weiteren Bereiche 44, 46 Bereiche sind, bei welchen eine Überhitzung, bzw. eine Tiefentladung der Batterie droht. Den ersten Bereich 42 und den zweiten Bereich 44 trennt ein Grenzwert 48, welcher beispielsweise durch einen Wert von 100% oder 120% des maximal erlaubten Ladezustands der Batterie bestimmt ist. Der dritte Bereich 46 ist ein Bereich unterhalb eines zweiten Grenzwertes 50. 2 shows an example of a course 40 a battery cell current integral I ges over time. The diagram comprises three areas 42 . 44 . 46 , being a first area 42 an operative area of the battery 1 is and the other two areas 44 . 46 Are areas in which overheating, or a deep discharge of the battery threatens. The first area 42 and the second area 44 separates a limit 48 , which is determined for example by a value of 100% or 120% of the maximum permitted state of charge of the battery. The third area 46 is an area below a second threshold 50 ,

Ein dargestellter Zeitpunkt t0 ist der erste Zeitpunkt im Sinne der Erfindung, zu dem der Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung festgestellt wird, der Grenzwert 48 festgelegt wird und das Batteriezellenstromintegral Iges auf Null gesetzt wird. Zwischen dem Zeitpunkt t0 und einem weiteren dargestellten Zeitpunkt t1 liegt das Batteriezellenstromintegral Iges unter dem Grenzwert 48. Nach dem Zeitpunkt t1 liegt das Batteriezellenstromintegral Iges oberhalb des Grenzwerts 48. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zeitpunkt t1 das Sicherheitssignal eingestellt, da das Batteriezellenstromintegral über dem Grenzwert 48 liegt. An illustrated time t 0 is the first point in the sense of the invention, at which the correctness state of the cell voltage measurement is determined, the limit value 48 is set and the battery cell current integral I ges is set to zero. Between the time t 0 and another illustrated time t 1 , the battery cell current integral I ges is below the limit value 48 , After time t 1 , the battery cell current integral I ges is above the limit value 48 , According to the invention, the safety signal is set at this time t 1 since the battery cell current integral is above the limit value 48 lies.

Der Sicherheitszustand, wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung auch dann eingestellt, falls das Batteriezellenstromintegral Iges unterhalb des zweiten Grenzwerts 50 liegt.The safety state, in some embodiments of the invention, is also set if the battery cell current integral I ges is below the second limit value 50 lies.

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

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 26262 [0008] ISO 26262 [0008]
  • ISO 26262 [0010] ISO 26262 [0010]

Claims (10)

Verfahren zum Batteriemanagement einer Batterie (1) mit mehreren Batteriezellen (2), mit den Schritten: a) Ermitteln eines Korrektheitszustands einer Zellspannungsmessung zu einem ersten Zeitpunkt (t0), b) Ermitteln eines Grenzwerts (48) einer der Batterie (1) zu dem ersten Zeitpunkt (t0) zuführbaren Energie, c) Ermitteln eines Batteriezellenstromintegrals ab dem ersten Zeitpunkt (t0), wobei das Batteriezellenstromintegral zu dem ersten Zeitpunkt (t0) auf Null gesetzt wird, d) regelmäßiges Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert (48) und e) Einstellen eines Sicherheitszustands, falls im Schritt d) das Batteriezellenstromintegral über dem Grenzwert (48) liegt.Method for battery management of a battery ( 1 ) with several battery cells ( 2 ), comprising the steps of: a) determining a correctness state of a cell voltage measurement at a first time (t 0 ), b) determining a limit value ( 48 ) one of the batteries ( 1 ) (At the first time t 0) can be fed energy, c) determining a battery cell current integral from the first time point (t 0), wherein the battery cell current integral (at the first time t 0) is set to zero, d) regularly comparing the battery cell current integral with the Limit ( 48 ) and e) setting a safety state if in step d) the battery cell current integral is above the limit value ( 48 ) lies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zeitpunkt (t0) ein Beginn oder ein Ende eines Fahrzyklus ist.A method according to claim 1, characterized in that the first time (t 0 ) is a start or an end of a driving cycle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung unter Verwendung von Widerständen ermittelt wird, welche zu einem Ladezustandsausgleich einsetzbar sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the correctness state of the cell voltage measurement is determined by using resistors which can be used for a charge state compensation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert (48) der der Batterie (1) zu dem ersten Zeitpunkt zuführbaren Energie durch einen Wert von 100% oder 120% eines maximal erlaubten Ladezustands SOCmax bestimmt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the limit value ( 48 ) of the battery ( 1 ) is determined at the first time energisable by a value of 100% or 120% of a maximum allowable state of charge SOC max . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt d) eingestellte Sicherheitszustand eine Aufladung der Batterie (1) begrenzt oder verhindert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the safety state set in step d) is a charging of the battery ( 1 ) limited or prevented. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt d) eingestellte Sicherheitszustand durch einen ermittelten Korrektheitszustand der Zellspannungsmessung zu einem zweiten Zeitpunkt zurückgesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the safety state set in step d) is reset by a determined correctness state of the cell voltage measurement at a second point in time. Computerprogramm zur Ausführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.A computer program for performing one of the methods of any of claims 1 to 6 when the computer program is executed on a programmable computer device. Batteriemanagementsystem einer Batterie (1) mit mehreren Batteriezellen (2), mit – einer Einrichtung (30) zum Ermitteln eines Korrektheitszustands einer Zellspannungsmessung, – einer Einrichtung (28) zum Ermitteln eines Grenzwerts (48) einer der Batterie (1) zuführbaren Energie, – einer Einrichtung (34) zum Ermitteln eines Batteriezellenstromintegrals, – einer Einrichtung (36) zum regelmäßigen Vergleichen des Batteriezellenstromintegrals mit dem Grenzwert (48) und – einer Einrichtung (38) zum Einstellen eines Sicherheitszustands, falls das Stromintegral über dem Grenzwert (48) liegt.Battery management system of a battery ( 1 ) with several battery cells ( 2 ), with - a device ( 30 ) for determining a correctness state of a cell voltage measurement, - a device ( 28 ) for determining a limit value ( 48 ) one of the batteries ( 1 ) energy, - a facility ( 34 ) for determining a battery cell current integral, - a device ( 36 ) for regularly comparing the battery cell current integral with the limit value ( 48 ) and - an institution ( 38 ) for setting a safety state if the current integral exceeds the limit value ( 48 ) lies. Batterie (1) mit einem Batteriemanagementsystem nach Anspruch 8.Battery ( 1 ) with a battery management system according to claim 8. Kraftfahrzeug mit einer Batterie (1) nach Anspruch 9, wobei die Batterie (1) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Motor vehicle with a battery ( 1 ) according to claim 9, wherein the battery ( 1 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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