DE102014007304A1 - Automotive battery management with single cell monitoring - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Steuergerät (16) eines Batteriemanagementsystems (10) in einem Kraftfahrzeug, wobei jeweils eine Batteriezelle (12) an ihrem Minuspol über eine erste Leitung (14) und an ihrem Pluspol über eine zweite Leitung (14) mit einem Eingang des Steuergeräts gekoppelt ist und in dem Steuergerät ein Parallelstrompfad (18) zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Durch eine Balancing-Funktion werden über diese Leitungen auch Ströme geführt, welche die Zuverlässigkeit der Spannungsmessung der einzelnen Batteriezellen beeinflussen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erfassung der einzelnen Batteriezellspannungen zu verbessern. Dazu werden die Widerstände der Leitungen vorab gemessen und in einen Speicher (22) des Steuergeräts abgelegt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können diese auch im laufenden Betrieb ermittelt und gegebenenfalls nachkalibriert werden, sodass immer optimierte Messwerte zur Verfügung gestellt werden können. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät für die Ausführung eines solchen Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.The invention relates to an operating method for a control unit (16) of a battery management system (10) in a motor vehicle, wherein in each case a battery cell (12) at its negative pole via a first line (14) and at its positive pole via a second line (14) with a Input of the control unit is coupled and in the control unit, a parallel current path (18) between the first line and the second line is arranged. By means of a balancing function, currents are also conducted via these lines which influence the reliability of the voltage measurement of the individual battery cells. It is an object of the present invention to improve the detection of the individual battery cell voltages. For this purpose, the resistances of the lines are measured in advance and stored in a memory (22) of the control unit. In an advantageous development of the invention, these can also be determined during operation and recalibrated if necessary, so that always optimized measured values can be made available. Furthermore, the invention relates to a control device for the execution of such a method and a motor vehicle with such a control device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für ein Steuergerät eines Batteriemanagementsystems in einem Kraftfahrzeug, wobei die Spannung einer Batteriezelle über zwei Leitungen, welche mit dem Minuspol und dem Pluspol der Batteriezelle gekoppelt sind, gemessen wird, wobei in dem Steuergerät ein Parallelstrompfad zwischen der ersten und der zweiten Leitung angeordnet ist.The invention relates to an operating method for a control unit of a battery management system in a motor vehicle, wherein the voltage of a battery cell via two lines, which are coupled to the negative terminal and the positive terminal of the battery cell, is measured, wherein in the control unit, a parallel current path between the first and the second Line is arranged.

Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen eine Batterie auf, welche eine Serienschaltung vieler einzelner Batteriezellen umfassen kann. Dabei sorgt ein Batteriemanagementsystem dafür, dass die einzelnen Batteriezellen weder überladen werden noch über die Entladeschlussgrenze hinaus tiefentladen werden, was zur Zerstörung der jeweiligen Batteriezelle führen würde. Daher werden für Lithium-Ionen-Batterien üblicherweise sogenannte Balancing-Verfahren verwendet, die zu einem Ladungsausgleich innerhalb der verwendeten Einzelzellen führen, sodass insbesondere die Einzelzellen im Bereich der Ladeschlussspannung symmetriert werden.Motor vehicles, in particular electric vehicles or hybrid vehicles, have a battery, which may comprise a series connection of many individual battery cells. A battery management system ensures that the individual battery cells are neither overcharged nor over-discharged beyond the discharge limit, which would lead to the destruction of the respective battery cell. Therefore, so-called balancing methods are usually used for lithium-ion batteries, which lead to a charge balance within the individual cells used, so that in particular the individual cells are balanced in the range of the end-of-charge voltage.

In diesem Zusammenhang offenbart die US 2012/0139553 A1 ein Verfahren zum Überwachen elektrochemischer Zellen sowie eine Schaltungsanordnung zum Ladungsausgleich mit einer Selbstdiagnosefunktionalität.In this context, the US 2012/0139553 A1 a method for monitoring electrochemical cells and a charge compensation circuit with a self-diagnostic functionality.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine präzise Erfassung der einzelnen Batteriezellenspannungen ermöglicht.It is an object of the present invention to provide a method which enables a precise detection of the individual battery cell voltages.

Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Steuergerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by an operating method having the features of patent claim 1 and by a control unit having the features of patent claim 6. Advantageous developments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für ein Steuergerät eines Batteriemanagementsystems in einem Kraftfahrzeug wird an einem Eingang des Steuergeräts eine Spannung einer Batteriezelle, welche mit ihrem Minuspol über eine erste Leitung und ihrem Pluspol über eine zweite Leitung mit dem Eingang des Steuergeräts gekoppelt ist. In dem Steuergerät ist ein Parallelstrompfad zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet. Der ermittelten Spannung wird ein die anliegende Spannung repräsentierender Spannungsmesswert zugewiesen. Des Weiteren wird ein erster Stromwert ermittelt, welcher einen in der ersten Leitung fließenden Strom repräsentiert, sowie ein zweiter Stromwert, welcher einen in der zweiten Leitung fließenden Strom repräsentiert. Weiterhin wird aus einem Speicher des Steuergeräts ein erster Widerstandswert bereitgestellt, welcher den ohmschen Widerstand der ersten Leitung repräsentiert, sowie ein zweiter Widerstandswert, welcher den ohmschen Widerstand der zweiten Leitung repräsentiert. Daraus wird ein erster Spannungsabfallwert auf der ersten Leitung und ein zweiter Spannungsabfallwert auf der zweiten Leitung berechnet und auf der Grundlage der beiden Spannungsabfallwerte und der an dem Eingang des Steuergeräts anliegenden Spannung ein kompensierter Batteriezellspannungswert der Batteriezelle ermittelt.With the operating method according to the invention for a control unit of a battery management system in a motor vehicle, a voltage of a battery cell is coupled to an input of the control unit, which is coupled with its negative pole via a first line and its positive pole via a second line to the input of the control unit. In the controller, a parallel current path is arranged between the first line and the second line. The determined voltage is assigned a voltage measurement representing the applied voltage. Furthermore, a first current value is determined, which represents a current flowing in the first line, and a second current value, which represents a current flowing in the second line. Furthermore, a first resistance value, which represents the ohmic resistance of the first line, and a second resistance value, which represents the ohmic resistance of the second line, are provided from a memory of the control device. From this, a first voltage drop value on the first line and a second voltage drop value on the second line are calculated, and a compensated battery cell voltage value of the battery cell is determined on the basis of the two voltage drop values and the voltage present at the input of the controller.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Messwertverfälschung durch Kontaktübergangswiderstände und Leitungslängen während des Betriebs bei unterschiedlichen Lade- und Entladebedingungen kompensiert werden kann. Durch die genauere Detektion ist eine bessere Erkennung des Zelldrifts möglich, und somit auch eine genauere Nachregelung einer Balancer-Schaltung. Somit ergeben sich positive Auswirkungen auf Lifetime und Performanz der Batterie.This results in the advantage that a Verwertwertffälschung can be compensated by contact contact resistors and line lengths during operation at different charging and discharging conditions. Due to the more accurate detection, a better detection of the cell drift is possible, and thus also a more accurate readjustment of a balancer circuit. This results in positive effects on the lifetime and performance of the battery.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf der Basis von vorab ermittelten Daten hinterlegt. Dabei können die Widerstandswerte durch Abschätzen aufgrund des spezifischen Widerstandes und des Querschnitts sowie der Länge der ersten Leitung und der zweiten Leitung ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Widerstandswerte auch durch Messen an mindestens einem Musteraufbau gewonnen werden.In a preferred embodiment, the first resistance value and the second resistance value are stored on the basis of previously determined data. The resistance values can be determined by estimating on the basis of the specific resistance and the cross section as well as the length of the first line and the second line. Alternatively or additionally, the individual resistance values can also be obtained by measuring on at least one sample structure.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste Widerstandswert und der zweite Widerstandswert auf der Basis von Messungen während einer Kalibrierphase ermittelt, vorzugsweise durch Ermitteln eines Spannungsabfalls bei einem vorgegebenen Strom, und bei einer Erstinbetriebnahme des Steuergerätes in dem Speicher des Steuergeräts hinterlegt.In a preferred embodiment, the first resistance value and the second resistance value are determined on the basis of measurements during a calibration phase, preferably by determining a voltage drop at a predetermined current, and stored in the memory of the controller at first commissioning of the control unit.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Spannungsabfall bei einem vorgegebenen Strom zyklisch in vorgegebenen zeitlichen Abständen ermittelt werden. Die daraus gewonnenen Widerstandswerte können dann im Speicher des Steuergeräts hinterlegt werden und die alten Werte ersetzen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass während der Laufzeit Widerstandserhöhungen der Kontaktierungen erkannt werden können. Das Anstoßen eines solchen Kalibriervorgangs kann beispielsweise bei einem Service in der Werkstatt erfolgen. Kontaktierungsprobleme in Form von Widerstandserhöhungen können so frühzeitig lokalisiert werden und entsprechende Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden.In a further embodiment, the voltage drop at a given current can be determined cyclically at predetermined time intervals. The resulting resistance values can then be stored in the memory of the controller and replace the old values. This results in the advantage that resistance increases of the contacts can be detected during runtime. The initiation of such a calibration process can take place, for example, during a service in the workshop. Kontaktierungsprobleme in the form of resistance increases can be localized so early and appropriate remedial action can be taken.

Weiterhin können Sollwerte für die Widerstandswerte in einer Betriebssoftware des Steuergeräts hinterlegt werden, wobei ein Abgleich der Widerstandswerte durch Abspeichern neuer Istwerte erfolgt, welche aus einem Spannungsabfall bei einem vorgegebenen Strom während einer Kalibrierphase ermittelt werden. Die abgeglichenen Widerstandswerte können dann für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes benutzt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Überwachungssystem von Anfang an voll funktionsfähig ist, und dass durch die Anstoßung einer Kalibrierphase eine genauere Messung erzielt werden kann. Furthermore, setpoint values for the resistance values can be stored in an operating software of the control device, wherein an adjustment of the resistance values takes place by storing new actual values, which are determined from a voltage drop at a predetermined current during a calibration phase. The adjusted resistance values may then be used to determine the battery cell voltage value. This has the advantage that the monitoring system is fully functional from the beginning, and that a more accurate measurement can be achieved by the imposition of a calibration phase.

In einer weiteren Ausführungsform werden die abgeglichenen Widerstandswerte nur dann benutzt, falls sie innerhalb eines durch eine vorgegebene Abweichung von den Sollwerten limitierten Bereichs liegen, andernfalls werden für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes die zugehörigen Sollwerte oder die Randwerte des Bereichs anstelle der abgeglichenen Widerstandswerte, welche außerhalb des durch eine vorgegebene Abweichung von den Sollwerten limitierten Bereichs liegen, für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes benutzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass bei einer eventuellen Fehlmessung, welche der Plausibilitätsprüfung nicht standhält, ein Standardwert zur Berechnung der Batteriezellspannung herangezogen wird. In diesem Fall könnte das Batteriemanagementsystem eine Fehlermeldung ausgeben, sodass gegebenenfalls eine technische Überprüfung der Kontaktierung erfolgen kann.In a further embodiment, the adjusted resistance values are used only if they are within a range limited by a predetermined deviation from the setpoint values, otherwise the associated setpoint values or the boundary values of the range will be used for determining the battery cell voltage value instead of the compensated resistance values which are outside of are by a predetermined deviation of the setpoint values limited range, used for the determination of the battery cell voltage value. This has the advantage that in the event of a faulty measurement, which does not withstand the plausibility check, a standard value is used to calculate the battery cell voltage. In this case, the battery management system could issue an error message, so that, if necessary, a technical check of the contacting can take place.

Ebenfalls Teil der Erfindung ist ein Steuergerät für ein Batteriemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug, wobei mehrere Batteriezellen jeweils an ihrem Minuspol über eine erste Leitung und an ihrem Pluspol über eine zweite Leitung mit einem Eingang des Steuergeräts gekoppelt sind und in dem Steuergerät ein Parallelstrompfad zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist. Eine Spannungsmessvorrichtung ist zur Ermittlung einer zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung anliegenden Spannung an einem Eingang des Steuergeräts bereitgestellt. Außerdem umfasst das Steuergerät eine Vorrichtung zur Ermittlung eines ersten Stromwerts, welcher einen in der ersten Leitung fließenden Strom repräsentiert und zur Ermittlung eines zweiten Stromwertes, welcher einen in der zweiten Leitung fließenden Strom repräsentiert. Des Weiteren weist das Steuergerät einen Speicher zur Bereitstellung eines ersten Widerstandswertes, welcher den ohmschen Widerstand an der ersten Leitung repräsentiert, und eines zweiten Widerstandswertes, welcher den ohmschen Widerstand der zweiten Leitung repräsentiert, auf. Dabei ist das Steuergerät dazu ausgelegt, einen ersten Spannungsabfallwert auf der ersten Leitung und einen zweiten Spannungsabfallwert auf der zweiten Leitung zu berechnen und auf der Grundlage der beiden Spannungsabfallwerte und der an dem Eingang des Steuergeräts anliegenden Spannung einen kompensierten Batteriezellspannungswert der Batteriezelle zu ermitteln.Also part of the invention is a control device for a battery management system in a motor vehicle, wherein a plurality of battery cells are each coupled at its negative pole via a first line and at its positive pole via a second line to an input of the controller and in the control device, a parallel current path between the first line and the second line is arranged. A voltage measuring device is provided for determining a voltage present between the first line and the second line at an input of the control device. In addition, the control device comprises a device for determining a first current value, which represents a current flowing in the first line and current for determining a second current value, which represents a current flowing in the second line current. Furthermore, the control device has a memory for providing a first resistance value, which represents the ohmic resistance on the first line, and a second resistance value, which represents the ohmic resistance of the second line, on. In this case, the control unit is designed to calculate a first voltage drop value on the first line and a second voltage drop value on the second line and to determine a compensated battery cell voltage value of the battery cell on the basis of the two voltage drop values and the voltage applied to the input of the control device.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuergerät eine jeweils einer Batteriezelle zugeordnete erste und/oder zweite Leitung mit einer Leitungslänge von 0,1 Meter bis zu 7,5 Meter auf, insbesondere von 0,15 Meter bis zu 2,5 Meter.In a preferred embodiment, the control unit has a first and / or second line each assigned to a battery cell with a line length of 0.1 meter to 7.5 meters, in particular from 0.15 meters to 2.5 meters.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine erste Batteriezelle mit einer zweiten Batteriezelle über eine Zellverbindung in Serie geschaltet, wobei die Zellverbindung mit dem Eingang des Steuergeräts über eine gemeinsame Leitung gekoppelt ist. Insbesondere kann eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen in Serie geschaltet sein, wobei jeweils an einem Verbindungspunkt zwischen zwei benachbarten Batteriezellen eine gemeinsame Leitung zu dem Eingang des Steuergeräts führt. Insbesondere können alle Leitungen zwischen den Batteriezellen und dem Eingang des Steuergeräts jeweils von zwei Batteriezellen gemeinsam genutzt sein, selbstverständlich mit Ausnahme der beiden Leitungen an den Enden der Serienschaltung der einzelnen Batteriezellen.In a particularly advantageous embodiment, a first battery cell is connected in series with a second battery cell via a cell connection, wherein the cell connection is coupled to the input of the control device via a common line. In particular, a multiplicity of individual battery cells can be connected in series, with a common line leading to the input of the control unit at a connection point between two adjacent battery cells. In particular, all lines between the battery cells and the input of the controller can be shared by two battery cells, of course, except for the two lines at the ends of the series connection of the individual battery cells.

Bevorzugt kann ein Kraftfahrzeug ein derartiges Steuergerät aufweisen, wodurch sich ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ergibt.Preferably, a motor vehicle may have such a control device, resulting in a motor vehicle according to the invention.

Im Folgenden ist die Erfindung detaillierter anhand der Figuren erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Batteriemanagementsystems,
und 1 a simplified schematic representation of a battery management system,
and

2 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild. 2 a simplified electrical equivalent circuit diagram.

Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems 10 ist in 1 dargestellt. Dieses umfasst eine Serienschaltung von Batteriezellen 12, welche über Leitungen 14 der Länge x mit dem Eingang eines Steuergeräts 16 verbunden sind. Zur Verdeutlichung, dass die Leitungen widerstandsbehaftet sind, ist daher in die Leitungen symbolisch ein Widerstand eingefügt. Innerhalb des Steuergeräts 16 findet sich jeweils zwischen zwei einer Batteriezelle zugeordneten Leitungen ein Parallelstrompfad, welcher von einer Balancing-Einheit 20 angesteuert wird. Des Weiteren wird der Balancing-Einheit auch die Spannung zwischen zwei einer Batteriezelle zugeordneten Leitungen zugeführt. Ein in dem Steuergerät 16 vorhandener Speicher 22, auf den die Balancing-Einheit 20 Zugriff hat, ist zur Abspeicherung von spezifischen Widerstandsdaten für die einzelnen Leitungen geeignet.An embodiment of a battery management system according to the invention 10 is in 1 shown. This includes a series connection of battery cells 12 which via lines 14 the length x with the input of a controller 16 are connected. To illustrate that the lines are resistive, therefore, a resistor is symbolically inserted in the lines. Inside the controller 16 is found in each case between two lines associated with a battery cell a parallel current path, which of a balancing unit 20 is controlled. Furthermore, the balancing unit is also supplied with the voltage between two lines assigned to a battery cell. One in the control unit 16 available storage 22 to which the balancing unit 20 Has access to is Storage of specific resistance data suitable for each line.

Eine aus mehreren Batteriezellen in Serienschaltung mit Einzelzellenabgriff bestehende Batterie ist zusammen mit dem zugehörigen Batteriemanagementsystem 10 am Beispiel eines Ausschnitts bestehend aus sechs Einzelzellen nummeriert von n – 3 bis n + 2 beispielhaft dargestellt.A battery consisting of several battery cells connected in series with a single cell tap is together with the associated battery management system 10 using the example of a section consisting of six individual cells numbered from n - 3 to n + 2 exemplified.

Beispielhaft für eine Batteriezelle 12 mit der Nummer n ist in 2 ein elektrisches Netzwerk mit den entsprechenden Bezeichnungen dargestellt. Es zeigt auf der rechten Seite drei in Serie geschaltete Batteriezellen B(n – 1), B(n) und B(n + 1). Dabei ist der Pluspol von B(n – 1) verbunden mit dem Minuspol von B(n) sowie der Pluspol von B(n) mit dem Minuspol von B(n + 1). Auf der linken Seite des Ersatzschaltbilds sind drei Parallelstromquellen IP(n – 1), Ip(n) und IP(n + 1) dargestellt, wobei jede Parallelstromquelle über jeweils zwei Leitungen zu einer Batteriezelle parallel geschaltet ist. Dabei sind die Stromquellen so gerichtet, dass bei einem positiven Strom Ip(n) die zugehörige Batteriezelle B(n) entladen wird.Exemplary for a battery cell 12 with the number n is in 2 an electrical network represented by the corresponding designations. It shows on the right side three series-connected battery cells B (n-1), B (n) and B (n + 1). The positive pole of B (n - 1) is connected to the negative pole of B (n) and the positive pole of B (n) to the negative pole of B (n + 1). On the left side of the equivalent circuit diagram, three parallel-current sources I P (n-1), I p (n) and I P (n + 1) are shown, each parallel-current source being connected in parallel via two lines each to a battery cell. The current sources are directed so that when a positive current I p (n), the associated battery cell B (n) is discharged.

Untereinander sind die Parallelstromquellen in gleicher Reihenfolge wie die Batteriezellen in Serie geschaltet. Des Weiteren sind über die jeweilige Stromquellen Spannungspfeile eingezeichnet, welche mit UM(n – 1), UM(n) und UM(n + 1) bezeichnet sind. Analog dazu sind über die Batteriezellen Spannungspfeile eingezeichnet, welche mit UB(n – 1), UB(n) und UB(n + 1) bezeichnet sind.The parallel current sources are connected in series in the same order as the battery cells. Furthermore, voltage arrows are drawn over the respective current sources, which are denoted by U M (n-1), U M (n) and U M (n + 1). Similarly, voltage arrows are drawn across the battery cells, which are labeled U B (n-1), U B (n) and U B (n + 1).

Zwischen den drei Batteriezellen B(n – 1), B(n) und B(n + 1) und den drei Parallelstromquellen IP(n – 1), Ip(n) und IP(n + 1) sind vier Leitungen angeordnet, durch welche die drei Batteriezellen B(n – 1), B(n) und B(n + 1) und die drei Parallelstromquellen IP(n – 1), Ip(n) und IP(n + 1) jeweils parallel geschaltet sind, wobei die Leitungen die Widerstände R(n – 1), R(n), R(n + 1) sowie R(n + 2) aufweisen.Between the three battery cells B (n-1), B (n) and B (n + 1) and the three parallel-current sources I P (n-1), I p (n) and I P (n + 1) are four lines through which the three battery cells B (n-1), B (n) and B (n + 1) and the three parallel-current sources I P (n-1), I p (n) and I P (n + 1) are each connected in parallel, wherein the lines resistors R (n-1), R (n), R (n + 1) and R (n + 2).

Durch diese die Leitungen repräsentierenden Widerstände fließen vier Ströme IL(n – 1), IL(n), IL(n + 1) sowie IL(n + 2) in Richtung der Parallelstromquelle ausgehend von der Seite der Batteriezelle. Dadurch ergibt sich jeweils über einen Widerstand der Spannungsabfall UR(n – 1), UR(n), UR(n + 1) sowie UR(n + 2), welcher durch jeweils einen Spannungspfeil in Richtung der Parallelstromquelle ausgehend von der Seite der Batteriezelle gekennzeichnet ist.By means of these resistors representing the lines, four currents I L (n-1), I L (n), I L (n + 1) and I L (n + 2) flow in the direction of the parallel-current source, starting from the side of the battery cell. This results in each case via a resistor, the voltage drop U R (n - 1), U R (n), U R (n + 1) and U R (n + 2), which in each case by a voltage arrow in the direction of the parallel current source starting from the side of the battery cell is marked.

Die Funktion des Kompensationsverfahrens wird nun nachfolgend anhand der Batteriezelle B(n) erläutert. Ausgangspunkt ist ein am Eingang des Steuergeräts 16 ermittelter Spannungswert UM(n). Um auf die Spannung UB(n) zu kommen, ist dafür der Spannungsabfall UR(n + 1) sowie der Spannungsabfall UR(n) zu berücksichtigen. Somit ergibt sich für UB(n) folgende Berechnungsvorschrift: UB(n) = UM(n) + UR(n + 1) – UR(n). Dabei können UR(n) und UR(n + 1) berechnet werden aus den Widerständen R(n) und R(n + 1) sowie den Strömen IL(n) und IL(n + 1).The function of the compensation method will now be explained below with reference to the battery cell B (n). The starting point is at the input of the control unit 16 determined voltage value U M (n). To get to the voltage U B (n), the voltage drop U R (n + 1) and the voltage drop U R (n) must be taken into account. Thus, for U B (n) the following calculation rule results: U B (n) = U M (n) + U R (n + 1) - U R (n). In this case, U R (n) and U R (n + 1) can be calculated from the resistances R (n) and R (n + 1) and the currents I L (n) and I L (n + 1).

In einer bevorzugten Ausführungsform können die Ströme IL(n) und IL(n + 1) beispielsweise direkt über das Einfügen eines Shunts gemessen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Ströme IL(n) und IL(n + 1) durch Differenzbildung der Ströme durch die entsprechenden Parallelstromquellen IP(n) und IP(n + 1) beziehungsweise IP(n – 1) und IP(n) zu bestimmen. Dabei werden die Parallelströme IP(n – 1), IP(n) sowie IP(n + 1) durch das Batteriemanagement vorgegeben.For example, in a preferred embodiment, the currents I L (n) and I L (n + 1) may be measured directly via the insertion of a shunt. Furthermore, there is the possibility of the currents I L (n) and I L (n + 1) by forming the difference of the currents through the corresponding parallel current sources I P (n) and I P (n + 1) or I P (n - 1) and I P (n). The parallel currents I P (n-1), I P (n) and I P (n + 1) are predetermined by the battery management.

Dieses Prinzip lässt sich jeweils auf die benachbarten Zellen übertragen. Handelt es sich bei einer der Leitungen um eine äußere Leitung, die nur noch einer Batteriezelle zugeordnet ist, so wird diese nicht mehr von einem Strom, welcher an einer benachbarten Zelle vorbeigeleitet wird, beeinflusst. Unter der Annahme, dass die Batteriezelle B(n + 1) damit die am weitesten auf der positiven Seite liegende Batteriezelle ohne benachbarte Batteriezelle ist, wäre in diesem Fall der Strom IL(n + 2) gleich dem Strom IP(n + 1). Unter der ähnlichen Voraussetzung, dass die Batteriezelle B(n – 1) die am weitesten auf der negativen Seite der Serienschaltung der Batterie angeordnete Batteriezelle ist, wäre der Strom IL(n – 1) betragsmäßig gleich dem Strom IP(n – 1), allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen.This principle can be transferred to the neighboring cells. If one of the lines is an outer line which is assigned only to one battery cell, then it is no longer influenced by a current which is conducted past an adjacent cell. In this case, assuming that the battery cell B (n + 1) is the most positive-side battery cell without the adjacent battery cell, the current I L (n + 2) would be equal to the current I P (n + 1 ). Under the similar condition that the battery cell B (n-1) is the battery cell most located on the negative side of the series connection of the battery, the current I L (n-1) would be equal to the current I P (n-1) , but with opposite sign.

Unabhängig von der schematischen Darstellung in 1 kann es sich bei dem Parallelstrompfad auch um eine aktive Balancer-Einrichtung handeln, welche ihrerseits auch Strom in die Batterie einspeisen kann, und nicht nur Strom an der jeweiligen Zelle vorbeiführen bzw. die Zelle entladen kann. In diesem Fall wäre ein Strom IP(n) gemäß 2 negativ.Regardless of the schematic representation in 1 The parallel-current path can also be an active balancer device, which in turn can also feed current into the battery, and not only can carry current past the respective cell or discharge the cell. In this case, a current I would be P (n) according to 2 negative.

Insgesamt ist durch das Beispiel gezeigt, wie durch die Erfindung eine automatische Zellspannungsabgriff-Kalibration erfolgen kann.Overall, the example shows how an automatic cell voltage tap calibration can be performed by the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
BatteriemanagementsystemBattery Management System
1212
Batteriezellebattery cell
1414
Leitungmanagement
1616
Steuergerätcontrol unit
1818
ParallelstrompfadParallel current path
2020
Balancing-EinheitBalancing unit
2222
SpeicherStorage
B(n – 1), B(n), B(n + 1)B (n-1), B (n), B (n + 1)
BatteriespannungsquelleBattery power source
UB(n – 1), UB(n), UB(n + 1)UB (n-1), UB (n), UB (n + 1)
Batteriespannungbattery voltage
R(n – 1), R(n), R(n + 1), R(n + 2)R (n-1), R (n), R (n + 1), R (n + 2)
Widerstandresistance
UR(n – 1), UR(n), UR(n + 1), UR(n + 2)UR (n-1), UR (n), UR (n + 1), UR (n + 2)
SpannungsabfallwertVoltage drop value
IP(n – 1), IP(n), IP(n + 1)IP (n-1), IP (n), IP (n + 1)
Parallelstromparallel flow
UM(n – 1), UM(n), UM(n + 1)UM (n-1), UM (n), UM (n + 1)
SpannungsmesswertVoltage reading
IL(n – 1), IL(n), IL(n + 1), IL(n + 2)IL (n-1), IL (n), IL (n + 1), IL (n + 2)
Stromwertcurrent value

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2012/0139553 A1 [0003] US 2012/0139553 A1 [0003]

Claims (9)

Betriebsverfahren für ein Steuergerät eines Batteriemanagementsystems (10) in einem Kraftfahrzeug, wobei jeweils eine Batteriezelle (12) an ihrem Minuspol über eine erste Leitung (14) und an ihrem Pluspol über eine zweite Leitung (14) mit einem Eingang des Steuergeräts (16) gekoppelt ist und in dem Steuergerät ein Parallelstrompfad (18) zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung angeordnet ist, mit den Schritten: – Ermitteln einer zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung anliegenden Spannung an dem Eingang des Steuergeräts und Zuweisen eines die anliegende Spannung repräsentierenden Spannungsmesswertes (UM), – Ermitteln eines ersten Stromwertes (IL), welcher einen in der ersten Leitung fließenden Strom repräsentiert, und Ermitteln eines zweiten Stromwertes, welcher einen in der zweiten Leitung fließenden Strom (IL) repräsentiert, – Bereitstellen eines ersten Widerstandswertes (R), welcher den ohmschen Widerstand der ersten Leitung repräsentiert, und eines zweiten Widerstandswertes (R), welcher den ohmschen Widerstand der zweiten Leitung repräsentiert, aus einem Speicher (22) des Steuergeräts, – Berechnen eines ersten Spannungsabfallwertes (UR) auf der ersten Leitung und eines zweiten Spannungsabfallwertes (UR) auf der zweiten Leitung, und – Ermitteln eines kompensierten Batteriezellspannungswertes (UB) der Batteriezelle auf der Grundlage der beiden Spannungsabfallwerte und der an dem Eingang des Steuergeräts anliegenden Spannung.Operating method for a control unit of a battery management system ( 10 ) in a motor vehicle, wherein in each case a battery cell ( 12 ) at its negative pole via a first line ( 14 ) and at its positive pole via a second line ( 14 ) with an input of the control unit ( 16 ) and in the control unit a parallel current path ( 18 ) between the first line and the second line, comprising the steps of: determining a voltage present between the first line and the second line at the input of the control device and assigning a voltage measurement value representing the applied voltage (U M ), determining a first current value (I L ) representing a current flowing in the first line and determining a second current value representing a current (I L ) flowing in the second line, - providing a first resistance value (R) representing the ohmic resistance represents the first line, and a second resistance value (R), which represents the ohmic resistance of the second line, from a memory ( 22 calculating a first voltage drop value (U R ) on the first line and a second voltage drop value (U R ) on the second line, and determining a compensated battery cell voltage value (U B ) of the battery cell based on the two voltage drop values and voltage applied to the input of the controller. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: – Hinterlegen des ersten Widerstandwertes (R) und des zweiten Widerstandswertes (R) auf der Basis von vorab ermittelten Daten, vorzugsweise durch – Abschätzen aufgrund des spezifische Widerstandes und des Querschnitts sowie der Länge der ersten Leitung und der zweiten Leitung, insbesondere durch – Messen der einzelnen Widerstandswerte an mindestens einem Musteraufbau.Operating method according to claim 1, with the steps: - Deposit of the first resistance value (R) and the second resistance value (R) on the basis of previously determined data, preferably by - Estimation due to the specific resistance and the cross section and the length of the first line and the second line, in particular by - Measuring the individual resistance values on at least one sample structure. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: – Hinterlegen des ersten Widerstandwertes (R) und des zweiten Widerstandswertes (R) auf der Basis von Messungen während einer Kalibrierphase, vorzugsweise durch – Ermitteln eines Spannungsabfalls (UR) bei einem vorgegebenen Strom (IL) bei einer Erstinbetriebnahme des Steuergeräts (16) insbesondere durch – Ermitteln eines Spannungsabfalls bei einem vorgegebenen Strom zyklisch in vorgegebenen zeitlichen Abständen.Operating method according to claim 1, comprising the steps of: - depositing the first resistance value (R) and the second resistance value (R) on the basis of measurements during a calibration phase, preferably by - determining a voltage drop (U R ) at a predetermined current (I L ) during a first commissioning of the control unit ( 16 ) in particular by - determining a voltage drop at a predetermined current cyclically at predetermined time intervals. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Hinterlegen von Sollwerten für die Widerstandswerte (R) in einer Betriebssoftware des Steuergeräts (16), und – Abgleichen der Widerstandswerte durch Abspeichern neuer Istwerte, welche aus einem Spannungsabfall bei einem vorgegebenen Strom während einer Kalibrierphase ermittelt werden, und – Benutzen der abgeglichenen Widerstandswerte für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes.Operating method according to one of the preceding claims, with the following steps: - storage of nominal values for the resistance values (R) in an operating software of the control device ( 16 ), and - adjusting the resistance values by storing new actual values, which are determined from a voltage drop at a given current during a calibration phase, and - using the adjusted resistance values for determining the battery cell voltage value. Betriebsverfahren nach Anspruch 4, wobei die abgeglichenen Widerstandswerte (R) nur benutzt werden, falls sie innerhalb eines durch eine vorgegebene Abweichung von den Sollwerten limitierten Bereichs liegen, für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes, und andernfalls – Benutzen der zugehörigen Sollwerte oder der Randwerte des Bereichs anstelle der abgeglichenen Widerstandswerte, welche außerhalb eines durch eine vorgegebene Abweichung von den Sollwerten limitierten Bereichs liegen, für das Ermitteln des Batteriezellspannungswertes.Operating method according to claim 4, the adjusted resistance values (R) are only used if they are within a range limited by a predetermined deviation from the set values, for the determination of the battery cell voltage value, and otherwise Using the associated setpoint values or the boundary values of the area instead of the compensated resistance values, which are outside a range limited by a predetermined deviation from the setpoint values, for determining the battery cell voltage value. Steuergerät (16) für ein Batteriemanagementsystem in einem Kraftfahrzeug, wobei jeweils eine Batteriezelle (12) an ihrem Minuspol über eine erste Leitung und an ihrem Pluspol über eine zweite Leitung mit einem Eingang des Steuergeräts gekoppelt ist und in dem Steuergerät ein Parallelstrompfad (18) zwischen der ersten Leitung (14) und der zweiten Leitung (14) angeordnet ist, umfassend: – eine Spannungsmessvorrichtung zur Ermittlung einer zwischen der ersten Leitung und der zweiten Leitung anliegenden Spannung (UM) an einem Eingang des Steuergeräts – einer Vorrichtung zur Ermittlung eines ersten Stromwertes (IL), welcher einen in der ersten Leitung fließenden Strom repräsentiert und zur Ermittlung eines zweiten Stromwertes (IL), welcher einen in der zweiten Leitung fließenden Strom repräsentiert – einem Speicher (22) zur Bereitstellung eines ersten Widerstandswertes, welcher den ohmschen Widerstand der ersten Leitung zwischen der Batterie und dem Parallelstrompfad repräsentiert, und eines zweiten Widerstandswertes, welcher den ohmschen Widerstand der zweiten Leitung zwischen der Batterie und dem Parallelstrompfad repräsentiert, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, einen ersten Spannungsabfallwert (UR) auf der ersten Leitung und einen zweiten Spannungsabfallwert (UR) auf der zweiten Leitung zu berechnen und auf der Grundlage der beiden Spannungsabfallwerte und der an dem Eingang des Steuergeräts anliegenden Spannung einen kompensierten Batteriezellspannungswert (UB) zu ermitteln.Control unit ( 16 ) for a battery management system in a motor vehicle, wherein in each case a battery cell ( 12 ) is coupled at its negative pole via a first line and at its positive pole via a second line to an input of the control device and in the control device a parallel current path ( 18 ) between the first line ( 14 ) and the second line ( 14 ), comprising: - a voltage measuring device for determining a voltage (U M ) applied between the first line and the second line at an input of the control device - a device for determining a first current value (I L ), one in the first line represents current flowing and for determining a second current value (I L ), which represents a current flowing in the second line current - a memory ( 22 ) for providing a first resistance value representing the ohmic resistance of the first line between the battery and the parallel-current path, and a second resistance value representing the ohmic resistance of the second line between the battery and the parallel-current path, the controller being adapted to first voltage drop value (U R ) on the first line and a second voltage drop value (U R ) on the second line to calculate and on the basis of the two voltage drop values and the voltage applied to the input of the controller, a compensated battery cell voltage value (U B ). Steuergerät (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweils einer Batteriezelle (12) zugeordnete erste und/oder zweite Leitung (14) eine Leitungslänge von 0,1 m bis zu 7,5 m aufweist, insbesondere von 0,15 m bis zu 2,5 m. Control unit ( 16 ) according to claim 6, characterized in that a respective one battery cell ( 12 ) associated first and / or second line ( 14 ) has a line length of 0.1 m to 7.5 m, in particular from 0.15 m to 2.5 m. Steuergerät (16) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Batteriezelle (12) mit einer zweiten Batteriezelle (12) über eine Zellverbindung in Serie geschaltet ist, wobei die Zellverbindung mit dem Eingang des Steuergeräts über eine gemeinsame Leitung (14) gekoppelt ist.Control unit ( 16 ) according to claim 6 or 7, characterized in that a first battery cell ( 12 ) with a second battery cell ( 12 ) is connected in series via a cell connection, wherein the cell connection with the input of the control device via a common line ( 14 ) is coupled. Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät (16) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.Motor vehicle with a control unit ( 16 ) according to one of claims 6 to 8.
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