DE102015007378A1 - Verfahren zur Überprüfung von elektrisch verschalteten Einzelzellen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von mindestens zwei elektrisch parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (3) eines elektrochemischen Energiespeichers (1). Erfindungsgemäß wird ein Verlauf einer Spannung der jeweiligen Einzelzelle (3) während eines Ladevorganges und/oder Entladevorganges fortlaufend erfasst und bei ermittelter Abweichung des Verlaufes der Spannung von einem vorgegebenen Anstiegs- bzw. Abfallverlauf der Spannung wird ein Defekt und/oder Fehlkontakt zumindest einer der Einzelzellen (3) ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von mindestens zwei elektrisch parallel miteinander verschalteten Einzelzellen eines elektrochemischen Energiespeichers.
  • Im Allgemeinen ist bekannt, dass ein elektrochemischer Energiespeicher eine Mehrzahl seriell miteinander verschalteter Zellblöcke umfasst, wobei der jeweilige Zellblock eine Anzahl parallel miteinander verschalteter Einzelzellen umfasst. Mittels parallel verschalteter Einzelzellen kann eine Kapazität und mittels der seriell verschalteten Zellblöcke kann eine Spannung des elektrochemischen Energiespeichers erhöht werden. Fließt ein Strom durch den elektrochemischen Energiespeicher erfährt eine Einzelzelle in einem Parallelzweig, d. h. in einem Zellblock einen vergleichsweise geringen Strom. Dabei ist der die jeweilige Einzelzelle betreffende Stromfluss abhängig von einem elektrischen Widerstand und einer Anzahl der parallel miteinander verschalteten Einzelzellen eines Zellblockes. Weist eine der parallel miteinander verschalteten Einzelzellen einen Defekt auf, so dass kein Strom mehr durch diese Einzelzelle fließen kann, verteilt sich ein Gesamtstrom auf die nichtdefekten Einzelzellen dieses Parallelzweiges als Zellblock. Dabei sind die nichtdefekten Einzelzellen des betreffenden Zellblockes einem höheren Stromfluss ausgesetzt. Den Defekt dieser Einzelzelle mittels einer Spannungsmessung zu ermitteln, ist dadurch, dass die Spannung der Parallelschaltung durch die nichtdefekten Einzelzellen aufrecht gehalten wird, nicht realisierbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Überprüfung von mindestens zwei elektrisch parallel miteinander verschalteten Einzelzellen eines elektrochemischen Energiespeichers anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überprüfung von mindestens zwei elektrisch parallel miteinander verschalteten Einzelzellen eines elektrochemischen Energiespeichers sieht vor, dass ein Verlauf einer Spannung der jeweiligen Einzelzelle während eines Ladevorganges und/oder Entladevorganges fortlaufend erfasst wird und bei ermittelter Abweichung des Verlaufes der Spannung von einem vorgegebenen Anstiegs- und/oder Abfallverlauf der Spannung ein Defekt und/oder Fehlkontakt zumindest einer der Einzelzellen ermittelt wird.
  • Dadurch, dass mittels des Verfahrens ein Defekt und/oder Fehlkontakt einer Einzelzelle ermittelt wird, ist es möglich den elektrochemischen Energiespeicher abzuschalten, um die Gefahr einer Überbelastung der zumindest einen weiteren, insbesondere nicht defekten und/oder fehlkontaktierten Einzelzelle zumindest zu verringern.
  • Beispielsweise ist eine Einzelzelle defekt, wenn ein Innendruck in der Einzelzelle einen vorgegebenen Wert überschritten hat und dadurch eine Sollbruchstelle zum Überdruckabbau automatisch freigegeben wurde.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch einen elektrochemischen Energiespeicher und
  • 2 schematisch den elektrochemischen Energiespeicher mit einer defekten Einzelzelle.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen elektrochemischen Energiespeicher 1, welcher drei elektrisch seriell miteinander verschaltete Zellblöcke 2 umfasst.
  • Jeder der Zellblöcke 2 umfasst wiederum vier elektrisch parallel miteinander verschaltete Einzelzellen 3. Mittels der Parallelschaltung der Einzelzellen 3 kann eine Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 1 erhöht werden, wohingegen mittels der seriellen Schaltung der Zellblöcke 2 eine Spannung erhöht wird.
  • Fließt ein Strom I durch den elektrischen Energiespeicher 1, fließt durch eine Einzelzelle 3 in einem solchen Zellblock 2 ein Strom I in Abhängigkeit von einem Widerstand und einer Anzahl der elektrisch parallel verschalteten Einzelzellen 3 des entsprechenden Zellblockes 2.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist ein Zellblock 2 vier Einzelzellen 3 auf, so dass jede Einzelzelle 3 mit einem Viertel eines auf den Zellblock 2 wirkenden Stromes I, insbesondere Gesamtstromes beaufschlagt wird.
  • Weist ein Zellblock 2, wie in 2 gezeigt, eine defekte und/oder fehlkontaktierte Einzelzelle 3.1 auf, so dass kein Strom I bei einem Lade- oder Entladevorgang durch diese Einzelzelle 3.1 fließen kann, verteilt sich der den Zellblock 2 betreffende Strom I auf die übrigen intakten und elektrisch kontaktierten Einzelzellen 3. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 2 verteilt sich der Strom I auf die übrigen drei Einzelzellen 3 des Zellblockes 2.
  • Durch die intakten und korrekt miteinander verschalteten Einzelzellen 3 dieses Zellblockes 2 fließt aufgrund der defekten und/oder fehlkontaktierten Einzelzelle 3.1 ein höherer Strom I.
  • Ein Defekt und/oder eine Fehlkontaktierung der Einzelzellen 3 innerhalb der Parallelverschaltung der Einzelzellen 3 sind bzw. ist mittels einer einfachen Spannungsmessung nicht realisierbar, da die Spannung des Zellblockes durch die intakten parallel miteinander verschalteten Einzelzellen 3 aufrechterhalten bleibt.
  • Um eine Überlastung der Einzelzellen 3 eines solchen elektrochemischen Energiespeichers 1 aufgrund einer defekten und/oder fehlkontaktierten Einzelzelle 3.1 zumindest weitestgehend ausschließen zu können, ist ein Erkennen einer solchen defekten und/oder fehlkontaktierten Einzelzelle 3.1 vergleichsweise wichtig.
  • Zur Ermittlung einer, insbesondere innerhalb eines Zellblockes 2 parallel verschalteten defekten und/oder fehlkontaktierten Einzelzelle 3.1 wird eine Auswertung von Spannungswerten während eines Ladevorganges und/oder Entladevorganges der Einzelzellen 3 des jeweiligen Zellblockes 2 durchgeführt.
  • Im Allgemeinen ist es so, dass die Spannungswerte der Einzelzelle 3 mit ihrem jeweiligen Ladezustand korrelieren.
  • Ist eine der parallel miteinander verschalteten Einzelzelle 3 defekt oder fehlkontaktiert, wird der Strom I auf die verbleibenden drei intakten und korrekt verschalteten Einzelzellen 3 verteilt. Da diese Einzelzellen 3 beim Ladevorgang mit dem Strom I beaufschlagt werden, ändert sich ein Ladezustand vergleichsweise schnell. Zudem sind die verbleibenden intakten und korrekt kontaktierten Einzelzellen 3 dieses Zellblockes 2 schneller entladen, da ja nur noch drei Einzelzellen 3 zur Stromabgabe zur Verfügung stehen.
  • Insbesondere entladen sich die verbleibenden intakten Einzelzellen 3 des Zellblockes 2 schneller als die Einzelzellen 3 der anderen Zellblöcke 2.
  • Dieser Zusammenhang zwischen Ladezustand und Spannungswerten ermöglicht eine Detektion einer oder mehrerer defekter und/oder fehlkontaktierter Einzelzellen 3.1 bei Parallelverschaltung dieser.
  • Wie oben beschrieben, wird ein Verlauf der Spannungswerte der Einzelzellen 3 während des Ladevorganges und Entladevorganges fortlaufend erfasst. Zudem liegen vorgegebene ladezustandsabhängige Anstiegs- und Abfallwerte und/oder Anstiegs- und Abfallverläufe der Spannung vor. Wird eine Abweichung des Verlaufes der Spannung von dem vorgegebenen Anstiegs- bzw. Abfallwert und/oder Anstiegs- und Abstiegsverläufe ermittelt, weist der Zellblock 2 eine defekte und/oder fehlkontaktierte Einzelzelle 3.1 auf.
  • Wird ermittelt, dass eine defekte und/oder fehlkontaktierte Einzelzelle 3.1 in dem Zellblock 2 vorhanden ist, wird eine Leistungsabgabe dieses Zellblockes 2 oder des elektrochemischen Energiespeichers 1 reduziert, indem eine Betriebsstrategie des elektrochemischen Energiespeichers 1 angepasst wird.
  • Alternativ oder zusätzlich wird der elektrochemische Energiespeicher 1 automatisch abgeschaltet, um so eine Überlastung der intakten und nichtfehlkontaktierten Einzelzellen 3 wesentlich zu vermeiden. Insbesondere wird hierzu der Lade- oder Entladevorgang der Einzelzellen 3 automatisch beendet.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass bei ermittelter defekter und/oder fehlkontaktierter Einzelzelle 3.1 eine optische, akustische und/oder haptische Warnmeldung und/oder eine Servicemeldung generiert und ausgegeben werden bzw. wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrochemischer Energiespeicher
    2
    Zellblock
    3
    Einzelzelle
    3.1
    defekte und/oder fehlkontaktierte Einzelzelle
    I
    Strom

Claims (3)

  1. Verfahren zur Überprüfung von mindestens zwei elektrisch parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (3) eines elektrochemischen Energiespeichers (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf einer Spannung der jeweiligen Einzelzelle (3) während eines Ladevorganges und/oder Entladevorganges fortlaufend erfasst wird und bei ermittelter Abweichung des Verlaufes der Spannung von einem vorgegebenen Anstiegs- bzw. Abfallverlauf der Spannung ein Defekt und/oder Fehlkontakt zumindest einer der Einzelzellen (3) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei ermitteltem Defekt zumindest einer der Einzelzellen (3) eine optische, akustische und/oder haptische Warnmeldung generiert und ausgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang und/oder Entladevorgang der Einzelzellen (3) automatisch beendet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022121213A1 (de) 2022-08-23 2024-02-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltenergiespeicher mit Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Kurzschlusses einer Speicherzelle

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