DE102016212633A1 - Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen, Batteriemodul und Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen, Batteriemodul und Vorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen (10) eines Batteriemoduls (1), bei welchem dazu eine Zellspannung einer Batteriezelle (10) als Spannung der jeweiligen elektrochemischen Einheit (11) der Batteriezelle (10) bestimmt wird, ein Zellstrom einer Batteriezelle (10) aus einem Spannungsabfall an einem Zellmesswiderstand (50) der Batteriezelle (10) bestimmt wird, als Zellmesswiderstand (50) der Ohmsche Widerstand einer Komponente (51) der Batteriezelle (10) im Leitungspfad (60) verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen, ein Batteriemodul und eine Vorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen eines Batteriemoduls, ein Batteriemodul für eine Vorrichtung, ein Fahrzeug oder dergleichen und ein Fahrzeug.
  • Für die Energieversorgung von Betriebsvorrichtungen im Allgemeinen, von Fahrzeugen, zum Beispiel Kraftfahrzeugen, Hybridfahrzeugen und dergleichen, werden vermehrt Batteriemodule aus einer Mehrzahl von Batteriezellen eingesetzt. Um den Betrieb derartiger Vorrichtungen und insbesondere der dort verwendeten Batteriemodule planen und bewerten zu können, ist häufig die Bestimmung des Innenwiderstands der einzelnen Batteriezellen eines Moduls wesentlich.
  • Nachteilig bei herkömmlichen Betriebsverfahren und Batteriemodulen sind die zeitliche Diskrepanz zwischen einer Spannungsmessung in den einzelnen Batteriezellen und der benötigten Strommessung und der notwendige apparative Aufwand, welcher zur Verringerung dieser zeitlichen Diskrepanz eingesetzt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen, ein Batteriemodul sowie eine Vorrichtung anzugeben, bei welchen mit besonders einfachen Mitteln eine genaue Bestimmung des Innenwiderstands einzelner Batteriezellen eines zu Grunde liegenden Batteriemoduls möglich ist.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einem Batteriemodul erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 und bei einer Vorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen eines Batteriemoduls geschaffen, bei welchem dazu (i) eine Zellspannung einer Batteriezelle als Spannung der jeweiligen elektrochemischen Einheit der Batteriezelle bestimmt wird, (ii) ein Zellstrom einer Batteriezelle aus einem Spannungsabfall an einem Zellmesswiderstand der Batteriezelle bestimmt wird und (iii) als Zellmesswiderstand der Ohmsche Widerstand einer zellinternen Komponente der Batteriezelle im Leitungspfad verwendet wird. Der Leitungspfad wird auch als Strang der Batteriezelle und des zu Grunde liegenden Batteriemoduls bezeichnet.
  • Durch die Verwendung einer zellinternen Komponente als Zellmesswiderstand entfällt die Notwendigkeit der Modifikation einer zu vermessenden Batteriezelle. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit des Vorsehens eines zusätzlichen Messwiderstands, insbesondere eines Präzisionsmesswiderstands.
  • Der elektrische Innenwiderstand RZelle der Zelle kann aus den gemessenen Größen – also aus der gemessenen elektrischen Zellspannung UZelle und aus dem gemessenen elektrischen Zellstrom IZelle durch Quotientenbildung gemäß der Beziehung (1)
    Figure DE102016212633A1_0002
    zu einem gegebenen Zeitpunkt oder in einer Zeitspanne konstanter Bedingungen – bestimmt werden.
  • Grundsätzlich bieten sich sämtliche Komponenten der Batteriezelle als Bestandteile zur Verwendung als Zellmesswiderstand an, sofern diese im Leitungspfad der Batteriezelle enthalten sind und den Stromfluss nach außen hin übertragen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Komponente im Leitungspfad der Batteriezelle ein Zellanschluss, eine Zu- oder Ableitung zu einem Zellanschluss und/oder ein Zellverbinder zum Verbinden benachbarter Batteriezellen in einem Batteriemodul verwendet.
  • Da im Betrieb eines zu Grunde liegenden Batteriemoduls Zellspannung und Zellstrom einer jeweiligen Batteriezelle des Batteriemoduls zeitlichen Schwankungen unterworfen sein können, ist es gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens von besonderem Vorteil, wenn Zellspannung UZelle und Zellstrom IZelle einer jeweiligen Batteriezelle innerhalb einer Latenzzeitspanne von 10 µs gemessen werden.
  • Vorzugsweise werden die Zellspannung UZelle und der Zellstrom IZelle einer jeweiligen Batteriezelle gleichzeitig gemessen.
  • Häufig sind die als Zellmesswiderstand zu Grunde legbaren Komponenten einer jeweiligen Batteriezelle als interne Strukturen nicht in normierter Weise ausgelegt und/oder zeitlichen Veränderungen unterworfen. Um dennoch den Zellwiderstand einer jeweiligen Batteriezelle genau ermitteln zu können, ist es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Zellmesswiderstand einer jeweiligen Batteriezelle unter Verwendung eines zellexternen Präzisionsmesswiderstands kalibriert wird, insbesondere durch eine Vergleichsmessung eines elektrischen Stromflusses.
  • Das Kalibrieren kann einmalig erfolgen oder mehrmals, gegebenenfalls auch turnusmäßig, z.B. während eines Ladevorgangs.
  • Mit dem Kalibrieren ist auch eine Temperaturkompensation möglich.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt das Kalibrieren der Zellmesswiderstände der jeweiligen Batteriezellen unter Verwendung desselben und zu allen Batteriezellen zellexternen Präzisionswiderstands. Auf diese Weise nehmen sämtliche zu bestimmenden Innenwiderstände der einzelnen Batteriezellen auf dieselbe Referenzgröße Bezug.
  • Das Kalibrieren erweist sich dann als besonders aussagekräftig, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kalibrieren eines Zellmesswiderstands einer jeweiligen Batteriezelle während einer Zeitspanne konstanten Stromflusses erfolgt, welche insbesondere mindestens 10 ms beträgt.
  • Zur Bestimmung einer Situation mit konstantem Stromfluss zum Kalibrieren der Zellmesswiderstände bieten sich verschiedene Vorgehensweise an.
  • Gemäß einer ersten Alternative wird der konstante Stromfluss zum Kalibrieren von Zellmesswiderständen durch explizite Wahl von Betriebsbedingungen eines den Batteriezellen zu Grunde liegenden Batteriemoduls eingestellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass in einem Betrieb, bei welchem der Stromfluss ohnehin überwacht wird, im Nachhinein eine Zeitspanne konstanten Stromflusses ermittelt und dem Kalibrieren zu Grunde gelegt wird.
  • Eine besonders flexible Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dann, wenn ein zum Kalibrieren aus Vergleichsmessung eines elektrischen Stromflusses erfasster Strommesswert einer jeweiligen Batteriezelle mitgeteilt wird, insbesondere sämtlichen Batteriezellen eines zu Grunde liegenden Batteriemoduls und/oder einer in einer jeweiligen Batteriezelle ausgebildeten Zellüberwachungseinrichtung.
  • Bei einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann den zeitlichen Änderungen der Eigenschaften der einzelnen Batteriezellen dadurch Rechnung getragen werden, dass ein Ergebnis des Kalibrierens eines Zellmesswiderstands in einer Nachschlagetabelle mitgeführt und/oder aktualisiert wird, insbesondere in der jeweiligen Batteriezelle und/oder in einer in einer jeweiligen Batteriezelle ausgebildeten Zellüberwachungseinrichtung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriemodul für eine Vorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug geschaffen, welches mit einer Mehrzahl von Batteriezellen ausgebildet ist. Die Batteriezellen sind über einen Leitungspfad miteinander verbunden.
  • Erfindungsgemäß ist das Batteriemodul dazu ausgebildet, in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet zu werden.
  • Dazu weist das erfindungsgemäße Batteriemodul insbesondere eine Überwachungsvorrichtung, einen zellexternen Präzisionswiderstand im Leitungspfad und/oder eine Zellüberwachungseinrichtung in jeder der Batteriezellen auf.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls geschaffen. Diese Vorrichtung kann insbesondere ein Fahrzeug sein, zum Beispiel ein Kraftfahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen.
  • Die vorgeschlagene Vorrichtung ist mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul ausgebildet und weist einen Verbraucher auf, welcher mit dem Batteriemodul zur Versorgung mit Energie verbindbar oder verbunden ist.
  • Bei dem Verbraucher kann es sich um einen Motor zur Fortbewegung eines Fahrzeugs, um einen beliebigen anderen Motor oder ein beliebiges anderes Aggregat handeln.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemoduls.
  • 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Batteriezelle, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls verwendet werden kann.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Ausführungsform eines Kalibrierungsverfahrens zeigt.
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
  • Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 unter Verwendung einer Mehrzahl von Batteriezellen 10 zeigt.
  • Die Batteriezellen 10 sind in der in 1 dargestellten Ausführungsform miteinander über einen Leitungspfad 60, der auch als Strang bezeichnet wird, in Reihe geschaltet. An den äußersten Enden des Stranges 60 schließen sich Modulanschlüsse an, die in 1 nicht dargestellt sind.
  • Der Mehrzahl der Batteriezellen 10 vorgeschaltet ist im Strang 60 ein Präzisionsmesswiderstand 40, welcher mittels parallel angeschlossener Messleitungen 31 und 32 für eine präzise Strommessung hinsichtlich des dort auftretenden Spannungsabfalls mittels einer Stromüberwachungseinrichtung 30 abgegriffen wird.
  • Die einzelnen Batteriezellen 10 sind bei der Ausführungsform gemäß 1 über einen Bus 70 oder eine Daisy-Chain 70 miteinander kommunikativ verbunden. Am Bus 70 sind auch die Stromüberwachungseinrichtung 30 und des Weiteren eine übergeordnete Überwachungseinrichtung 20 angeschlossen.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist jede einzelne Batteriezelle 10 des Batteriemoduls 1 mit einer eigentlichen elektrochemischen Einheit 11 in Reihenschaltung im Strang 60 und mit einer Zellenüberwachungseinrichtung 12 parallel geschaltet ausgebildet. Die Zellenüberwachungseinrichtung 12 kann über Messleitungen 13 bis 17 auf Betriebsparameter der elektrochemischen Einheit 11 und des Leitungspfads 60 zugreifen.
  • 2 zeigt in diesem Zusammenhang detaillierter eine Ausführungsform einer in einem Batteriemodul 1 gemäß 1 verwendeten Batteriezelle 10.
  • Gemäß der Anordnung, die in 2 dargestellt ist, kann zum Beispiel über die Messleitungen 14 und 15 die Zellspannung als von der elektrochemischen Einheit 11 generierte Spannung abgegriffen werden.
  • Gleichzeitig oder in unmittelbarer zeitlicher Nachbarschaft, zum Beispiel im Rahmen von wenigen Mikrosekunden, kann über die Messleitungen 16 und 17 der Spannungsabfall am zellinternen Messwiderstand 50 bestimmt werden. Erfindungsgemäß wird dabei der zellinterne Messwiderstand 50 von einer inhärenten oder zellinternen Komponente 51 der Batteriezelle 10 gebildet, zum Beispiel von einem Zellanschluss, auch Terminal genannt, einem Zellverbinder oder dergleichen.
  • Durch dieses Vorgehen wird die Notwendigkeit des Vorsehens eines zusätzlichen Messwiderstands obsolet, es wird nur auf bei der Zelle 10 ohnehin bestehende Komponenten zurückgegriffen. Dies vereinfacht den Aufbau, die Herstellung und die Handhabung der Batteriezelle 10 und des Batteriemoduls 1 insgesamt, insbesondere im Zusammenhang mit einer zellindividuellen Strom-Spannungsmessung.
  • Wesentlich bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Messverfahrens ist die Kalibrierung der Strommessung und/oder der jeweiligen zellinternen Messwiderstände 50 in den einzelnen Batteriezellen 10, insbesondere unter Verwendung eines zu den einzelnen Batteriezellen 10 zellexternen Präzisionsmesswiderstands 40, dessen Spannungsabfall über Messleitungen 31 und 32 mittels der Stromüberwachungseinrichtung 30 abgegriffen wird.
  • Ein entsprechendes Kalibrierungsverfahren, um welches ein erfindungsgemäßes Messverfahren ergänzt werden kann, ist in Form eines Flussdiagramms in 3 dargestellt.
  • Nach einer Startphase S1 wird in einem Schritt S2 auf einen elektrischen Strom Bezug genommen, der über eine definierte Zeit konstant ist. Es handelt sich dabei insbesondere um den durch alle Batteriezellen fließenden Modulstrom.
  • Dies kann entweder über das Einstellen eines konstanten Stroms erfolgen oder aber durch Feststellen und Bezugnehmen auf eine Phase konstanten Stroms im Nachhinein. So kann zum Beispiel im Nachhinein festgestellt werden, dass in einem zeitlich veränderlichen Verlauf des elektrischen Stroms eine Zeitspanne – von zum Beispiel 10 ms – mit konstantem elektrischen Strom auftritt. Auf diese Zeitspanne konstanten Stroms wird dann für die Kalibrierung Bezug genommen.
  • In einem nachfolgenden Schritt S3 erfolgt dann die Kommunikation des Strommesswerts, der am Präzisionsmesswiderstand 40 durch die Stromüberwachungseinrichtung 30 über die Messleitungen 31 und 32 aufgenommen wurde, über eine übergeordnete Überwachungseinrichtung 20, und zwar an die einzelnen Zellüberwachungseinrichtungen 12 der einzelnen Batteriezellen 10. Dies geschieht z.B. über einen Bus 70.
  • Im nachfolgenden Schritt S4 erfolgt ein Abgleich der Strommessung der einzelnen Batteriezellen 10 im Zusammenhang mit deren Zellüberwachungseinrichtungen 12 mit dem mitgeteilten übergeordneten und präzise gemessenen Strommesswert im Zusammenhang mit dem Präzisionsmesswiderstand 40.
  • In einem nachfolgenden Schritt S5 kann das Nachführen des Zellmesswiderstandes 50 zum Beispiel in einer Ablesetabelle der einzelnen Batteriezellen 10 in der jeweiligen Zellüberwachungseinrichtung 12 erfolgen.
  • Dann erfolgt in einem weiteren Schritt S6 gegebenenfalls eine Korrektur des in der jeweiligen Batteriezelle 10 gemessenen Strommesswerts, welcher aus der Messung des Spannungsabfalls über den Zellmesswiderstand 50 durchgeführt wurde.
  • Die Startphase S1 und die Endphase S7 betten das Kalibrierungsverfahren in ein übergeordnetes Betriebsverfahren ein.
  • Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
    Zur Bestimmung des Innenwiderstands eines Speichers 1 elektrischer Energie, der auch als Batteriemodul 1 bezeichnet werden kann, oder der Speicherzellen 10 eines derartigen Batteriemoduls 1, die auch Batteriezellen 10 bezeichnet werden, werden die einzelnen Zellspannungen der Batteriezellen gemessen.
  • Die notwendige Strommessung wird an einem Präzisionsmesswiderstand 40 oder -shunt im Strang 60 z.B. im Zusammenhang mit einer übergeordneten Überwachungseinrichtung 20 durchgeführt.
  • Mittels Division der individuellen Zellspannungen durch den Strom kann der Innenwiderstand jeder einzelnen Batteriezelle berechnet werden. Die Kenntnis des Innenwiderstands ist notwendig zur Bestimmung des Alterungszustands der einzelnen Batteriezellen 10 und ermöglicht die Abgabe einer Leistungsprognose. Dies kann für die Betriebsführung unverzichtbar sein.
  • Da sich der Strom im Betrieb schnell ändern kann, ist eine geringe Latenzzeit – z.B. von 1 bis 10 µs – zwischen Zellspannungsmessung und der Strommessung notwendig. Ansonsten kann der Widerstand nicht hinreichend genau bestimmt werden.
  • Diese Anforderung an die Latenzzeit ist herkömmlicherweise schwer einzuhalten und erhöht den Umsetzungsaufwand. Ziel der Erfindung ist eine Verringerung dieses Aufwandes.
  • Dazu erfolgt erfindungsgemäß neben der Spannungsmessung auch die Strommessung direkt in der Batteriezelle, insbesondere durch den Aufbau einer so genannten Smart-Cell.
  • Eine Smart-Cell kann aufgefasst werden als eine Energiespeicherzelle, welche neben der Energiebereitstellungsfunktion auch noch eine oder mehrere Funktionen zur Überwachung und/oder Diagnose bereitstellt. Entsprechend kann eine solche Zelle neben Leistungs- und/oder Energieanschlüssen auch eine Datenschnittstelle aufweisen.
  • Erfindungsgemäß kann somit auf Grund der räumlichen Nähe der Messorte eine verbesserte Synchronisation von Strom- und Spannungsmessung gewährleistet werden.
  • Auf Grund der hohen Kosten für Präzisionsmesswiderstände 40 oder -shunts, wird dabei in den einzelnen Batteriezellen 10 auf dort bereits bestehende Leitungskomponenten und -pfade – z.B. auf Anschlüsse, Terminals, Zellverbinder – in der Batteriezelle 10 zurückgegriffen, welche dann als Zellmesswiderstand 50 fungieren.
  • Dieser wird vorteilhafterweise in der übergeordneten Vorrichtung, z.B. in einem Fahrzeug dann über einen Präzisionsmesswiderstand 40 oder -shunt im Strang 60 kalibriert.
  • Dabei wird ein Strom über eine Zeit konstant gestellt und anschließend an die einzelnen Batteriezellen 10 und insbesondere deren Zellüberwachungseinrichtungen 12, also den Smart-Cells, im Strang 60 kommuniziert.
  • Dieser Vorgang kann zum Beispiel während des Ladens erfolgen.
  • Die einzelnen Batteriezellen 10 und insbesondere deren Zellüberwachungseinrichtungen 12, also die Smart-Cells, im Strang 60 können daraufhin den ermittelten Stromwert korrigieren und den neuen Wert des zellinternen Messwiderstands 50 oder -shunts in einer Nachschlagetabelle oder Look-up-Table nachführen.
  • Diese Anwendung ist auch denkbar ohne Konfiguration als Smart-Cell, d.h. ohne Ausgestaltung einer Zellüberwachungseinrichtung 12. In diesem Fall kann eine Strommessung auf der Ebene des Batteriemoduls 1 erfolgen, z.B. an den Modulverbindern. Dies würde die Verwendung der bisher bestehenden Architektur ermöglichen und die Vorteile geringer Latenzzeiten erhalten.
  • Es stellen sich erfindungsgemäß folgende Vorteile ein:
    • – Die Bestimmung des internen Zellwiderstands wird stark verbessert.
    • – Die Anforderungen an die Latenzzeit zwischen Strommessung im Strang 60 und Spannungsmessung in den Batteriezellen 10 können reduziert werden.
    • – Aus der verbesserten Bestimmung des Innenwiderstands können eine präzisere Leistungsprognose und Angaben zum Alterungszustand erfolgen.
    • – Es ergäben sich Kosteneinsparungen durch Reduktion der apparativen Anforderungen, z.B. hinsichtlich des Vorsehens einer Mehrzahl von Präzisionsmesswiderständen und/oder eine Verringerung der Anforderungen an die Latenzzeit und damit an die Kommunikation.
    • – Die Funktionalität von Batteriemodulen wird verbessert durch präzisere Leistungsprädiktion und Alterungsbestimmung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batteriemodul
    10
    Batteriezelle
    11
    elektrochemische Einheit
    12
    Zellüberwachungseinrichtung
    13
    Messleitung
    14
    Messleitung
    15
    Messleitung
    16
    Messleitung
    17
    Messleitung
    20
    Überwachungseinrichtung
    30
    Stromüberwachungseinrichtung
    31
    Messleitung
    32
    Messleitung
    40
    Präzisionsmesswiderstand
    50
    Zellmesswiderstand
    51
    zellinterne Komponente
    60
    Strang
    70
    Bus

Claims (12)

  1. Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen (10) eines Batteriemoduls (1), bei welchem dazu – eine Zellspannung einer Batteriezelle (10) als Spannung der jeweiligen elektrochemischen Einheit (11) der Batteriezelle (10) bestimmt wird, – ein Zellstrom einer Batteriezelle (10) aus einem Spannungsabfall an einem Zellmesswiderstand (50) der Batteriezelle (10) bestimmt wird, – als Zellmesswiderstand (50) der Ohmsche Widerstand einer Komponente (51) der Batteriezelle (10) im Leitungspfad (60) verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als Komponente (51) im Leitungspfad (60) der Batteriezelle (10) ein Zellanschluss, eine Zu- oder Ableitung zu einem Zellanschluss und/oder ein Zellverbinder zum Verbinden benachbarter Batteriezellen (10) in einem Batteriemodul (1) verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem Zellspannung und Zellstrom einer jeweiligen Batteriezelle (10) innerhalb einer Latenzzeitspanne von 10 µs gemessen werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem Zellspannung und Zellstrom einer jeweiligen Batteriezelle (10) gleichzeitig gemessen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der Zellmesswiderstand (50) einer jeweiligen Batteriezelle (10) unter Verwendung eines zellexternen Präzisionsmesswiderstands (40) kalibriert wird, insbesondere durch eine Vergleichsmessung eines elektrischen Stromflusses.
  6. Verfahren nach einem Anspruch 5, bei welchem das Kalibrieren der Zellmesswiderstände (50) der jeweiligen Batteriezellen (10) unter Verwendung desselben und zu allen Batteriezellen (10) zellexternen Präzisionsmesswiderstands (40) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Kalibrieren eines Zellmesswiderstands (50) einer jeweiligen Batteriezelle (10) während einer Zeitspanne konstanten Stromflusses erfolgt, welche insbesondere mindestens 10 ms beträgt.
  8. Verfahren nach einem Anspruch 7, bei welchem der konstante Stromfluss zum Kalibrieren von Zellmesswiderständen (50) (i) durch explizite Wahl von Betriebsbedingungen eines den Batteriezellen (10) zu Grunde liegenden Batteriemoduls (1) eingestellt und/oder (ii) im Betrieb durch Überwachen des Stromflusses und im Nachhinein festgestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem ein zum Kalibrieren aus Vergleichsmessung eines elektrischen Stromflusses erfasster Strommesswert einer jeweiligen Batteriezelle (10) mitgeteilt wird, insbesondere sämtlichen Batteriezellen (10) eines zu Grunde liegenden Batteriemoduls (1) und/oder einer in einer jeweiligen Batteriezelle (10) ausgebildeten Zellüberwachungseinrichtung (12).
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welchem ein Ergebnis des Kalibrierens eines Zellmesswiderstands (50) in einer Nachschlagetabelle mitgeführt und/oder aktualisiert wird, insbesondere in der jeweiligen Batteriezelle (10) und/oder in einer in einer jeweiligen Batteriezelle (10) ausgebildeten Zellüberwachungseinrichtung (12).
  11. Batteriemodul (10) für eine Vorrichtung und insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (10), welche über einen Leitungspfad (60) miteinander verbunden sind, welches – ausgebildet ist, in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet zu werden und dazu – insbesondere eine Überwachungseinrichtung (20), einen zellexternen Präzisionswiderstand (40) im Leitungspfand (60) und/oder eine Zellüberwachungseinrichtung (12) in jeder der Batteriezellen (10) aufweist.
  12. Vorrichtung und insbesondere Fahrzeug, mit: – einem Batteriemodul (1) nach Anspruch 11 und – einem Verbraucher, welcher mit dem Batteriemodul (1) zur Versorgung mit Energie verbindbar oder verbunden ist.
DE102016212633.4A 2016-07-12 2016-07-12 Verfahren zum Bestimmen des Innenwiderstands von Batteriezellen, Batteriemodul und Vorrichtung Pending DE102016212633A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020016799A1 (en) * 2018-07-17 2020-01-23 Stra, S.A. Method and device for measuring the health of a multicell automotive battery
DE102020127262A1 (de) 2020-10-15 2022-04-21 Audi Aktiengesellschaft Erfassungseinrichtung, Erfassungsanordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Erfassen zumindest eines Zellparameters

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109975716A (zh) * 2019-03-07 2019-07-05 天津力神电池股份有限公司 一种锂离子电池内阻波动的检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19952693A1 (de) * 1999-10-14 2001-05-23 Akkumulatorenfabrik Moll Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug
DE102014220098A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Schalten von mehreren unterschiedlich ausgebildeten Batteriezellen einer Batterie und Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren unterschiedlich ausgebildeten Batteriezellen

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5670861A (en) * 1995-01-17 1997-09-23 Norvik Tractions Inc. Battery energy monitoring circuits
US5744962A (en) * 1995-03-14 1998-04-28 Alber; Glenn Automated data storing battery tester and multimeter
DE10205120B4 (de) * 2001-02-13 2004-12-16 Akkumulatorenfabrik Moll Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Innenwiderstandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug
GB0624858D0 (en) * 2006-12-13 2007-01-24 Ami Semiconductor Belgium Bvba Battery Monitoring
US8063643B2 (en) * 2008-03-05 2011-11-22 Liebert Corporation System and method for measuring battery internal resistance
DE102009002468A1 (de) * 2009-04-17 2010-10-21 Robert Bosch Gmbh Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie bei Einsatz von induktivem Zellbalancing
JP5381664B2 (ja) * 2009-12-02 2014-01-08 トヨタ自動車株式会社 組電池の異常検出装置
DE102010028066A1 (de) * 2010-04-22 2011-10-27 Robert Bosch Gmbh Kalibrierverfahren und Kalibrierschaltung für ein Strommesssystem zum Messen des Batteriestromes in einem Kraftfahrzeug
US8933702B2 (en) * 2010-05-14 2015-01-13 Liebert Corporation Battery monitor with correction for internal OHMIC measurements of battery cells in parallel connected battery strings
DE102011013394B4 (de) * 2011-03-09 2012-10-04 Audi Ag Batterie für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterie
DE102011075361A1 (de) * 2011-05-05 2012-11-08 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Überwachung der Temperatur einer Batteriezelle
DE102012209660A1 (de) * 2012-06-08 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und zugehöriges Verfahren zur Ermittlung des Innenwiderstandes von Batteriezellen oder Batteriemodulen des Batteriesystems
DE102012209648B4 (de) * 2012-06-08 2024-02-01 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Abnutzungszustandes eines Batteriemoduls, Batteriemanagementsystem, Spannungsstufenbatteriesystem und Kraftfahrzeug
US10901019B2 (en) * 2013-03-15 2021-01-26 Atieva, Inc. Method of connecting cell voltage sensors
KR101574969B1 (ko) * 2013-09-24 2015-12-21 주식회사 엘지화학 충방전기의 충전 전류 정밀도 검출 장치
JP6312508B2 (ja) * 2014-04-11 2018-04-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池監視装置、電池システムおよび電動車両駆動装置
DE102014007304A1 (de) * 2014-05-17 2015-01-15 Daimler Ag Kraftfahrzeug-Batteriemanagement mit Einzelzellenüberwachung
US10429450B2 (en) * 2014-05-22 2019-10-01 Navitas Solutions, Inc. Battery sensing method and apparatus
WO2016042109A1 (de) * 2014-09-17 2016-03-24 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren zum kontinuierlichen kalibrieren von strommesssystemen in kraftfahrzeugen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19952693A1 (de) * 1999-10-14 2001-05-23 Akkumulatorenfabrik Moll Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln, Anzeigen und/oder Auslesen des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug
DE102014220098A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Schalten von mehreren unterschiedlich ausgebildeten Batteriezellen einer Batterie und Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren unterschiedlich ausgebildeten Batteriezellen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020016799A1 (en) * 2018-07-17 2020-01-23 Stra, S.A. Method and device for measuring the health of a multicell automotive battery
DE102020127262A1 (de) 2020-10-15 2022-04-21 Audi Aktiengesellschaft Erfassungseinrichtung, Erfassungsanordnung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Erfassen zumindest eines Zellparameters

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