DE102019110349A1 - Method for determining mechanical defects in a battery system and battery system - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem (10), insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem (10) zumindest ein Modul (14) mit mehreren Batteriezellen (18) umfasst, und wobei das Batteriesystem (10) ein Sensorsystem (12) aufweist, umfasst folgende Schritte:- Bereitstellen des Batteriesystems (10);- Messen der Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle (18) des zumindest einen Moduls (14) des Batteriesystems (10) mittels des Sensorsystems (12);- Übermitteln des zumindest einen Messwerts an eine Auswerteeinheit (16); und- Vergleichen des Messwerts mit zumindest einem Referenzwert, um aufgrund des Vergleichs auf eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz zu schließen.Des Weiteren wird ein Batteriesystem angegeben.A method for determining mechanical defects in a battery system (10), in particular a high-voltage storage device in a motor vehicle, wherein the battery system (10) comprises at least one module (14) with a plurality of battery cells (18), and wherein the battery system (10) is a sensor system (12) comprises the following steps: - providing the battery system (10); - measuring the impedance of at least one battery cell (18) of the at least one module (14) of the battery system (10) by means of the sensor system (12); - transmitting the at least one measured value to an evaluation unit (16); and comparing the measured value with at least one reference value in order to infer a change in impedance characteristic of a mechanical defect on the basis of the comparison. A battery system is also specified.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug sowie ein solches Batteriesystem.The invention relates to a method for determining mechanical defects in a battery system, in particular a high-voltage storage device in a motor vehicle, and to such a battery system.
In Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen werden geeignet dimensionierte Batteriesysteme als Hochvoltspeicher für den alleinigen oder unterstützenden elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt. In den Hochvoltspeichern befinden sich mehrere Module, auch Batteriemodule genannt, in denen wiederum mehrere Batteriezellen zusammengefasst sind. Die einzelnen Batteriezellen können in Serie und/oder parallel geschaltet sein. Typischerweise werden Lithium-Ionen-Akkumulatoren bzw. -Batterien als Batteriezellen eingesetzt.In electric vehicles and hybrid vehicles, suitably dimensioned battery systems are used as high-voltage storage devices for the sole or auxiliary electric drive of the motor vehicle. The high-voltage storage system contains several modules, also called battery modules, in which several battery cells are combined. The individual battery cells can be connected in series and / or in parallel. Typically, lithium-ion accumulators or batteries are used as battery cells.
Im Betrieb des Kraftfahrzeugs muss der Zustand der einzelnen Batteriezellen, nämlich der sogenannte „state of health“ (SoH) bzw. „state of charge“ (SoC), ständig überwacht werden. Eine Möglichkeit, eine entsprechende Überwachung bereitzustellen, besteht in der Bestimmung der Impedanz der Batteriezellen. Es ist bekannt, dass sich mit fortschreitendem Alter einer Batteriezelle deren Impedanzwerte verändern, wodurch entsprechende Rückschlüsse auf den Zustand der Batteriezelle gezogen werden können.When the motor vehicle is in operation, the state of the individual battery cells, namely the so-called “state of health” (SoH) or “state of charge” (SoC), must be constantly monitored. One possibility of providing appropriate monitoring is to determine the impedance of the battery cells. It is known that the impedance values of a battery cell change with advancing age, whereby corresponding conclusions can be drawn about the state of the battery cell.
Aus der
Üblicherweise sind die Batteriezellen in den einzelnen Modulen des Batteriesystems mechanisch gegeneinander verspannt, beispielsweise indem ein Rahmen um die Batteriezellen herum angeordnet ist. Die Batteriezellen dehnen sich jedoch im Laufe ihrer Lebenszeit durch Alterungseffekte aus, wodurch im Rahmen des Moduls mechanische Spannungen auftreten können.The battery cells in the individual modules of the battery system are usually mechanically braced against one another, for example by arranging a frame around the battery cells. However, the battery cells expand in the course of their lifetime due to aging effects, which can lead to mechanical stresses in the module.
Diese mechanischen Spannungen können im Extremfall zum Versagen des Rahmens führen, wodurch die mechanische Verspannung der einzelnen Batteriezellen nicht länger gewährleistet ist. Dies kann zu Ausfällen einzelner Module oder des gesamten Batteriesystems führen.In extreme cases, these mechanical stresses can lead to the failure of the frame, as a result of which the mechanical stressing of the individual battery cells is no longer guaranteed. This can lead to failure of individual modules or the entire battery system.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, mechanische Defekte in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, zuverlässig zu erkennen.The object of the invention is to provide a possibility of reliably detecting mechanical defects in a battery system, in particular a high-voltage storage device in a motor vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen von mechanischen Defekten in einem Batteriesystem, insbesondere eines Hochvoltspeichers in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem zumindest ein Modul mit mehreren Batteriezellen umfasst, und wobei das Batteriesystem ein Sensorsystem aufweist, umfassend folgende Schritte:
- - Bereitstellen des Batteriesystems;
- - Messen der Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle des zumindest einen Moduls des Batteriesystems mittels des Sensorsystems;
- - Übermitteln des zumindest einen Messwerts an eine Auswerteeinheit; und
- - Vergleichen des zumindest einen Messwerts mit zumindest einem Referenzwert, um aufgrund des Vergleichs auf eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz zu schließen.
- - Provision of the battery system;
- Measuring the impedance of at least one battery cell of the at least one module of the battery system by means of the sensor system;
- - Transmission of the at least one measured value to an evaluation unit; and
- Comparing the at least one measured value with at least one reference value in order to infer a change in impedance characteristic of a mechanical defect on the basis of the comparison.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, dass auch mechanische Defekte zu einer charakteristischen Veränderung der Impedanz der Batteriezellen führen und diese charakteristische Veränderung der Impedanz mittels des Sensorsystems und der Auswerteeinheit festgestellt werden kann. Mit anderen Worten wird über das Sensorsystem die Impedanz der wenigstens einen Batteriezelle erfasst, wobei die erfasste Impedanz von der Auswerteeinheit ausgewertet wird, um die charakteristische Veränderung zu detektieren.The basic idea of the present invention is that mechanical defects also lead to a characteristic change in the impedance of the battery cells and this characteristic change in the impedance can be determined by means of the sensor system and the evaluation unit. In other words, the impedance of the at least one battery cell is detected via the sensor system, the detected impedance being evaluated by the evaluation unit in order to detect the characteristic change.
Hierzu kann die Auswerteeinheit auf einen in einem Speicher hinterlegten Referenzwert zugreifen, um diesen mit dem aktuellen Messwert zu vergleichen, der über das Sensorsystem gemessen worden ist.For this purpose, the evaluation unit can access a reference value stored in a memory in order to compare this with the current measured value that has been measured by the sensor system.
Das Batteriesystem ist insbesondere ein Hochvoltspeicher, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs wie einem Elektroauto oder einem Plugin-Hybrid.The battery system is in particular a high-voltage storage device, for example a traction battery of a motor vehicle such as an electric car or a plug-in hybrid.
Der zumindest eine Messwert, der an die Auswerteeinheit übermittelt worden ist, kann auch in der Auswerteeinheit zumindest zwischengespeichert werden, insbesondere hinterlegt werden.The at least one measured value that has been transmitted to the evaluation unit can also be at least temporarily stored, in particular stored, in the evaluation unit.
Der Referenzwert, mit dem der ermittelte Messwert verglichen wird, kann sowohl ein in der Auswerteeinheit hinterlegter Wert, beispielsweise vom Hersteller, als auch ein früherer Messwert sein.The reference value with which the determined measured value is compared can be both a value stored in the evaluation unit, for example from the manufacturer, and an earlier measured value.
Ferner kann der Referenzwert aus mehreren früheren Messwerten ermittelt worden sein, beispielsweise der Durchschnitt einer bestimmten Anzahl von vorherigen Messwerten oder ein gleitender Durchschnitt einer bestimmten Anzahl vorheriger Messwerte. Auch kann der Referenzwert basierend auf einem vorgegebenen Wert ermittelt worden sein, der entsprechend angepasst wird, beispielsweise alterungsbedingt.Furthermore, the reference value can have been determined from several previous measured values, for example the average of a specific number of previous measured values or a moving average of a specific number of previous ones Readings. The reference value can also have been determined based on a predetermined value which is adapted accordingly, for example due to aging.
Ebenso kann nicht nur ein singulärer Messwert herangezogen werden, sondern mehrere Messwerte, um beispielsweise die zeitliche Veränderung der Impedanz zu bestimmen. Die zeitliche Veränderung kann dann mit einem Referenzwert verglichen werden, der beispielsweise die alterungsbedingte Veränderung darstellt. Sofern die gemessene zeitliche Veränderung der Impedanz von der alterungsbedingten Veränderung um einen bestimmten Wert abweicht, kann die charakteristische Veränderung vorliegen.Likewise, not only a singular measured value can be used, but several measured values, for example, to determine the change in impedance over time. The change over time can then be compared with a reference value which, for example, represents the age-related change. If the measured change in impedance over time deviates from the age-related change by a certain value, the characteristic change may be present.
Die Impedanz kann als komplexe Größe mit einem Realteil und einem Imaginärteil beschrieben werden. Somit ist es möglich, den Realteil und den Imaginärteil der Impedanz auch getrennt voneinander auszuwerten. Der Referenzwert kann entsprechend ebenfalls als komplexe Größe mit einem Realteil und einem Imaginärteil beschrieben werden. Auf diese Weise können charakteristische Änderungen auch getrennt voneinander lediglich im Realteil oder Imaginärteil erkannt werden. Insbesondere sind manche Änderungen stärker im Realteil als im Imaginärteil zu identifizieren bzw. umgekehrt.The impedance can be described as a complex quantity with a real part and an imaginary part. It is thus possible to evaluate the real part and the imaginary part of the impedance separately from one another. The reference value can accordingly also be described as a complex variable with a real part and an imaginary part. In this way, characteristic changes can also be recognized separately from one another, only in the real part or the imaginary part. In particular, some changes can be identified more in the real part than in the imaginary part or vice versa.
Die charakteristische Veränderung der Impedanz bei Vorliegen eines mechanischen Defekts ist insbesondere eine sprunghafte Veränderung des Messwertes, insbesondere gegenüber dem vorherigen Messwert. Somit können auch vergleichsweise geringe Änderungen der Impedanz, die bei mechanischen Defekten auftreten, von anderen Einflüssen, beispielsweise durch Veränderungen aufgrund von Temperaturänderungen, sicher unterschieden werden.The characteristic change in the impedance in the presence of a mechanical defect is, in particular, a sudden change in the measured value, in particular compared to the previous measured value. Thus, even comparatively small changes in the impedance that occur in the event of mechanical defects can be reliably distinguished from other influences, for example due to changes due to temperature changes.
Die Unterscheidung kann zusätzlich dadurch erleichtert werden, dass bekannte Veränderungen auf den Realteil und/oder Imaginärteil berücksichtigt werden. So wirkt sich eine Temperaturänderung sowohl in vergleichbarem Maß auf den Realteil und den Imaginärteil der Impedanz aus, während bei einem mechanischen Defekt der Einfluss auf den Realteil höher ist als auf den Imaginärteil der Impedanz.The differentiation can also be made easier by taking known changes to the real part and / or imaginary part into account. A temperature change has a comparable effect on both the real part and the imaginary part of the impedance, while in the case of a mechanical defect the influence on the real part is greater than that on the imaginary part of the impedance.
Alternativ und/oder zusätzlich kann auch lediglich die Größenordnung der Impedanz, insbesondere der Veränderung der Impedanz, die charakteristische Veränderung sein.Alternatively and / or in addition, only the magnitude of the impedance, in particular the change in impedance, can also be the characteristic change.
Für die Impedanzmessung werden insbesondere niedrige Spannungen eingesetzt, beispielsweise eine Spannung von 1 bis 2 mV.In particular, low voltages are used for the impedance measurement, for example a voltage of 1 to 2 mV.
Die Impedanz kann über ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz im Bereich von 100 Hz bis 10 kHz gemessen werden, insbesondere mit einer Frequenz größer 500 Hz.The impedance can be measured using an alternating voltage signal with a frequency in the range from 100 Hz to 10 kHz, in particular with a frequency greater than 500 Hz.
Hohe Frequenzen ermöglichen eine möglichst störungsfreie Messung der Impedanz. Wird die Impedanz bei niedrigeren Frequenzen gemessen, insbesondere nahe der Wechselstromnetzfrequenz von 50 Hz im Kraftfahrzeug, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Störquellen die Messung verfälschen. Generell treten Störquellen vor allem im niedrigen Frequenzbereich durch verschiedene Verbraucher im Kraftfahrzeug auf, sodass die Impedanz insbesondere bei höheren Frequenzen gemessen werden kann.High frequencies enable the impedance to be measured with as little interference as possible. If the impedance is measured at lower frequencies, in particular near the AC mains frequency of 50 Hz in the motor vehicle, the probability increases that sources of interference falsify the measurement. In general, sources of interference occur primarily in the low frequency range due to various consumers in the motor vehicle, so that the impedance can be measured especially at higher frequencies.
Da sich Temperaturschwankungen deutlich stärker auf die gemessene Impedanz auswirken können als mechanische Veränderungen, muss die Temperatur der Batteriezelle beim Vergleichen des Messwerts mit dem Referenzwert berücksichtigt werden. Wie bereits erläutert kann der Realteil und der Imaginärteil unabhängig voneinander analysiert werden. Dies ist hilfreich, da Temperaturänderungen sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil betreffen, wohingegen ein mechanischer Defekt einen größeren Einfluss auf den Realteil hat. Die Abhängigkeit der gemessenen Impedanz von der Temperatur sinkt mit größeren Frequenzen. Somit ist eine Impedanz-messung bei hohen Frequenzen auch deshalb vorteilhaft, da fehlerhaft bestimmte Temperaturen einen geringeren Messfehler verursachen.Since temperature fluctuations can have a much stronger effect on the measured impedance than mechanical changes, the temperature of the battery cell must be taken into account when comparing the measured value with the reference value. As already explained, the real part and the imaginary part can be analyzed independently of one another. This is helpful because changes in temperature affect both the real part and the imaginary part, whereas a mechanical defect has a greater influence on the real part. The dependence of the measured impedance on the temperature decreases with higher frequencies. An impedance measurement at high frequencies is therefore also advantageous because incorrectly determined temperatures cause less measurement errors.
Zusätzlich ist es mit höheren Frequenzen möglich, die Messzeiträume für die Impedanz vergleichsweise kurz zu wählen. Nach Möglichkeit sollte die Impedanzmessung so kurz wie möglich sein, da während der Messung keine Störungen auftreten sollen. Entsprechend sollten während der Messung keine Lastwechsel des Batteriesystems stattfinden, beispielsweise ein (starkes) Beschleunigen. Ein konstanter Strom führt hingegen nicht zur Verfälschung der gemessenen Impedanz, sodass die Impedanzmessung auch während des Fahrbetriebs möglich ist.In addition, with higher frequencies it is possible to select the measurement periods for the impedance comparatively short. If possible, the impedance measurement should be as short as possible, since no interference should occur during the measurement. Accordingly, there should be no load changes in the battery system during the measurement, for example (strong) acceleration. A constant current, on the other hand, does not lead to falsification of the measured impedance, so that the impedance measurement is also possible while driving.
In einer Variante kann die Impedanz mit zumindest zwei verschiedenen Frequenzen gemessen werden. Die Impedanz einer Batteriezelle ändert sich bei verschiedenen Frequenzen unterschiedlich stark, da sich je nach Frequenzbereich unterschiedliche Einflussfaktoren stärker auswirken. Durch das Messen der Impedanz mit verschiedenen Frequenzen kann somit auf einfache Weise gewährleistet werden, dass eine einzelne Störquelle nicht zufällig bei einer einzelnen Messfrequenz eine überproportional starke Abweichung der Impedanz verursacht. Eine höhere Anzahl von Frequenzen für die Impedanzmessung erhöht daher die Genauigkeit des Verfahrens, wobei jedoch eine längere Messzeit benötigt wird. Entsprechend muss ein Kompromiss zwischen der gewünschten Genauigkeit und Messdauer gewählt werden.In a variant, the impedance can be measured with at least two different frequencies. The impedance of a battery cell changes to different degrees at different frequencies, since different influencing factors have a stronger effect depending on the frequency range. By measuring the impedance with different frequencies, it can thus be ensured in a simple manner that a single source of interference does not accidentally cause a disproportionately large deviation in the impedance at a single measurement frequency. A higher number of frequencies for the impedance measurement therefore increases the accuracy of the method, but a longer measurement time is required. Accordingly, a compromise must be chosen between the desired accuracy and measurement duration.
Auch kann das Anregungssignal mehrere Frequenzen aufweisen, insbesondere zwei Frequenzen, sodass die Messzeit nicht verlängert werden muss. Jedoch ist der Geräteaufwand in diesem Fall höher, sodass ein Kompromiss zwischen der gewünschten Genauigkeit und den Kosten gewählt werden muss.The excitation signal can also have several frequencies, in particular two frequencies, so that the measurement time does not have to be extended. However, the outlay on equipment is higher in this case, so that a compromise must be chosen between the desired accuracy and the costs.
Die Impedanz kann mit einer Auflösung von 10-3 mOhm erfasst werden, also 0,1 µOhm Der Innenwiderstand einer Zelle in einem typischen Hochvoltspeicher beträgt oft weniger als 1 mOhm. Durch weitere Komponenten des Hochvoltspeichers, beispielsweise Kabelverbindungen, kann der Innenwiderstand des Hochvoltspeichers auch deutlich größer sein. Entsprechend sind die Änderungen der gemessenen Impedanz bei mechanischen Defekten meist sehr klein, sodass eine ausreichend genaue Auflösung während der Impedanzmessung notwendig ist, um diese zuverlässig erkennen zu können. Die Messgenauigkeit kann entsprechend in einem Bereich von 0,005 bis 0,01 mOhm (5 bis 10 µOhm) liegen.The impedance can be recorded with a resolution of 10 -3 mOhm, i.e. 0.1 µOhm. The internal resistance of a cell in a typical high-voltage storage system is often less than 1 mOhm. The internal resistance of the high-voltage battery can also be significantly greater through further components of the high-voltage storage unit, for example cable connections. Correspondingly, the changes in the measured impedance in the case of mechanical defects are usually very small, so that a sufficiently accurate resolution is necessary during the impedance measurement in order to be able to reliably detect it. The measurement accuracy can accordingly be in a range from 0.005 to 0.01 mOhm (5 to 10 µOhm).
Ferner kann bei einer Abweichung der Impedanz von mehr als 0,2 mOhm (1 µOhm) ein Warnsignal ausgegeben werden und/oder eine Benachrichtigung an eine Werkstatt erfolgen. Der Messwert kann also eine Abweichung gegenüber dem Referenzwert haben, wobei das Warnsignal bzw. die Benachrichtigung erst bei einer Abweichung von mehr als 0,2 mOhm erfolgt. Grundsätzlich muss die Abweichung der Impedanz, ab der das Warnsignal bzw. die Benachrichtigung ausgegeben werden soll, an die zu erwartende charakteristische Veränderung der Impedanz angepasst werden, um zuverlässig und ohne Falschmeldungen einen mechanischen Defekt erkennen zu können.Furthermore, if the impedance deviates by more than 0.2 mOhm (1 µOhm), a warning signal can be issued and / or a notification can be sent to a workshop. The measured value can thus have a deviation from the reference value, the warning signal or the notification only occurring if there is a deviation of more than 0.2 mOhm. Basically, the deviation in the impedance from which the warning signal or the notification is to be output must be adapted to the expected characteristic change in impedance in order to be able to reliably detect a mechanical defect without false reports.
Grundsätzlich hängen die verwendeten Werte, insbesondere der Wert für die Ausgabe des Warnsignals, von der konkreten Anzahl der parallel geschalteten Batterien ab.The values used, in particular the value for the output of the warning signal, basically depend on the specific number of batteries connected in parallel.
Auf diese Weise kann die Sicherheit des Batteriesystems noch weiter erhöht werden, da mechanische Defekte sofort erfasst und beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs mitgeteilt werden.In this way, the safety of the battery system can be increased even further, since mechanical defects are detected immediately and, for example, communicated to the driver of the motor vehicle.
Das Sensorsystem kann eine Spannungs- und/oder eine Strommessvorrichtung umfassen.The sensor system can comprise a voltage and / or a current measuring device.
In einer weiteren Variante kann jeder der Batteriezellen des zumindest einen Moduls des Batteriesystems jeweils ein Sensor des Sensorsystems zugeordnet sein. Beispielsweise ist auf jeder der Batteriezellen ein Chip aufgebracht, der die jeweilige Batteriezelle überwacht. Der Chip kann dabei sowohl eine Spannungs- und/oder eine Strommessvorrichtung aufweisen als auch weitere Messvorrichtungen, beispielsweise einen Temperatursensor, um die Temperatur der zugeordneten Batteriezelle zu überwachen.In a further variant, each of the battery cells of the at least one module of the battery system can be assigned a sensor of the sensor system. For example, a chip that monitors the respective battery cell is applied to each of the battery cells. The chip can have a voltage and / or a current measuring device as well as further measuring devices, for example a temperature sensor, in order to monitor the temperature of the assigned battery cell.
In dieser Variante können auch die Änderungen der Impedanzen der einzelnen Batteriezellen des zumindest einen Moduls miteinander verglichen werden. So ist bei einem Bruch des die Batteriezellen umgebenden Rahmens zu erwarten, dass die mechanischen Spannungen auf alle Batteriezellen nachlässt, wodurch jede der Sensoren eine für einen mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz für jede der Batteriezellen des Moduls feststellen sollte. Eventuell gibt es jedoch graduelle Unterschiede, da die mechanische Verspannung insbesondere in der unmittelbaren Nähe des gebrochenen Rahmens stärker nachlässt. In jedem Fall verändert sich die Impedanz jedoch bei jeder Batteriezelle im Wesentlichen zur selben Zeit, sodass bei genügend hoher Auflösung der mechanische Defekt festgestellt werden kann.In this variant, the changes in the impedances of the individual battery cells of the at least one module can also be compared with one another. In the event of a break in the frame surrounding the battery cells, it is to be expected that the mechanical stresses on all battery cells will decrease, whereby each of the sensors should detect a change in the impedance characteristic of a mechanical defect for each of the battery cells of the module. However, there may be gradual differences, as the mechanical tension decreases more, especially in the immediate vicinity of the broken frame. In any case, however, the impedance changes essentially at the same time for each battery cell, so that the mechanical defect can be detected with a sufficiently high resolution.
Ferner kann ein zeitlicher Verlauf der Impedanz erfasst werden, insbesondere wobei der zeitliche Verlauf zumindest zwischengespeichert wird. Insofern werden mehrere Messwerte herangezogen, die verwendet werden, um einen mechanischen Defekt festzustellen. Die Speicherung bzw. Zwischenspeicherung kann in der Auswerteeinheit erfolgen. Auf diese Weise kann auch der zeitliche Verlauf der Änderung der Impedanz berücksichtigt werden. So ist zu erwarten, dass bei einem mechanischen Defekt, beispielsweise dem Bruch des die Batteriezellen umgebenden Rahmens, eine schnelle bzw. schlagartige Änderung der Impedanz auftritt. Zumindest ist die Änderung der Impedanz in einem kurzen Zeitraum größer als es lediglich durch Alterungseffekte der Batteriezellen zu erwarten wäre.Furthermore, a time profile of the impedance can be recorded, in particular with the time profile being at least temporarily stored. In this respect, several measured values are used that are used to determine a mechanical defect. The storage or intermediate storage can take place in the evaluation unit. In this way, the change in impedance over time can also be taken into account. It is to be expected that in the event of a mechanical defect, for example a break in the frame surrounding the battery cells, a rapid or sudden change in the impedance occurs. At least the change in impedance in a short period of time is greater than would be expected solely from the aging effects of the battery cells.
Auch kann der für den Vergleich verwendete Referenzwert über die Zeit angepasst werden. Dadurch wird gewährleistet, dass nicht bereits aufgrund einer durch Alterungseffekte verursachte Änderung der Impedanz eine Abweichung, die einen mechanischen Defekt nahelegen würde, zum ursprünglich hinterlegten Referenzwert festgestellt wird, beispielsweise dem im Auslieferungszustand hinterlegten Referenzwert. Somit kann zwischen einem mechanischen Defekt und anderen Einflüssen auf die Impedanz über die Lebensdauer des Batteriesystems hinweg zuverlässig unterschieden werden. Mit anderen Worten unterliegt der Referenzwert einem Alterungsmodell, sodass die Veränderung der Impedanz aufgrund der Alterung des Batteriesystems beim Referenzwert entsprechend berücksichtigt wird.The reference value used for the comparison can also be adapted over time. This ensures that a change in impedance that would suggest a mechanical defect is not determined from the originally stored reference value, for example the reference value stored in the delivery state, due to a change in impedance caused by aging effects. It is thus possible to reliably differentiate between a mechanical defect and other influences on the impedance over the life of the battery system. In other words, the reference value is subject to an aging model, so that the change in impedance due to the aging of the battery system is taken into account accordingly in the reference value.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Batteriesystem, insbesondere einen Hochvoltspeicher in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem zumindest ein Modul mit mehreren Batteriezellen umfasst, und wobei das Batteriesystem ein Sensorsystem aufweist, wobei das Batteriesystem dazu eingerichtet ist, das Verfahren der zuvor beschriebenen Art durchzuführen. Insofern wird auf die oben genannten Vorteile verwiesen.The object is also achieved by a battery system, in particular a high-voltage storage device in a motor vehicle, wherein the battery system comprises at least one module with a plurality of battery cells, and wherein the battery system has a sensor system, the battery system being set up to carry out the method of the type described above. In this respect, reference is made to the advantages mentioned above.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen. In diesen zeigen:
- -
1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriesystems; - -
2 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; - -
3 ein Nyquist-Diagramm beispielhafter Messwerte der Impedanz vor und nach einem mechanischen Defekt; und - -
4 ein Bode-Diagramm beispielhafter Messwerte der Impedanz vor und nach einem mechanischen Defekt.
- -
1 a schematic structure of a battery system according to the invention; - -
2 a schematic sequence of the method according to the invention; - -
3 a Nyquist plot of exemplary measured values of impedance before and after a mechanical failure; and - -
4th a Bode diagram of exemplary measured values of the impedance before and after a mechanical defect.
In
Das Batteriesystem
Jedes der Module
Jeder der Batteriezellen
Jeder der Sensoren
Die Module
Grundsätzlich können sich die Module
Durch die Alterung der Batteriezellen
Es wird zunächst das Batteriesystem
Anschließend wird die Impedanz von wenigstens einer Batteriezelle
Zur Messung der Impedanz wird vom Sensorsystem
Grundsätzlich ist es ausreichend, die Impedanz bei einer einzelnen Frequenz zu bestimmen, jedoch können auch mehrere, insbesondere zwei, Frequenzen benutzt werden, um die Genauigkeit bzw. die Messsicherheit zu erhöhen.In principle, it is sufficient to determine the impedance at a single frequency, but several, in particular two, frequencies can also be used in order to increase the accuracy or the measurement reliability.
Die Impedanz wird mit einer Auflösung von 10-4 Ohm erfasst.The impedance is recorded with a resolution of 10 -4 Ohm.
Der zumindest eine erfasste Messwert der Impedanz wird anschließend an die Auswerteeinheit
In der gezeigten Ausführungsform ist die Auswerteeinheit
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Auswerteeinheit
Insofern wäre die Auswerteeinheit
In der Auswerteeinheit
Wird eine Abweichung des Messwerts der Impedanz vom Referenzwert von mehr als 0,2 mOhm festgestellt, kann vom Batteriesystem
Zudem kann der Messwert auch dazu benutzt werden, den in der Auswerteeinheit
Beispielsweise ersetzt der zuletzt ermittelte Messwert der Impedanz den zuvor hinterlegten Referenzwert in regelmäßigen Abständen, wenn kein mechanischer Defekt festgestellt wurde. Auf diese Weise können geringe Änderungen der Impedanz aufgrund von Alterungseffekten der Batteriezellen
Auch kann ein zeitlicher Verlauf der ermittelten Impedanzen in der Auswerteeinheit
Ebenso kann ein (gleitender) Durchschnitt aus einer vorgegebenen Anzahl vorheriger Messwerte benutzt werden, um diesen mit dem Referenzwert zu verg leichen.A (moving) average from a specified number of previous measured values can also be used to compare this with the reference value.
In den
Die Strichlinien in den
Die durchgezogenen Linien in den
Nach der Beschädigung des Rahmens
Entsprechend können die Veränderungen der Impedanz von der Auswerteeinheit
Insbesondere tritt eine derartige Veränderung schlagartig, also zeitlich kurzfristig, auf, wohingegen Alterungseffekte oder andere die Impedanz beeinflussende Effekte schleichend auftreten, auch wenn diese absolut gesehen einen größeren Einfluss auf die Impedanz haben.In particular, such a change occurs suddenly, that is to say briefly in time, whereas aging effects or other effects influencing the impedance occur gradually, even if, viewed in absolute terms, they have a greater influence on the impedance.
Insofern wird die Impedanz, insbesondere deren Veränderung, kontinuierlich überwacht, um die für den mechanischen Defekt charakteristische Veränderung der Impedanz festzustellen.In this respect, the impedance, in particular its change, is continuously monitored in order to determine the change in impedance characteristic of the mechanical defect.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016216777 A1 [0004]DE 102016216777 A1 [0004]
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