DE102019208128A1 - Verfahren zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem beschrieben, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei parallel verschaltete Stränge umfasst, wobei jeder Strang mindestens zwei seriell verschaltete elektrische Energiespeichereinheiten aufweist, umfassend die Schritte:a) Erfassen von ersten elektrischen Spannungen von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten eines ersten Stranges;b) Überprüfen der erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler;c) Erfassen von zweiten elektrischen Spannungen von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten eines zweiten Stranges;d) Überprüfen der erfassten zweiten elektrischen Spannungen auf Fehler;e) Detektieren eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse von Schritt b) und d).Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung, elektrisches Energiespeichersystem und Computerprogramm beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung geht aus von einem Verfahren zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem, einer entsprechenden Vorrichtung zur Fehlerdetektion, einem entsprechenden elektrischen Energiespeichersystem mit der entsprechenden Vorrichtung und einem entsprechenden Computerprogramm.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Energiespeichersysteme mit mehreren elektrischen Energiespeichereinheiten, insbesondere Batteriesysteme mit Batteriezellen, umfassen typischerweise elektronische Bauteile, welche elektrische Spannungen und Temperaturen der elektrischen Energiespeichereinheiten erfassen. Eine genaue Lokalisierung eines Fehlers an oder in einer elektrischen Energiespeichereinheit oder an beziehungsweise in den elektronischen Bauteilen ist jedoch nicht möglich. Dies ist insbesondere für autonom betriebene Fahrzeuge wichtig, um beispielsweise einen plötzlichen Ausfall des autonomen Fahrzeugs zu vermeiden.
  • In der Druckschrift US 2014/0129164 wird ein System zur Überwachung von Batterien beschrieben, welches mit Multiplexern arbeitet und die elektrischen Spannungen der Batterien überwacht.
  • In der Druckschrift CN1101938C wird ein Verfahren zur Überwachung einer Batterie beschrieben, wobei kontinuierlich beispielsweise elektrische Spannungen erfasst werden und bei Überschreiten eines Grenzwertes ein Alarm ausgelöst wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Offenbart wird ein Verfahren zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei parallelverschaltete Stränge umfasst mit jeweils mindestens zwei seriell verschaltete elektrischen Energiespeichereinheiten. Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte.
  • Von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten eines ersten Stranges werden erste elektrische Spannungen erfasst, welche anschließend auf Fehler überprüft werden. Dabei kann ein Fehler beispielsweise das Über- beziehungsweise Unterschreiten von vordefinierten Spannungsgrenzen sein. Beispielsweise deutet eine erfasste Spannung von im Wesentlichen 0 V auf eine defekte elektrische Energiespeichereinheit hin, jedoch ist auch ein Defekt in einer für die Spannungserfassung erforderlichen Vorrichtung möglich. Dabei können die Spannungen aller Energiespeichereinheiten in dem ersten Strang erfasst und auf Fehler überprüft werden.
  • Von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten eines zweiten Stranges werden zweite elektrische Spannungen erfasst, welche anschließend auf Fehler überprüft werden. Dabei kann ein Fehler wie vorstehend beschrieben detektiert werden. Dabei können die Spannungen aller Energiespeichereinheiten in dem zweiten Strang erfasst und auf Fehler überprüft werden.
  • Anschließend wird ein Fehler in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder ein Fehler einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse detektiert. Je nach auftretenden Fehlerbild lässt sich beispielsweise unterscheiden, ob ein Fehler in der Spannungserfassung oder eine defekte elektrische Energiespeichereinheit vorliegt. In Abhängigkeit dieses Ergebnisses kann anschließend beispielsweise ein weiterer Verfahrensschritt erfolgen, in welchem beispielsweise der Strang, der die defekte elektrische Energiespeichereinheit aufweist, mittels eines Schalters abgeschaltet wird.
  • Dies ist vorteilhaft, da je nach detektiertem Fehlerbild unterschiedliche Verfahrensschritte beziehungsweise Handlungen durchgeführt werden können, um die Sicherheit beziehungsweise einen Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems zu gewährleisten. Beispielsweise ist eine defekte elektrische Energiespeichereinheit kritisch für die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems und ein entsprechender Energiefluss in die beziehungsweise aus der elektrischen Energiespeichereinheit sollte unterbunden werden. Hingegen kann bei einem Fehler in der Spannungserfassung das elektrische Energiespeichersystem gegebenenfalls mit reduzierter Leistung noch weiter betrieben werden, indem auf erfasste Spannungswerte vor Auftreten des Fehlers zurückgegriffen wird, um entsprechende Spannungswerte vorherzusagen. Somit kann in diesem Fall ein Abschalten des entsprechenden Stranges beziehungsweise des gesamten elektrischen Energiespeichersystems vermieden werden.
  • Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist dabei beliebig wählbar, solange die Erfassung einer Spannung vor Ihrer entsprechenden Überprüfung erfolgt. Beispielsweise können zuerst alle elektrischen Spannungen erfasst werden und anschließend überprüft werden, beispielsweise kann diese Überprüfung auch parallel für die mindestens zwei Stränge erfolgen, beispielsweise auf Multiprozessorsystemen.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Zweckmäßigerweise werden die ersten elektrischen Spannungen der ersten elektrischen Energiespeichereinheiten des ersten Stranges erneut erfasst und anschließend erneut auf Fehler überprüft. Das Detektieren eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder eines Fehlers einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem erfolgen dann zusätzlich in Abhängigkeit des erneuten Überprüfungsergebnisses. Dies ist vorteilhaft, um eine höhere Aussagegenauigkeit bezüglich des Fehlers zu erreichen beziehungsweise die Trennschärfe zwischen der Detektion eines Fehlers in der Spannungserfassung und der Detektion einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit zu erhöhen.
  • Zweckmäßigerweise werden die elektrischen Spannungen von mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten, welche in verschiedenen Strängen angeordnet sind, von einer gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung erfasst. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die Anzahl an Spannungserfassungsvorrichtungen reduziert werden kann und bei Erfassung der elektrischen Spannungen verschiedener elektrischer Energiespeichereinheiten durch die gemeinsame Spannungserfassungsvorrichtung eine höhere Aussagegenauigkeit bezüglich des Fehlers beziehungsweise eine erhöhte Trennschärfe zwischen der Detektion eines Fehlers in der Spannungserfassung und der Detektion einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit erreicht wird.
  • Zweckmäßigerweise wird ein Fehler in der Spannungserfassung detektiert, wenn sowohl bei der Überprüfung der erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler als auch bei der Überprüfung der erfassten zweiten elektrischen Spannungen auf Fehler jeweils ein Fehler in den erfassten elektrischen Spannungen festgestellt wird. Dies ist vorteilhaft, da somit ein derartiger Fehler zuverlässig detektiert werden kann, was es erlaubt, entsprechende Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit zu ergreifen.
  • Zweckmäßigerweise erfolgt die Detektion des Fehlers in der Spannungserfassung, wenn weiterhin bei der erneuten Überprüfung der erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler ein Fehler festgestellt wird. Dies ist vorteilhaft, da ein weiterer Nachweis vorliegt, dass die Spannungserfassung fehlerbehaftet ist und somit die Aussagequalität bezüglich des Spannungserfassungsfehlers deutlich erhöht wird.
  • Zweckmäßigerweise werden die elektrischen Spannungen in den vorgenannten Schritten durch die genannte gemeinsame Spannungserfassungsvorrichtung erfasst. Dies ist vorteilhaft, da somit für eine Spannungserfassungsvorrichtung mehrere Überprüfungsergebnisse vorliegen, was die Aussagekraft bezüglich eines Fehler in der Spannungserfassungsvorrichtung erhöht
  • Zweckmäßigerweise wird bei Detektion eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder bei Detektion einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem ein in einem Strang angeordneter Schalter geöffnet, um einen Energiefluss aus dem Strang zu unterbinden. Dabei weist der Strang den Fehler in der Spannungserfassung oder in der als defekt identifizierten elektrischen Energiespeichereinheit auf. Das ist vorteilhaft, um eine dauerhafte Schädigung des elektrischen Energiespeichersystems oder gar eine Gefährdung eines Nutzers zu verhindern.
  • Alternativ kann das elektrische Energiespeichersystem auch mit reduzierter Leistung betrieben werden, was insbesondere bei einem Fehler in der Spannungserfassung vorteilhaft sein kann, da hier wahrscheinlich von vorherigen Messungen noch zuverlässige Messwerte vorliegen, die zur Einschätzung eines Spannungsbereichs der entsprechenden elektrischen Energiespeichereinheit verwendet werden können. Somit wird in vorteilhafter Weise ein totaler Ausfall des elektrischen Energiespeichersystems vermieden. Eine entsprechende Ansteuerung kann beispielsweise an einen Wechselrichter oder allgemein einen Stromrichter erfolgen.
  • Zweckmäßigerweise werden die elektrischen Spannungen jeweils für alle elektrischen Energiespeichereinheiten in einem Strang und für alle Stränge erfasst und überprüft, wobei die elektrischen Spannungen jeweils mehrerer elektrischer Energiespeichereinheiten in verschiedenen Strängen von der gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung detektiert werden. Dabei wird ein Fehler in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder eine defekte elektrische Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse der von der gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung erfassten elektrischen Spannungen detektiert. Dies ist vorteilhaft, da mit der Anzahl an erfassten und überprüften Spannungen die Aussagegüte bezüglich eines Fehlers in der Spannungserfassung beziehungsweise einer defekten Energiespeichereinheit zunimmt.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei parallel verschaltete Stränge umfasst, wobei jeder Strang mindestens zwei seriell verschaltete elektrische Energiespeichereinheiten aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, umfasst. Dabei ist das Mittel eingerichtet, die Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, beispielsweise durch eine entsprechende Programmierung. Somit werden die oben genannten Vorteile realisiert.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, welches die vorstehend beschriebene Vorrichtung umfasst. Somit werden die oben genannten Vorteile realisiert.
  • Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass die beschriebene Vorrichtung alle Schritte des beschriebenen Verfahrens ausführt.
  • Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.
  • Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Wechselrichter, sowie Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als Batteriemanagementsteuergerät, kann solch ein Mittel sein.
  • Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
  • Figurenliste
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems mit mehreren Batteriesträngen;
    • 2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 3 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    • 4 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichersystems 10 für ein Elektrofahrzeug mit vorliegend zwei Strängen 6. Jeder der Stränge 6 des elektrischen Energiespeichersystems 10 umfasst mehrere elektrische Energiespeichereinheiten 5, die elektrisch seriell miteinander verschaltet sind. Jede elektrische Energiespeichereinheit 5 umfasst beispielsweise mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise mehrere Batteriezellen. Ein elektrisches Energiespeichersystem 10 für ein Elektrofahrzeug kann auch eine größere Anzahl von Strängen 6 umfassen.
  • Die Stränge 6 sind vorliegend elektrisch parallel verschaltbar. Eingangsseitig sind die Stränge 6 elektrisch miteinander verbunden. Jeder der Stränge 6 kann, wie dargestellt, einen separaten Hauptschalter 61 umfassen, welcher elektrisch seriell mit den elektrischen Energiespeichereinheiten 5 verschaltet ist. Durch Schlie-ßen der Hauptschalter 61 sind die Stränge 6 auch ausgangsseitig elektrisch miteinander verbunden. Bei geschlossenen Hauptschaltern 61 sind die Stränge 6 somit elektrisch parallel verschaltet. Die Hauptschalter 61 der Stränge 6 können beispielsweise als Schütz, als elektromechanisches Relais oder auch als Halbleiterschalter ausgebildet sein. Alternativ können auch die elektrischen Energiespeichereinheiten jeweils entsprechende Schalter aufweisen, um eine entsprechende elektrische Energiespeichereinheit aus dem Strang zu schalten, ohne den gesamten jeweiligen Strang abzuschalten.
  • Das elektrische Energiespeichersystem 10 umfasst ferner mehrere Überwachungseinheiten 20 zur Überwachung der einzelnen elektrischen Energiespeichereinheiten 5 des elektrischen Energiespeichersystems 10. Jeder Spannungserfassungsvorrichtung 20 sind dabei jeweils mehrere elektrische Energiespeichereinheiten 5 zugeordnet, welche in verschiedenen Strängen 6 angeordnet sind. Vorliegend sind jeder Spannungserfassungsvorrichtung 20 genau zwei elektrische Energiespeichereinheiten 5 zugeordnet. Die Anzahl der Spannungserfassungsvorrichtungen 20 entspricht vorliegend der Anzahl der elektrischen Energiespeichereinheiten 5 pro Strang 6.
  • Jede der Spannungserfassungsvorrichtungen 20 weist dabei eine Umschalteinrichtung 25 auf. Mittels der Umschalteinrichtung 25 ist die jeweilige Spannungserfassungsvorrichtung 20 mit den einzelnen zugeordneten elektrischen Energiespeichereinheiten 5 verbindbar. Die Spannungserfassungsvorrichtungen 20 sind mittels Signalleitungen mit den elektrischen Energiespeichereinheiten 5 verbunden, die der jeweiligen Spannungserfassungsvorrichtung 20 zugeordnet sind. Über die besagten Signalleitungen übertragen die elektrischen Energiespeichereinheiten 5 Daten zu der Umschalteinrichtung 25 der Spannungserfassungsvorrichtung 20. Dabei kann die jeweilige Umschalteinrichtung 25 auch in die jeweilige Spannungserfassungsvorrichtung 20 integriert sein.
  • Das elektrische Energiespeichersystem 10 umfasst ferner eine zentrale Steuereinheit 30. Die zentrale Steuereinheit 30 kommuniziert über Signalleitungen mit den Spannungserfassungsvorrichtungen 20. Die Spannungserfassungsvorrichtungen 20 übertragen insbesondere die Daten, die von den elektrischen Energiespeichereinheiten 5 zu der Umschalteinrichtung 25 der Spannungserfassungsvorrichtung 20 übertragen wurden, weiter zu der zentralen Steuereinheit 30. Die zentrale Steuereinheit 30 wertet die von den Spannungserfassungsvorrichtungen 20 übertragenen Daten aus.
  • Die zentrale Steuereinheit 30 ist auch mit den Hauptschaltern 61 der Stränge 6 verbunden. Insbesondere kann die zentrale Steuereinheit 30 die Hauptschalter 61 der Stränge 6 zum Öffnen sowie zum Schließen ansteuern. Wenn die zentrale Steuereinheit 30 durch Auswertung der von den Spannungserfassungsvorrichtungen 20 übertragenen Daten einen Fehler in einer elektrischen Energiespeichereinheit 5 erkennt, so kann die zentrale Steuereinheit 30 die Hauptschalter 61 des entsprechenden Strangs 6 öffnen oder entsprechend die jeweiligen Schalter der fehlerbehafteten elektrischen Energiespeichereinheit.
  • Durch Auswertung der übertragenen Daten kann die zentrale Steuereinheit 30 auch ermitteln, ob ein Fehler in der Spannungserfassung vorliegt. Wenn die zentrale Steuereinheit 30 durch Auswertung der von den Spannungserfassungsvorrichtungen 20 übertragenen Daten einen Fehler in einer Spannungserfassung erkennt, so kann, je nach Anwendungsfall, der Hauptschalter des entsprechenden Strangs 6 auch geschlossen bleiben oder gegebenenfalls geöffnet werden. Eine entsprechende Warnmeldung kann generiert werden.
  • Die zentrale Steuereinheit 30 ist ferner über hier nicht dargestellte Steuerleitungen mit den Umschalteinrichtungen 25 der Spannungserfassungsvorrichtungen 20 verbunden. Über die besagten Steuerleitungen steuert die zentrale Steuereinheit 30 die Umschalteinrichtung 25 an. Dabei steuert die zentrale Steuereinheit 30 insbesondere, welche Daten von welcher der elektrischen Energiespeichereinheiten 5, die der entsprechenden Spannungserfassungsvorrichtung 20 zugeordnet sind, in welchem Zeitraum zu übertragen sind.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein elektrisches Energiespeichersystem, auf das das Verfahren angewandt werden kann, ist beispielsweise in 1 dargestellt beziehungsweise weist mindestens zwei parallel verschaltete Stränge auf, wobei jeder Strang mindestens zwei seriell verschaltete elektrische Energiespeichereinheiten aufweist.
  • In einem ersten Schritt S21 werden erste elektrische Spannungen von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten eines ersten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst. Anschließend werden in einem zweiten Schritt S22 die erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler überprüft, beispielsweise ob die erfassten ersten elektrischen Spannungen auffällig hohe oder auffällig niedrige Werte aufweisen beziehungsweise allgemein unplausible Werte aufweisen.
  • In einem dritten Schritt S23 werden zweite elektrische Spannungen von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten eines zweiten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst. Anschließend werden in einem vierten Schritt S24 die erfassten zweiten elektrischen Spannungen auf Fehler überprüft. Dies kann wie vorstehend beschrieben erfolgen.
  • In einem fünften Schritt S25 wird ein Fehler in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem oder eine defekte elektrische Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse der erfassten elektrischen Spannungen detektiert. Je nach Konstellation der Fehler, welche sich bei den Überprüfungsschritten S22 und S24 ergeben haben, wird ein Fehler in der Spannungserfassung, beispielsweise eine spezifische defekte Spannungserfassungsvorrichtung, oder eine spezifische defekte elektrische Energiespeichereinheit detektiert.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S31 werden erste elektrische Spannungen von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten eines ersten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst, beispielsweise mittels der Spannungserfassungsvorrichtungen 20 aus 1. Anschließend werden in einem zweiten Schritt S32 die erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler überprüft. Dies kann beispielsweise direkt in den Spannungserfassungsvorrichtungen 20 erfolgen oder auch in der zentralen Steuereinheit 30 oder auch auf einer hier nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung, auf die die entsprechenden erfassten elektrischen Spannungen übertragen werden, beispielsweise kabellos.
  • In einem dritten Schritt S33 werden zweite elektrische Spannungen von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten eines zweiten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst. Dies kann wie vorstehend beschrieben erfolgen. Anschließend werden in einem vierten Schritt S34 die erfassten zweiten elektrischen Spannungen auf Fehler überprüft. Dies kann wie vorstehend beschrieben erfolgen.
  • In einem fünften Schritt S35 erfolgt eine Fallunterscheidung je nach Konstellation der Fehler, welche sich bei den Überprüfungsschritten S32 und S34 ergeben haben. Ergab die Überprüfung in dem zweiten Schritt S32 einen Fehler in den erfassten Spannungen und die Überprüfung in dem vierten Schritt S34 keinen Fehler in den erfassten Spannungen, deutet dies auf eine defekte elektrische Energiespeichereinheit hin, welche beispielsweise einen internen Kurzschluss aufweist. Zum Nachweis des Defekts werden anschließend in dem sechsten Schritt S36 die ersten elektrischen Spannungen der ersten elektrischen Energiespeichereinheiten des ersten Stranges erneut erfasst. In einem siebten Schritt S37 erfolgt anschließend ein erneutes Überprüfen der erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler.
  • Unter der Annahme, dass dabei ein Fehler in den erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen festgestellt wird, beispielsweise weil eine erfasste Spannung erneut einen unplausiblen Wert aufweist, wird in einem achten Schritt S38 eine defekte elektrische Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem detektiert. In einem nachgelagerten Schritt, welcher in 3 nicht dargestellt ist, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Strang, der die als defekt erkannte elektrische Energiespeichereinheit aufweist, mittels eines Schalters abgeschaltet wird, sodass kein Strom mehr aus dem Strang mehr fließen kann.
  • Ergab die Überprüfung in dem zweiten Schritt S32 einen Fehler in den erfassten Spannungen und die Überprüfung in dem vierten Schritt S34 einen Fehler in den erfassten Spannungen, deutet dies auf einen Fehler in der Spannungserfassung hin, beispielsweise weil die entsprechende Sensorik defekt ist. Aufgrund der doppelten Überprüfung und Detektion ist eine nochmalige Erfassung der ersten Spannungen nicht erforderlich. Dann wird mit dem neunten Schritt S39 fortgefahren, wobei im neunten Schritt S39 abhängig von vorher aufgenommenen, zuverlässigen Messwerten, das elektrische Energiespeichersystem mit reduzierter Leistung betrieben wird und/oder noch eine gewisse Restreichweite vorgesehen wird, bevor eine endgültige Abschaltung erfolgt. Somit erfolgt keine unmittelbare Abschaltung, sondern ein Nutzer des elektrischen Energiespeichersystems hat noch genügend Zeit, sich auf die Situation einzustellen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise eine Werkstatt anzusteuern.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform. Dabei umfasst das elektrische Energiespeichersystem im Gegensatz zu dem von 1 mehr als zwei parallel verschaltete Stränge, beispielsweise drei parallel verschaltete Stränge, und weiterhin umfasst jeder Strang mehrere elektrische Energiespeichereinheiten.
  • In einem ersten Schritt S41 werden erste elektrische Spannungen von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten eines ersten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst mittels Spannungserfassungsvorrichtungen. Anschließend werden in einem zweiten Schritt S42 die erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler überprüft. Dies kann beispielsweise direkt in den Spannungserfassungsvorrichtungen erfolgen oder auch in einer zentralen Steuereinheit oder auch auf einer hier nicht dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung, auf die die entsprechenden erfassten elektrischen Spannungen übertragen werden, beispielsweise kabellos.
  • In einem dritten Schritt S43 wird überprüft, ob die Spannungserfassung für alle Stränge durchgeführt wurde. Falls nicht, wird mit dem ersten Schritt S41 fortgefahren und zweite elektrische Spannungen von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten eines zweiten Stranges des elektrischen Energiespeichersystems erfasst mittels der Spannungserfassungsvorrichtungen. Solange nicht alle Stränge entsprechend erfasst wurden, wird dies auf analoge Weise für alle Stränge ausgeführt. Ebenso wird für die Überprüfung der erfassten elektrischen Spannungen verfahren.
  • Nach der Erfassung und Überprüfung der elektrischen Spannungen des letzten Stranges erfolgt je nach vorliegendem Fehlerbild in dem dritten Schritt S43 eine Fallunterscheidung je nach Konstellation der Fehler, welche sich bei den zweiten Überprüfungsschritten S42 ergeben haben.
  • Ergaben die Überprüfungen in dem wiederholt durchlaufenen zweiten Schritt S42 einen Fehler in einer erfassten Spannung eines Stranges, wobei alle Spannungen von derselben Spannungserfassungsvorrichtung erfasst wurden, deutet dies auf eine defekte elektrische Energiespeichereinheit hin, welche beispielsweise einen internen Kurzschluss aufweist. Zum Nachweis des Defekts werden anschließend in dem vierten Schritt S44 die elektrischen Spannungen der elektrischen Energiespeichereinheiten des Stranges erneut erfasst, in dem die als defekt identifizierte elektrische Energiespeichereinheit vorhanden ist. In einem fünften Schritt S45 erfolgt anschließend ein erneutes Überprüfen der in dem vierten Schritt S44 erneut erfassten elektrischen Spannungen auf Fehler.
  • Unter der Annahme, dass dabei ein Fehler in den erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen des vierten Schrittes S44 festgestellt wird, beispielsweise weil eine erfasste Spannung erneut einen unplausiblen Wert aufweist, wird in dem sechsten Schritt S46 eine defekte elektrische Energiespeichereinheit in dem elektrischen Energiespeichersystem detektiert. In einem nachgelagerten Schritt, welcher in 4 nicht dargestellt ist, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Strang, der die als defekt erkannte elektrische Energiespeichereinheit aufweist, mittels eines Schalters abgeschaltet wird, sodass kein Strom mehr aus dem Strang mehr fließen kann.
  • Ergaben die Überprüfungen in dem zweiten Schritt S42 jeweils Fehler in den erfassten Spannungen, welche durch dieselbe Spannungserfassungsvorrichtung erfasst wurden, deutet dies auf einen Fehler in der Spannungserfassung hin, beispielsweise weil die entsprechende Sensorik defekt ist. Aufgrund der mehrfachen Überprüfung und Detektion ist eine nochmalige Erfassung der elektrischen Spannungen durch dieselbe Spannungserfassungsvorrichtung nicht erforderlich. Dann wird mit dem siebten Schritt S47 fortgefahren, wobei im siebten Schritt S47 abhängig von vorher aufgenommenen, zuverlässigen Messwerten, das elektrische Energiespeichersystem mit reduzierter Leistung betrieben wird und/oder noch eine gewisse Restreichweite vorgesehen wird, bevor eine endgültige Abschaltung erfolgt. Somit erfolgt keine unmittelbare Abschaltung, sondern ein Nutzer des elektrischen Energiespeichersystems hat noch genügend Zeit, sich auf die Situation einzustellen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise eine Werkstatt anzusteuern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2014/0129164 [0003]
    • CN 1101938 C [0004]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem (10), umfassend mindestens zwei parallel verschaltete Stränge (6), wobei jeder Strang (6) mindestens zwei seriell verschaltete elektrische Energiespeichereinheiten (5) aufweist, umfassend die Schritte: a) Erfassen von ersten elektrischen Spannungen von ersten elektrischen Energiespeichereinheiten (5) eines ersten Stranges (6); b) Überprüfen der erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler; c) Erfassen von zweiten elektrischen Spannungen von zweiten elektrischen Energiespeichereinheiten (5) eines zweiten Stranges (6); d) Überprüfen der erfassten zweiten elektrischen Spannungen auf Fehler; e) Detektieren eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) oder einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit (5) in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse von Schritt b) und d).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend: f) Erneutes Erfassen der ersten elektrischen Spannungen der ersten elektrischen Energiespeichereinheiten (5) des ersten Stranges (6); g) Erneutes Überprüfen der erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen auf Fehler, wobei Schritt e) das Detektieren eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) oder einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit (5) in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) zusätzlich in Abhängigkeit des Überprüfungsergebnisses von Schritt g) umfasst.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Spannungen mindestens zweier elektrischer Energiespeichereinheiten (5), welche in verschiedenen Strängen (6) angeordnet sind, von einer gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung (20) erfasst werden.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei ein Fehler in der Spannungserfassung detektiert wird, wenn sowohl bei der Überprüfung in Schritt b) als auch bei der Überprüfung in Schritt d) jeweils ein Fehler in den erfassten elektrischen Spannungen festgestellt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei ein Fehler in der Spannungserfassung detektiert wird, wenn zusätzlich bei der erneuten Überprüfung in Schritt g) ein Fehler in den erneut erfassten ersten elektrischen Spannungen festgestellt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei eine defekte elektrische Energiespeichereinheit (5) in Schritt e) detektiert wird, wenn sowohl bei der Überprüfung in Schritt b) als auch bei der erneuten Überprüfung in Schritt g) ein Fehler in der erfassten ersten elektrischen Spannung derselben ersten elektrischen Energiespeichereinheit (5) des ersten Stranges festgestellt wird und kein Fehler bei der Überprüfung der erfassten zweiten elektrischen Spannungen in Schritt d) festgestellt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die elektrischen Spannungen in Schritt a) und c) und/oder f) durch die gemeinsame Spannungserfassungsvorrichtung (20) erfasst werden.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Detektion eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem(10) oder einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit (5) in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) ein in einem Strang (6) angeordneter Schalter (61) geöffnet wird, um einen Energiefluss aus dem Strang (6) zu unterbinden, wobei der Strang (6) den Fehler in der Spannungserfassung oder die defekte elektrische Energiespeichereinheit (5) aufweist.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Erfassen und Überprüfen von elektrischen Spannungen jeweils für alle elektrischen Energiespeichereinheiten (5) in einem Strang (6) und für alle Stränge (6) durchgeführt wird, wobei die elektrischen Spannungen jeweils mehrerer elektrischer Energiespeichereinheiten (5) in verschiedenen Strängen (6) von der gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung (20) detektiert werden, und das Detektieren eines Fehlers in der Spannungserfassung in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) oder einer defekten elektrischen Energiespeichereinheit (5) in dem elektrischen Energiespeichersystem (10) in Abhängigkeit der Überprüfungsergebnisse der von der gemeinsamen Spannungserfassungsvorrichtung (21) erfassten elektrischen Spannungen erfolgt.
  10. Vorrichtung zur Fehlerdetektion in einem elektrischen Energiespeichersystem (10), wobei das elektrische Energiespeichersystem (10) mindestens zwei parallel verschaltete Stränge (6) umfasst, wobei jeder Strang (6) mindestens zwei seriell verschaltete elektrische Energiespeichereinheiten (5) aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens ein Mittel, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, umfasst, welches eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
  11. Elektrisches Energiespeichersystem (10), umfassend eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10.
  12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach Anspruch 10 alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausführt.
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