DE102021115534A1 - Method for determining a battery impedance, measuring device and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Batterieimpedanz (Z) einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein definierter erster Batteriestrom (I) erzeugt wird und die Batterieimpedanz (Z) in Abhängigkeit von dem definierten ersten Batteriestrom (I) ermittelt wird. Dabei wird in einem bestimmten Betriebszustand (L) der Batterie (12), der von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) verschieden ist, und in welchem zumindest zeitweise ein einen zweiten Batteriestrom (I) bedingender Stromfluss zwischen der Batterie (12) und zumindest einer elektrischen Komponente (16) vorhanden ist, dem zweiten Batteriestrom (I) in einer bestimmten Diagnosephase (D), die sich zeitlich zumindest zum Teil mit dem bestimmten Betriebszustand (L) überschneidet, ein bestimmtes Stromprofil (18) aufgeprägt, wodurch der definierte erste Batteriestrom (I) zur Ermittlung der Batterieimpedanz (Z) erzeugt wird.

Figure DE102021115534A1_0000
The invention relates to a method for determining a battery impedance (Z) of a battery (12) of a motor vehicle (10), a defined first battery current (I) being generated and the battery impedance (Z) being determined as a function of the defined first battery current (I). will. In a specific operating state (L) of the battery (12), which differs from driving operation of the motor vehicle (10), and in which at least temporarily a current flow between the battery (12) and at least one electrical component (16) is present, a specific current profile (18) is impressed on the second battery current (I) in a specific diagnosis phase (D), which at least partially overlaps in time with the specific operating state (L), whereby the defined first battery current (I) is generated to determine the battery impedance (Z).
Figure DE102021115534A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Batterieimpedanz einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei ein definierter Batteriestrom erzeugt wird und die Batterieimpedanz in Abhängigkeit von dem definierten Batteriestrom ermittelt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Messeinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Messeinrichtung.The invention relates to a method for determining a battery impedance of a battery in a motor vehicle, a defined battery current being generated and the battery impedance being determined as a function of the defined battery current. The invention also relates to a measuring device and a motor vehicle with such a measuring device.

Batteriezellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, in Kraftfahrzeugen oder stationären Batteriespeichern, haben eine Impedanz, auch Zellwiderstand oder Innenwiderstand genannt. Die Impedanz ist ein wichtiges Maß für die Fähigkeit der Batterie hohe Leistungen und/oder Ströme bereitzustellen. Die Impedanz kann in Laboren durch Tests gemessen werden. In den Tests wird die Batterie unter definierten Bedingungen ge- oder entladen. Solche definierten Bedingungen betreffen zum einen die Bereitstellung eines definierten Batteriestroms, sowie auch bestimmte Randbedingungen, wie zum Beispiel Temperatur und/oder Ladezustand. Die Bestimmung der Impedanz kann dabei durch Berechnungen basierend auf den Bedingungen des Batteriestroms, zum Beispiel eines Strompulses, und der Spannungsantwort6 der Batterie auf den durch einen solchen Batteriestrom bereitgestellten Strompuls erfolgen. Eine initial in einem Labor ermittelte Impedanz einer Batterie ist jedoch nicht über die gesamte Lebensdauer einer solchen Batterie aussagekräftig, da Batteriezellen mit der Zeit an Kapazität verlieren und sich auch die Impedanz der Zelle ändert. Die Bestimmung der Impedanz von gealterten Zellen ist im Labor jedoch schwierig, da Zellen mit einem Alter von mehreren Jahren und der identischen Alterungshistorie wie im Fahrzeug mit jeweils individueller Nutzung nicht vorliegen. Da eine Impedanzbestimmung im Betrieb einer Batteriezelle im Kraftfahrzeug jedoch schwierig ist, wird das Batteriemanagementsystem häufig nur mit den Laborwerten zur Batterieimpedanz im Neuzustand parametrisiert. Im Betrieb wird trotz der realen Änderung der Parameter durch Alterung keine Anpassung der Impedanzwerte vorgenommen. Dies hat jedoch den großen Nachteil, dass es bei Abweichungen zwischen dem realen Zustand der Batterie und der Parametrisierung des Batteriemanagementsystems zu Störungen im Betrieb oder einer eingeschränkten Leistungsfähigkeit kommen kann. Denkbar ist zwar auch eine Impedanzbestimmung im Betrieb des Kraftfahrzeugs während der Nutzung, jedoch führt dies zu sehr ungenauen Ergebnissen. Dies ist dadurch bedingt, dass im Betrieb der Strom durch Beschleunigen oder Bremsen und viele Nebenverbraucher im Fahrzeug hochdynamisch ist. Auch in sonstigen Betriebszuständen ergeben sich in der Regel keine Ströme, wie sie eine genaue Ermittlung der Impedanz zulassen würden.Battery cells, such as lithium-ion cells in motor vehicles or stationary battery storage, have an impedance, also known as cell resistance or internal resistance. Impedance is an important measure of the battery's ability to deliver high levels of power and/or current. Impedance can be measured in laboratories through testing. In the tests, the battery is charged or discharged under defined conditions. Such defined conditions relate on the one hand to the provision of a defined battery current, and also to certain boundary conditions, such as temperature and/or state of charge. The impedance can be determined by calculations based on the conditions of the battery current, for example a current pulse, and the voltage response6 of the battery to the current pulse provided by such a battery current. However, an impedance of a battery initially determined in a laboratory is not meaningful over the entire service life of such a battery, since battery cells lose capacity over time and the cell impedance also changes. Determining the impedance of aged cells is difficult in the laboratory, however, since there are no cells that are several years old and have the same aging history as in the vehicle with individual use. However, since it is difficult to determine the impedance during operation of a battery cell in a motor vehicle, the battery management system is often only parameterized with the laboratory values for the battery impedance when it is new. In operation, despite the real change in the parameters due to aging, the impedance values are not adjusted. However, this has the major disadvantage that deviations between the real condition of the battery and the parameterization of the battery management system can lead to operational disruptions or reduced performance. Although it is also conceivable to determine the impedance during operation of the motor vehicle during use, this leads to very imprecise results. This is due to the fact that the current is highly dynamic during operation due to acceleration or braking and many ancillary consumers in the vehicle. In other operating states, too, there are usually no currents that would allow an exact determination of the impedance.

Die DE 10 2015 202 514 A1 beschreibt eine aktive Batterieparameter-Identifizierung unter Verwendung eines bedingten erweiterten Kalman-Filters. Dabei können während des Fahrzeugbetriebs Impedanzparameter der Fahrbatterie geschätzt werden. Um genaue Schätzergebnisse sicherzustellen, können bestimmte Kriterien für eine persistente Erregung erfüllt sein. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, kann in diesem Fall eine aktive Erregung des Fahrbatterieleistungsbedarfs initiiert werden. Der Batterieleistungsbedarf kann durch den Betrieb einer Elektromaschine und einer elektrischen Last beeinflusst werden. Hierbei sollen Parameter geschätzt werden, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinflussen. Auch dies erlaubt jedoch nur eine relativ ungenaue Ermittlung einer Batterieimpedanz. Zudem ist der Aufwand hierfür sehr groß, und führt zudem zu einem erhöhten Energiebedarf von Energie, die letztendlich nicht dem Fahrbetrieb zu Gute kommt.the DE 10 2015 202 514 A1 describes active battery parameter identification using a conditional extended Kalman filter. Impedance parameters of the traction battery can be estimated during vehicle operation. To ensure accurate estimation results, certain criteria for persistent excitation may be met. If these conditions are not met, an active excitation of the traction battery power requirement can be initiated in this case. Battery power requirements may be affected by operation of an electric machine and an electrical load. Here, parameters should be estimated without influencing the acceleration of the vehicle. However, this also allows only a relatively imprecise determination of a battery impedance. In addition, the effort for this is very high and also leads to an increased energy requirement of energy, which ultimately does not benefit the driving operation.

Weiterhin beschreibt die EP 2 856 191 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung von elektrischen Energiespeichersystemen für den Antrieb von Fahrzeugen, bei dem der Laststrom des Energiespeichersystems von einem Batterietester erzeugt wird und mittels eines Regelkreises mit einem Modell des Batterietesters als Regelstrecke einem gemäß vorgegebenen Testzyklen zeitlich veränderlichen Referenzstrom möglichst exakt und ohne Verzugszeit nachgeführt wird. Dabei wird der Regelkreis mittels eines modellbasierten Reglerentwurfverfahrens erstellt, bei welchem in das Modell der Regelstrecke ein Modell des Energiespeichersystems als Last eingebunden wird. Dabei werden Parameter für ein generisches Modell der Batterieimpedanz durch zumindest eine kurze Anregungssequenz und Messung der resultierenden Werte von Strom und Spannung identifiziert. Auch dieses Prüfverfahren wird dabei in einem Labor und nicht in einem Kraftfahrzeug durchgeführt.Furthermore describes the EP 2 856 191 B1 a method and a device for testing electrical energy storage systems for driving vehicles, in which the load current of the energy storage system is generated by a battery tester and, by means of a control circuit with a model of the battery tester as a controlled system, a reference current that changes over time according to specified test cycles as precisely as possible and without a delay time is tracked. The control loop is created using a model-based controller design process, in which a model of the energy storage system is integrated into the model of the controlled system as a load. In this case, parameters for a generic model of the battery impedance are identified by at least a short excitation sequence and measurement of the resulting current and voltage values. This test procedure is also carried out in a laboratory and not in a motor vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Messeinrichtung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine möglichst genaue und einfache Ermittlung einer Batterieimpedanz einer Batterie des Kraftfahrzeugs in einem im Kraftfahrzeug verbauten Zustand der Batterie ermöglichen.It is therefore the object of the present invention to provide a method, a measuring device and a motor vehicle which enable a battery impedance of a battery of the motor vehicle to be determined as precisely and simply as possible when the battery is installed in the motor vehicle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Messeinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a method, a measuring device and a motor vehicle with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Batterieimpedanz einer Batterie eines Kraftfahrzeugs wird ein definierter erster Batteriestrom erzeugt und die Batterieimpedanz in Abhängigkeit von dem definierten ersten Batteriestrom ermittelt. Des Weiteren wird in einem bestimmten Betriebszustand der Batterie, der von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verschieden ist, und in welchem zumindest zeitweise ein einen zweiten Batteriestrom bedingender Stromfluss zwischen der Batterie und zumindest einer elektrischen Komponente vorhanden ist, dem zweiten Batteriestrom in einer bestimmten Diagnosephase, die sich zeitlich zumindest zum Teil mit dem bestimmten Betriebszustand überschneidet, ein bestimmtes Stromprofil aufgeprägt, wodurch der definierte erste Batteriestrom zur Ermittlung der Batterieimpedanz erzeugt wird.In a method according to the invention for determining a battery impedance of a battery a motor vehicle, a defined first battery current is generated and the battery impedance is determined as a function of the defined first battery current. Furthermore, in a specific operating state of the battery, which is different from a driving operation of the motor vehicle, and in which a current flow between the battery and at least one electrical component causing a second battery current is present at least temporarily, the second battery current in a specific diagnostic phase, the overlaps in time at least in part with the specific operating state, a specific current profile is imposed, as a result of which the defined first battery current for determining the battery impedance is generated.

Zur Ermittlung der Batterieimpedanz kann also vorteilhafterweise ein definierter Batteriestrom, nämlich der erste Batteriestrom, genutzt werden, der einem bestimmten Stromprofil folgt, welches einem Batteriestrom aufgeprägt wird, der im bestimmten Betriebszustand der Batterie zwischen der Batterie und einer elektrischen Komponente zumindest zeitweise ohnehin vorhanden ist. Somit lässt sich ein ohnehin vorhandener Batteriestrom vorteilhafterweise zur Ermittlung der Batterieimpedanz nutzen, indem dieser Batteriestrom durch das Aufprägen des Stromprofils für die Impedanzbestimmung geeignet geformt wird. Dadurch lässt sich die Messgenauigkeit bei der Ermittlung der Batterieimpedanz enorm steigern, da ein hierfür geeigneter, definierter Batteriestrom bereitgestellt werden kann, und andererseits wird dabei der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht negativ beeinflusst, da eine solche Diagnosephase in einem bestimmten Betriebszustand ausgeführt wird, die vom Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verschieden ist. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es Situationen gibt, in welchen ein Lade- oder Entladestrom der Batterie vorhanden ist, selbst wenn das Kraftfahrzeug sich aktuell nicht im Fahrbetrieb befindet. Beispiele hierfür sind das Durchführen eines Ladevorgangs oder auch das Laden einer elektrischen Komponente außerhalb des Kraftfahrzeugs durch die Kraftfahrzeugbatterie, wenn das Kraftfahrzeug beziehungsweise dessen Batterie beispielsweise zu einem bidirektionalen Laden ausgelegt ist. Zudem beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass derartige Verfahren durch das Aufprägen eines bestimmten Stromprofils nicht oder zumindest nicht merklich beeinflusst werden. Beispielsweise würden sich hierdurch die Ladezeiten zum Laden der Batterie oder der externen elektrischen Komponente nur geringfügig verlängern. Damit sind vorteilhafterweise auch in einem im Kraftfahrzeug verbauten Zustand der Batterie zahlreiche Situationen gegeben, in denen vorteilhafterweise eine Ermittlung der Batterieimpedanz auf sehr genaue und einfache Weise möglich ist. Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass sich die Qualität der Batterieimpedanzermittlung zudem deutlich erhöhen lässt, wenn zum Beispiel, wie dies später noch näher erläutert ist, vor und/oder nach einem Strompuls, der zur Ermittlung der Batterieimpedanz verwendet wird, eine Ruhephase vorgesehen ist, in welcher also kein Strom fließt. Die Integration solcher Ruhephasen im Fahrbetrieb des Fahrzeugs ist dabei nicht möglich, und lässt sich daher gerade dann besonders einfach bewerkstelligen, wenn es sich bei dem bestimmten Betriebszustand, in welchem die Diagnosephase ausgeführt wird, um einen vom Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verschiedenen Zustand handelt, zum Beispiel wieder bei einem Ladevorgang.A defined battery current, namely the first battery current, can therefore advantageously be used to determine the battery impedance, which follows a specific current profile which is impressed on a battery current which is already present at least temporarily between the battery and an electrical component in the specific operating state of the battery. A battery current that is present in any case can thus be used advantageously to determine the battery impedance, in that this battery current is suitably shaped by impressing the current profile for determining the impedance. As a result, the measurement accuracy when determining the battery impedance can be increased enormously, since a suitable, defined battery current can be provided for this purpose, and on the other hand, the driving operation of the motor vehicle is not negatively influenced, since such a diagnostic phase is carried out in a specific operating state, which is dependent on driving operation of the motor vehicle is different. The invention is based on the knowledge that there are situations in which a charging or discharging current of the battery is present, even if the motor vehicle is not currently in driving operation. Examples of this are the carrying out of a charging process or the charging of an electrical component outside of the motor vehicle by the motor vehicle battery if the motor vehicle or its battery is designed for bidirectional charging, for example. In addition, the invention is based on the finding that methods of this type are not influenced, or at least not noticeably so, by imposing a specific current profile. For example, this would only slightly increase the charging times for charging the battery or the external electrical component. Thus, advantageously, even when the battery is installed in the motor vehicle, there are numerous situations in which it is advantageously possible to determine the battery impedance in a very precise and simple manner. Furthermore, the invention is based on the finding that the quality of the battery impedance determination can also be significantly increased if, for example, as will be explained in more detail later, a rest phase before and/or after a current pulse that is used to determine the battery impedance is provided, so in which no current flows. The integration of such idle phases while driving the vehicle is not possible, and can therefore be accomplished particularly easily if the specific operating state in which the diagnostic phase is carried out is a state different from the driving operation of the motor vehicle, for example again when charging.

Bei der Batterie des Kraftfahrzeugs kann es sich beispielsweise um eine Hochvolt-Batterie handeln, die mehrere Batteriezellen umfasst, die optional auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein können. Bei der Batterie kann es sich aber auch nur um ein einzelnes solches Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen oder aber auch nur um eine einzelne Batteriezelle einer Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs handeln. Eine solche Batteriezelle kann darüber hinaus im Allgemeinen zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Mit anderen Worten lässt sich auf die beschriebene Weise die Batterieimpedanz der gesamten Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs ermitteln, aber auch jeweils die Impedanz eines jeweiligen Batteriemoduls und/oder einer jeweiligen einzelnen Batteriezelle mehrerer solcher von einer Hochvolt-Batterie im Kraftfahrzeug umfassten Batteriezellen. Entsprechend kann der Batteriestrom als ein Batteriegesamtstrom durch die gesamte Kraftfahrzeug-Batterie aufgefasst werden, oder auch nur als Teilstrom durch ein einzelnes Batteriemodul oder eine einzelne Batteriezelle oder auch durch eine bestimmte Zellgruppe mehrere Zellen, wie zum-Beispiel eine Parallelschaltung mehrere Zellen. Dies gilt sowohl für den ersten als auch den zweiten Batteriestrom, wobei der erste Batteriestrom als zumindest ein Teil des zweiten Batteriestroms aufzufassen ist, zum Beispiel bezogen auf den durch die Diagnosephase bestimmten Zeitabschnitt.The battery of the motor vehicle can be, for example, a high-voltage battery that includes a number of battery cells that can optionally also be combined to form battery modules. However, the battery can also just be a single such battery module with multiple battery cells or just a single battery cell of a high-voltage battery of the motor vehicle. Such a battery cell can also generally be designed as a lithium-ion cell, for example. In other words, the battery impedance of the entire high-voltage battery of a motor vehicle can be determined in the manner described, but also the impedance of a respective battery module and/or a respective individual battery cell of several such battery cells comprised by a high-voltage battery in the motor vehicle. Accordingly, the battery current can be understood as a total battery current through the entire motor vehicle battery, or only as a partial current through an individual battery module or an individual battery cell or also through a specific cell group of several cells, such as a parallel connection of several cells. This applies both to the first and to the second battery current, with the first battery current being to be understood as at least part of the second battery current, for example in relation to the time period determined by the diagnosis phase.

Unter einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs soll dabei im Allgemeinen ein aktiver Zustand des Kraftfahrzeugs verstanden werden, in welchem beispielsweise eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel ein Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs aktiv ist. Auch kann darunter ein Zustand des Kraftfahrzeugs verstanden werden, in welchem beispielsweise eine solche Antriebseinheit zum Beispiel temporär, zum Beispiel im Zuge eines Start-Stopp-Betriebs, inaktiv ist, jedoch zum Beispiel zumindest die Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet ist. Vorzugsweise wird also unter dem bestimmten Betriebszustand der Batterie, der von dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verschieden ist, ein Zustand verstanden, in welchem zumindest eine Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Motor des Kraftfahrzeugs, inaktiv ist, und vorzugsweise auch die Zündung abgeschaltet ist. Weiterhin soll unter einem definierten Batteriestrom ein Batteriestrom verstanden werden, dessen zeitlicher Verlauf einer definierten Vorgabe folgt. Diese Vorgabe ist durch das aufgeprägte bestimmte Stromprofil bereitgestellt.Driving operation of the motor vehicle should generally be understood to mean an active state of the motor vehicle in which, for example, a drive unit of the motor vehicle, such as an electric motor and/or internal combustion engine of the motor vehicle, is active. It can also be understood as meaning a state of the motor vehicle in which, for example, such a drive unit is temporarily inactive, for example during a start-stop operation, but at least the ignition of the motor vehicle is switched on, for example. Preferably, therefore, under the specific operating state of the battery, which is different from the driving operation of the motor vehicle, understood a state in which at least one drive unit of the motor vehicle, in particular an engine of the motor vehicle, is inactive, and the ignition is preferably also switched off. Furthermore, a defined battery current should be understood to mean a battery current whose time profile follows a defined specification. This specification is provided by the imposed specific current profile.

Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass zum Beispiel im Stillstand, insbesondere auch im inaktiven Zustand des Fahrzeugs zumindest ein Verbraucher während der Diagnosephase eingeschaltet wird um den Batteriestrom zu erzeugen. Auch einem solchen Strom kann das Stromprofil aufgeprägt werden, und eine entsprechende Impedanzmessung durchgeführt werden. Allerdings erfordert dies zusätzlich Energie, die letztendlich nicht mehr dem Fahrbetrieb zur Verfügung steht. Daher stellt es eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der Stromfluss im bestimmten Betriebszustand zwischen der Batterie und einer kraftfahrzeugexternen Komponente als der zumindest einen elektrischen Komponente vorhanden ist, die eine Energiequelle und/oder eine Energiesenke bereitstellt. Wie bereits oben erwähnt ist es besonders vorteilhaft, das Aufprägen eines bestimmten Stromprofils vorzunehmen, wenn die Batterie beispielsweise gerade an einer Ladestation beziehungsweise Ladesäule oder einer sonstigen kraftfahrzeugexternen Stromquelle geladen wird oder andererseits eine kraftfahrzeugexterne Komponente lädt und sich damit selbst entlädt. Das Aufprägen des Stromprofils hat damit höchstens eine Verlängerung der entsprechenden Ladezeiten zur Folge, aber keinerlei Einfluss auf beispielsweise einen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs. So kann zudem der zur Impedanzbestimmung verwendete Strom weiterhin noch zum Laden verwendet werden. Die Energie des Strompulses für die Impedanzermittlung geht also nicht verloren und kann weiter für eine späteren Fahrbetrieb im Falle des Ladens der Batterie oder durch die geladene externe Komponente genutzt werden. Auch Ruhephasen lassen sich in solchen Ladevorgängen besonders einfach integrieren. Entsprechend ist es sehr vorteilhaft, wenn die elektrische Komponente eine kraftfahrzeugexterne Komponente darstellt. Zudem kommen solche Ladevorgänge sehr häufig vor, was auch eine sehr häufige Ermittlung der Batterieimpedanz erlaubt. Über die Zeit betrachtet lässt sich die Batterieimpedanz, zum Beispiel auch durch Mittelung mehrerer Messwerte der Batterieimpedanz, bestimmen. Alterungseffekte der Batteriezellen können somit sehr genau abgebildet werden. Zudem kann der zur Impedanzbestimmung verwendete Strom weiterhin noch zum Laden verwendet werden. Die Energie des Strompulses für die Impedanzermittlung geht also nicht verloren und kann weiter für eine späteren Fahrbetrieb im Falle des Ladens der Batterie oder durch die geladene externe Komponente genutzt werden.In general, it is also conceivable that, for example when the vehicle is stationary, in particular also when the vehicle is inactive, at least one consumer is switched on during the diagnosis phase in order to generate the battery current. The current profile can also be imposed on such a current and a corresponding impedance measurement can be carried out. However, this requires additional energy, which ultimately is no longer available for driving. It is therefore a preferred embodiment of the invention if the current flow in the specific operating state is present between the battery and a vehicle-external component as the at least one electrical component that provides an energy source and/or an energy sink. As already mentioned above, it is particularly advantageous to impress a specific current profile when the battery is being charged, for example, at a charging station or charging column or another power source external to the vehicle or, on the other hand, is charging an external component and thus discharging itself. Impressing the current profile thus results in at most a lengthening of the corresponding charging times, but has no effect whatsoever on a driving state of the motor vehicle, for example. In this way, the current used to determine the impedance can still be used for charging. The energy of the current pulse for determining the impedance is therefore not lost and can continue to be used for later driving operation if the battery is charged or by the charged external component. Rest phases can also be integrated particularly easily into such charging processes. Accordingly, it is very advantageous if the electrical component is a component external to the motor vehicle. In addition, such charging processes occur very frequently, which also allows the battery impedance to be determined very frequently. Viewed over time, the battery impedance can be determined, for example by averaging several measured values of the battery impedance. Aging effects of the battery cells can thus be mapped very precisely. In addition, the current used to determine the impedance can still be used for charging. The energy of the current pulse for determining the impedance is therefore not lost and can continue to be used for later driving operation if the battery is charged or by the charged external component.

Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der bestimmte Betriebszustand einen Zustand darstellt, in welchem ein Ladevorgang durchgeführt wird, bei welchem die Batterie durch eine kraftfahrzeugexterne elektrische Energiequelle als die elektrische Komponente geladen wird. Gerade bei einem solchen Ladevorgang lassen sich auf einfache Weise zum Beispiel Ruhephasen und definierte Stromphasen integrieren. Dies verlängert zwar den Ladevorgang um wenige Minuten, was sich jedoch bei Ladevorgängen, die üblicherweise mehrere Stunden dauern, kaum bemerkbar macht. Zusätzlich können auch Standzeiten des Kraftfahrzeugs vor und unmittelbar nach einem solchen Ladevorgang als solche Ruhephasen genutzt werden.Accordingly, it represents a further very advantageous embodiment of the invention when the specific operating state represents a state in which a charging process is carried out in which the battery is charged by an electrical energy source external to the motor vehicle as the electrical component. It is precisely with such a charging process that rest phases and defined current phases, for example, can be easily integrated. Although this extends the charging process by a few minutes, this is hardly noticeable in charging processes that usually last several hours. In addition, standing times of the motor vehicle before and immediately after such a charging process can also be used as such rest phases.

Dabei ist es beispielsweise sehr vorteilhaft, wenn die Diagnosephase zu Beginn des Ladevorgangs und/oder am Ende eines Ladevorgangs und/oder zwischen einem Anfang und einem Ende des Ladevorgangs durchgeführt wird. Die Ausführung am Anfang oder Ende eines Ladevorgangs hat den Vorteil, dass die oben erwähnten Ruhephasen noch in eine Zeit unmittelbar vor dem Start des Ladevorgangs oder unmittelbar nach Beendigung des Ladevorgangs fallen können, und damit zum Beispiel ohnehin vorhandene Ruhephasen genutzt werden können. Die Ruhephasen tragen dann unter Umständen nicht zur Verlängerung des Ladevorgangs an sich bei. Nichts desto weniger kann die Diagnosephase aber auch zu jedem beliebigen Zeitpunkt während eines Ladevorgangs durchgeführt werden, zum Beispiel in der Mitte eines Ladevorgangs oder in einem zeitlichen Abstand zum Beginn des Ladevorgangs, der beliebig vorgebbar sein kann. Eine Auslösung der Diagnosephase kann aber auch von anderen Kriterien abhängen, die später noch näher erläutert werden. Für eine möglichst genaue Parametrisierung der Batterieimpedanz ist es nämlich vorteilhaft, auch entsprechende weitere Zustandsgrößen der Batterie zum Zeitpunkt der Durchführung der Diagnose zur Ermittlung der Batterieimpedanz zu kennen, wie beispielsweise den Ladezustand und/oder die Batterietemperatur, denn diese beeinflussen die Batterieimpedanz ebenfalls. Während eines Ladevorgangs durchläuft die Batterie verschiedene Ladezustände. Eine Ermittlung der Batterieimpedanz ist demnach für verschiedene Ladezustände möglich. Dies erlaubt eine besonders genaue und umfassende Parametrisierung der Batterieimpedanz. Zusätzlich kann ein solcher Batteriezustand auch aktiv angefahren werden. Während eines Ladevorgangs kann zum Beispiel gewartet werden, bis die Batterie einen bestimmten Ladezustand erreicht hat, um dann die Diagnosephase zu aktivieren. Auch eine gewünschte Batterietemperatur kann zum Beispiel durch ein Thermomanagement der Batterie aktiv angefahren werden. Dies erlaubt vorteilhafterweise eine besonders genaue Ermittlung der Batterieimpedanz, insbesondere in vielen verschiedenen Situationen, und damit eine besonders umfassende Parametrierung der Batterieimpedanz.It is very advantageous here, for example, if the diagnosis phase is carried out at the start of the charging process and/or at the end of a charging process and/or between a start and an end of the charging process. Execution at the beginning or end of a charging process has the advantage that the above-mentioned rest phases can still occur in a time immediately before the start of the charging process or immediately after the end of the charging process, and thus, for example, existing rest phases can be used anyway. The rest phases may then not contribute to the lengthening of the charging process itself. Nonetheless, the diagnosis phase can also be carried out at any point in time during a charging process, for example in the middle of a charging process or at a time interval from the beginning of the charging process, which can be specified as desired. A triggering of the diagnosis phase can also depend on other criteria, which will be explained in more detail later. In order to parameterize the battery impedance as precisely as possible, it is advantageous to also know corresponding additional status variables of the battery at the time the diagnosis is carried out to determine the battery impedance, such as the state of charge and/or the battery temperature, because these also influence the battery impedance. During a charging process, the battery goes through different charging states. It is therefore possible to determine the battery impedance for different states of charge. This allows a particularly accurate and comprehensive parameterization of the battery impedance. In addition, such a battery status can also be actively approached. During a charging process, for example, you can wait until the battery has reached a certain charge level in order to then activate the diagnostic phase. A desired battery temperature can also be actively approached, for example, by thermal management of the battery. This advantageously allows a particularly accurate determination of the Battery impedance, especially in many different situations, and therefore a particularly comprehensive parameterization of the battery impedance.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Diagnosephase mehrmals im bestimmten Betriebszustand der Batterie ausgeführt wird. Insbesondere kann die Diagnosephase mehrfach in einen Ladevorgang integriert werden. Dies ermöglicht es beispielsweise, die Batterieimpedanz für mehrere verschiedene Ladezustände der Batterie und für verschiedene Batterietemperaturen zu ermitteln. Zudem kommt es oft vor, dass ein Benutzer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug unmittelbar nach dem Laden gar nicht in Betrieb nimmt, zum Beispiel wenn die Batterie zu Hause über Nacht geladen wird, oder während sich der Benutzer beispielsweise auf der Arbeit befindet. Auch dann macht sich eine Verlängerung des Ladevorgangs durch die Ausführung der Diagnosephase, insbesondere mehrmalige Ausführung, nicht bemerkbar. Damit kann aus der häufigen Ermittlung der Batterieimpedanz ein besonders großer Nutzen gezogen werden, ohne dass ein Nutzer hierfür Komforteinbußen in Kauf nehmen muss. Eine häufige Ermittlung der Batterieimpedanz ermöglicht dabei nicht nur eine realistische Abbildung der Alterung der Batterie, sondern ermöglicht beispielsweise auch eine frühzeitige Erkennung von Batteriedefekten.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the diagnosis phase is carried out several times in the specific operating state of the battery. In particular, the diagnosis phase can be integrated several times into a loading process. This makes it possible, for example, to determine the battery impedance for several different states of charge of the battery and for different battery temperatures. In addition, it often happens that a user of the motor vehicle does not put the motor vehicle into operation immediately after charging, for example when the battery is charged overnight at home, or while the user is at work, for example. Even then, an extension of the loading process due to the execution of the diagnosis phase, in particular repeated execution, is not noticeable. A particularly large benefit can thus be drawn from the frequent determination of the battery impedance, without the user having to accept any loss of comfort for this. Frequent determination of the battery impedance not only enables a realistic representation of the aging of the battery, but also enables battery defects to be detected at an early stage, for example.

Um den Nutzerkomfort dabei nicht zu beeinträchtigen kann es auch vorgesehen sein, dass einem Benutzer des Kraftfahrzeugs, wenn eine solche Impedanzermittlung ausgeführt werden soll beziehungsweise aktuell ausgeführt wird, angezeigt wird. Weiterhin kann dem Benutzer eine Abbruchmöglichkeit gegeben werden. Entsprechend hat der Benutzer die Möglichkeit, einen solchen Diagnosemodus beziehungsweise die Diagnosephase abzubrechen, zum Beispiel wenn er nicht möchte, dass sich hierdurch der Ladevorgang verlängert, weil er das Fahrzeug schnellstmöglich wieder nutzen möchte.In order not to impair user comfort, provision can also be made for a user of the motor vehicle to be notified when such an impedance determination is to be carried out or is currently being carried out. Furthermore, the user can be given the option to cancel. Accordingly, the user has the option of aborting such a diagnostic mode or the diagnostic phase, for example if he does not want the charging process to be prolonged because he wants to use the vehicle again as quickly as possible.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Diagnosephase zumindest eine Ruhephase, in welcher gemäß dem aufgeprägtem Stromprofil kein Strom zwischen der Batterie und der zumindest einen elektrischen Komponente fließt. Wie eingangs bereits erwähnt hat dies den großen Vorteil, dass sich hierdurch die Batterieimpedanz noch genauer ermitteln lässt.In a further very advantageous embodiment of the invention, the diagnosis phase includes at least one idle phase in which, according to the applied current profile, no current flows between the battery and the at least one electrical component. As already mentioned, this has the great advantage that the battery impedance can be determined even more precisely.

Des Weiteren ist es sehr vorteilhaft, wenn die Diagnosephase zwei Ruhephasen umfasst, in welcher gemäß dem aufgeprägten Stromprofil kein Strom zwischen der Batterie und der zumindest einen elektrischen Komponente fließt, und eine Stromphase umfasst, in welcher gemäß dem aufgeprägtem Stromprofil ein von Null verschiedener Strom zwischen der Batterie und der zumindest einen elektrischen Komponente fließt, wobei die Stromphase sich zeitlich unmittelbar an eine erste der zwei Ruhephasen anschließt und eine zweite der zwei Ruhephasen sich zeitlich unmittelbar an die Stromphase anschließt. Somit kann in der Stromphase ein von Null verschiedener Batteriestrom aufgeprägt werden und kurz davor und danach können sich eine Ruhephase anschließen. Dadurch wird eine Impedanzermittlung auf äußerst genaue Weise möglich. Je länger diese Ruhephasen sind, desto genauer kann letztendlich auch die Impedanzermittlung bereitgestellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eine solche Ruhephase mindestens eine Minute, vorzugsweise aber mehrere Minuten andauert. Beispielsweise kann die Ruhephase zwischen einer Minute und zehn Minuten andauern. Die Stromphase kann dagegen deutlich kürzer ausgestaltet sein, und beispielsweise auch lediglich im Sekundenbereich liegen, zum Beispiel zwischen einer Sekunde und zehn Sekunden.Furthermore, it is very advantageous if the diagnosis phase includes two idle phases in which, according to the applied current profile, no current flows between the battery and the at least one electrical component, and includes a current phase in which, according to the applied current profile, a non-zero current between of the battery and the at least one electrical component, the current phase immediately following a first of the two idle phases and a second of the two idle phases immediately following the current phase. Thus, in the current phase, a non-zero battery current can be impressed and a rest phase can follow shortly before and after. This makes it possible to determine impedance in an extremely precise manner. The longer these idle phases are, the more precisely the impedance determination can ultimately also be provided. It is advantageous if such a rest phase lasts at least one minute, but preferably several minutes. For example, the rest period can last between one minute and ten minutes. The current phase, on the other hand, can be designed to be significantly shorter and, for example, can also be in the range of seconds, for example between one second and ten seconds.

Grundsätzlich ist es dabei möglich, eine Impedanzermittlung basierend auf einem zeitlich nicht konstanten Batteriestrom durchzuführen. Durch einen zeitlich konstanten Batteriestrom vereinfacht sich aber die Impedanzermittlung deutlich. Daher stellt es eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn während der Diagnosephase ein konstanter Batteriestrom gemäß dem aufgeprägtem Stromprofil als erster Batteriestrom bereitgestellt wird. Mit anderen Worten kann als erster Batteriestrom ein CC (Constant Current)-Strompuls bereitgestellt werden. Dies erlaubt eine sehr einfache und genaue Ermittlung der Batterieimpedanz. Zudem lässt sich ein solcher Strompuls auch besonders einfach in einen Ladevorgang zum Laden der Batterie oder einer anderen kraftfahrzeugexternen Komponente integrieren. Dabei ist es vor allem sehr vorteilhaft, wenn eine maximale Stromamplitude gemäß dem aufgeprägten Stromprofil dabei unterhalb eines vorgegebenen maximal technisch zulässigen Ladestroms zum Laden der Batterie liegt.Basically, it is possible to carry out an impedance determination based on a battery current that is not constant over time. However, a battery current that is constant over time simplifies the determination of impedance significantly. It is therefore a very advantageous embodiment of the invention if a constant battery current according to the impressed current profile is provided as the first battery current during the diagnosis phase. In other words, a CC (constant current) current pulse can be provided as the first battery current. This allows a very simple and accurate determination of the battery impedance. In addition, such a current pulse can also be integrated particularly easily into a charging process for charging the battery or another component external to the motor vehicle. In this case, it is particularly advantageous if a maximum current amplitude according to the imposed current profile is below a predetermined maximum technically permissible charging current for charging the battery.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens ein Zustandsparameter der Batterie, der insbesondere eine aktuelle Batterietemperatur und/oder einen aktuellen Ladezustand darstellt, erfasst, wobei der Zustandsparameter aktuell für die Diagnosephase erfasst wird und die ermittelte Batterieimpedanz dem mindestens einen Zustandsparameter zugeordnet, ermittelt und gespeichert wird, und/oder wobei die Diagnosephase ausgelöst wird unter der Bedingung, dass der mindestens eine Zustandsparameter ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Wie bereits erwähnt, hängt die Batterieimpedanz auch vom aktuellen Ladezustand und/oder der aktuellen Batterietemperatur ab. Entsprechend ist es sehr vorteilhaft, wenn diese Zustandsparameter der Batterie ebenfalls erfasst werden. Beispielsweise kann die aktuell ermittelte Batterieimpedanz der aktuell ermittelten Temperatur und dem aktuell ermittelten Ladezustand der Batterie zugeordnet werden und zum Beispiel in einem Kennlinienfeld, welches die Größen Batterieimpedanz, Temperatur und Ladezustand verknüpft, entsprechend abgelegt werden. Bei wiederholter Ermittlung der Batterieimpedanz können die entsprechenden Werte im Kennlinienfeld entsprechend aktualisiert werden. Auch eine Mittelung über mehrfach für gleiche Zustandsparameter ermittelte Impedanzen ist möglich, um die Genauigkeit zu erhöhen. Soll beispielsweise die Batterieimpedanz für einen speziellen Ladezustand der Batterie ermittelt werden, so kann beispielsweise auch die Diagnosephase gerade dann erst ausgelöst werden, wenn während eines Ladevorgangs gerade dieser Ladezustand der Batterie erreicht wird. Somit kann vorteilhafterweise die Batterieimpedanz auch gezielt für entsprechende Zustandsparameter der Batterie erfasst werden. Entsprechendes gilt auch für die Batterietemperatur, die zum Beispiel durch eine entsprechende Kühleinrichtung des Batteriesystems gezielt angefahren werden kann. Somit kann die Diagnosephase während des Ladevorgangs oder im Allgemeinen während des bestimmten Betriebszustands der Batterie erst dann ausgelöst werden, wenn der mindestens eine Zustandsparameter einen bestimmten Grenzwert überschreitet und/oder unterschreitet oder in einem vorbestimmten Wertebereich liegt.In a further advantageous embodiment of the invention, at least one status parameter of the battery, which in particular represents a current battery temperature and/or a current state of charge, is recorded, with the status parameter being currently recorded for the diagnostic phase and the determined battery impedance assigned to the at least one status parameter, determined and is stored, and/or wherein the diagnosis phase is triggered under the condition that the at least one status parameter meets a predetermined criterion. As already mentioned, the battery impedance also depends on the current state of charge and/or the current battery temperature. Accordingly, it is very beneficial if these condition parameters of the battery are also recorded. For example, the currently determined battery impedance can be assigned to the currently determined temperature and the currently determined state of charge of the battery and stored accordingly, for example in a family of characteristics that links the variables battery impedance, temperature and state of charge. If the battery impedance is determined repeatedly, the corresponding values in the characteristics field can be updated accordingly. Averaging over impedances determined several times for the same state parameters is also possible in order to increase the accuracy. If, for example, the battery impedance is to be determined for a specific state of charge of the battery, the diagnosis phase can also only be triggered when this state of charge of the battery has just been reached during a charging process. The battery impedance can thus advantageously also be detected in a targeted manner for corresponding status parameters of the battery. The same also applies to the battery temperature, which can be approached in a targeted manner, for example, by means of a corresponding cooling device in the battery system. Thus, the diagnosis phase during the charging process or in general during the specific operating state of the battery can only be triggered when the at least one state parameter exceeds and/or falls below a specific limit value or is in a predetermined value range.

Die letztendlich ermittelte Impedanz kann, wie bereits mehrfach erwähnt, zur Parametrierung der Batterie verwendet werden. Die Batterie kann dabei durch ein Batteriemodell parametriert sein, welches zum Beispiel als Ersatzschaltbild der Batterie, aufgebaut aus einfachen einzelnen elektrischen Komponenten wie Widerständen und/oder Kapazitäten, bereitgestellt sein kann, die die entsprechenden Batterieparameter, unter anderem die Impedanz, repräsentieren. Die Bestimmung des Parameters Impedanz erlaubt die Ermittlung weiterer Größen, wie zum Beispiel der Kapazität, den Alterungszustand der Batterie, die Detektion möglicher Defekte, oder Ähnliches.As already mentioned several times, the impedance finally determined can be used to parameterize the battery. The battery can be parameterized by a battery model, which can be provided, for example, as an equivalent circuit diagram of the battery, made up of simple individual electrical components such as resistors and/or capacitances, which represent the corresponding battery parameters, including impedance. Determining the impedance parameter allows other variables to be determined, such as capacity, the aging status of the battery, the detection of possible defects, or similar.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Messeinrichtung zum Ermitteln einer Batterieimpedanz einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Messeinrichtung dazu ausgelegt ist, die Batterieimpedanz in Abhängigkeit von einem erzeugten, definierten ersten Batteriestrom zu ermitteln. Weiterhin ist die Messeinrichtung dazu ausgelegt, in einem bestimmten Betriebszustand der Batterie, der von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs verschieden ist, und in welchem zumindest zeitweise ein einem zweiten Batteriestrom bedingter Stromfluss zwischen der Batterie und zumindest einer elektrischen Komponente vorhanden ist, dem zweiten Batteriestrom in einer bestimmten Diagnosephase, die sich zeitlich zumindest zum Teil mit dem bestimmten Betriebszustand überschneidet, ein bestimmtes Stromprofil aufzuprägen, wodurch der definierte erste Batteriestrom zur Ermittlung der Batterieimpedanz bereitgestellt ist.Furthermore, the invention also relates to a measuring device for determining a battery impedance of a battery of a motor vehicle, the measuring device being designed to determine the battery impedance as a function of a generated, defined first battery current. In addition, the measuring device is designed to measure the second battery current in a specific diagnostic phase, which overlaps at least in part with the specific operating state, to impose a specific current profile, as a result of which the defined first battery current for determining the battery impedance is provided.

Für die erfindungsgemäße Messeinrichtung gelten die gleichen Vorteile wie für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen.The same advantages apply to the measuring device according to the invention as to the method according to the invention and its embodiments.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung oder eine ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a measuring device according to the invention or one of its configurations.

Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für die Messeinrichtung. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.The invention also includes the control device for the measuring device. The control device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the measuring device according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the method according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the measuring device according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. The invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine graphische Darstellung eines Ladestroms zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit aufgeprägtem Stromprofil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 2 eine graphische Darstellung des Ladestroms mit aufgeprägtem Stromprofil gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 3 eine graphische Darstellung des Ladestroms mit aufgeprägtem Stromprofil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung der funktionalen Einheiten zur Ermittlung einer Batterieimpedanz der Batterie des Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie und einer Messeinrichtung zur Ermittlung einer Batterieimpedanz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 6 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Ermittlung der Batterieimpedanz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are described below. For this shows:
  • 1 a graphical representation of a charging current for charging a battery of a motor vehicle with an impressed current profile according to a first exemplary embodiment of the invention;
  • 2 a graphical representation of the charging current with impressed current profile according to a further embodiment of the invention;
  • 3 a graphical representation of the charging current with impressed current profile according to a third embodiment of the invention;
  • 4 a schematic representation of the functional units for determining a battery impedance of the battery of the motor vehicle according to an embodiment of the invention;
  • 5 a schematic representation of a motor vehicle with a battery and a measuring device for determining a battery impedance according to an embodiment of the invention; and
  • 6 a schematic representation of a flowchart to illustrate a method for determining the battery impedance according to an embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.

Anhand der nachfolgend näher erläuterten Figuren soll erläutert werden, wie eine Batterieimpedanz einer im Kraftfahrzeug verbauten Batterie ermittelt werden kann. Dazu ist beispielsweise in 5 ein Kraftfahrzeug 10 mit einer solchen Kraftfahrzeugbatterie 12 exemplarisch dargestellt. Eine Messeinrichtung zur Ermittlung der der Batterie 12 zugeordneten Batterieimpedanz Z ist dabei mit 14 bezeichnet. Bei der Batterie 12 kann es sich dabei im Allgemeinen um eine Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs handeln und entsprechend bei der Batterieimpedanz Z um eine Gesamtimpedanz dieser Hochvolt-Batterie, aber auch um eine einzelne Batteriezelle einer Hochvolt-Batterie eines Kraftfahrzeugs 10, wobei es sich dann bei der Batterieimpedanz Z um die Einzelimpedanz einer einzelnen Batteriezelle einer solchen Hochvolt-Batterie handelt.The figures explained in more detail below are intended to explain how a battery impedance of a battery installed in the motor vehicle can be determined. For example, in 5 a motor vehicle 10 with such a motor vehicle battery 12 is shown as an example. A measuring device for determining the battery impedance Z associated with the battery 12 is denoted by 14 . The battery 12 can generally be a high-voltage battery of the motor vehicle and accordingly the battery impedance Z can be a total impedance of this high-voltage battery, but also an individual battery cell of a high-voltage battery of a motor vehicle 10, in which case it is the battery impedance Z is the individual impedance of an individual battery cell of such a high-voltage battery.

Grundsätzlich ist es möglich, die Impedanz einer Batterie beziehungsweise von Batteriezellen in Laboren durch Tests zu messen. Dabei wird die Batterie unter definierten Bedingungen wie Stromstärke, Temperatur, Ladezustand, ge- oder entladen. Insbesondere Strompulse mit konstanter Stromstärke (Constant Current) haben sich dabei als sehr vorteilhaft erwiesen, sowie auch Ruhephasen vor und/oder nach einem solchen Strompuls. Die Bestimmung der Impedanz erfolgt dann beispielsweise durch Berechnungen basierend auf den Bedingungen des Strompulses und der Spannungsantwort der Batterie auf den Strompuls. Derartige Verfahren zur Impedanzbestimmung können grundlegend auch zur Ermittlung der Batterieimpedanz Z in den nachfolgend erläuterten Beispielen verwendet werden und sind in ausreichender Weise aus dem Stand der Technik bekannt. Daher wird auf die konkrete Berechnung einer solchen Batterieimpedanz im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht näher eingegangen.In principle, it is possible to measure the impedance of a battery or battery cells in laboratories using tests. The battery is charged or discharged under defined conditions such as current, temperature, state of charge. In particular, current pulses with a constant current intensity (constant current) have proven to be very advantageous, as well as idle phases before and/or after such a current pulse. The impedance is then determined, for example, by calculations based on the conditions of the current pulse and the voltage response of the battery to the current pulse. Such methods for determining impedance can fundamentally also be used to determine the battery impedance Z in the examples explained below and are sufficiently known from the prior art. Therefore, the specific calculation of such a battery impedance is not discussed in detail within the scope of the present invention.

Um die Batterieimpedanz möglichst genau ermitteln zu können, ist die Erzeugung definierter Bedingungen sehr von Vorteil. Diese liegen jedoch in üblichen Betriebssituationen bei einer in einem Kraftfahrzeug verbauten Batterie nicht vor. Dabei wäre es sehr von Vorteil, die Batterieimpedanz auch im im Kraftfahrzeug verbauten Zustand der Batterie bestimmen zu können, da Batteriezellen mit der Zeit an Kapazität verlieren und sich auch die Impedanz der Zellen über die Zeit hinweg entsprechend ändert. Die Bestimmung der Impedanz von gealterten Zellen ist im Labor schwierig, da Zellen mit einem Alter von mehreren Jahren und der identischen Alterungshistorie wie im Fahrzeug mit jeweils individueller Nutzung nicht vorliegen. Mit anderen Worten lässt sich die genaue Alterung einer konkret in einem Fahrzeug verbauten Batterie im Labor nicht nachstellen. Wird also ein Batteriemanagementsystem nur mit den Laborwerten zur Batterieimpedanz im neuen Zustand parametrisiert, so erfolgt nachteiligerweise trotz der realen Änderung der Parameter durch Alterung entsprechend keine Anpassung der Impedanzwerte. Bei Abweichungen zwischen dem realen Zustand der Batterie und der Parametrisierung des Batteriemanagementsystems kann es entsprechend zu Störungen im Betrieb oder einer eingeschränkten Leistungsfähigkeit kommen. Daher wäre eine Impedanzbestimmung im Betrieb während der Nutzung sehr vorteilhaft. Aber auch dies ist mit Problemen verbunden. Die Steuergerätesoftware kann aus dem Zellverhalten im Betrieb, zum Beispiel beim Fahren oder Laden, die Impedanz näherungsweise bestimmen. Dabei werden typische Messgrößen wie Strom, Spannung und Temperatur in den Betriebszuständen gemessen. Mittels verschiedener Verfahren wird daraus die Impedanz berechnet. Die Betriebszustände der Batterie, nämlich Stromstärke, Temperatur und Ladezustand, werden durch die Nutzungsart des Benutzers des Kraftfahrzeugs beim Fahren oder Laden bestimmt. Im Betrieb ist der Strom durch Beschleunigen und Bremsen und vielen Nebenverbrauchern im Fahrzeug hochdynamisch und daher zur Verwendung zur Impedanzbestimmung vollkommen ungeeignet. Während des Parkens ohne externes Laden gibt es jedoch keine nennenswerten Stromflüsse und es kann keine Parametrisierung der Impedanz vorgenommen werden. Die Erfindung beruht nunmehr auf der Erkenntnis, dass sich beispielsweise ein Ladevorgang eignet, um hier eine Impedanzbestimmung zu integrieren. Aber auch dies ist nicht ohne weiteres möglich.In order to be able to determine the battery impedance as precisely as possible, the generation of defined conditions is very advantageous. However, these are not present in normal operating situations with a battery installed in a motor vehicle. It would be very advantageous to be able to determine the battery impedance even when the battery is installed in the motor vehicle, since battery cells lose capacity over time and the impedance of the cells also changes accordingly over time. Determining the impedance of aged cells is difficult in the laboratory, since there are no cells that are several years old and have the same aging history as in the vehicle, each with individual use. In other words, the exact aging of a battery actually installed in a vehicle cannot be reproduced in the laboratory. If a battery management system is parameterized only with the laboratory values for the battery impedance in the new state, the disadvantage is that the impedance values are not adjusted despite the real change in the parameters due to aging. If there are discrepancies between the actual condition of the battery and the parameterization of the battery management system, this can result in operational disruptions or reduced performance. Therefore, an impedance determination during operation during use would be very advantageous. But this, too, is associated with problems. The control unit software can turn off the cell behavior during operation, for example when driving or charging, to approximately determine the impedance. Typical parameters such as current, voltage and temperature are measured in the operating states. The impedance is calculated from this using various methods. The operating states of the battery, namely current, temperature and state of charge are determined by the type of use of the user of the motor vehicle when driving or charging. During operation, the current is highly dynamic due to acceleration and braking and many ancillary consumers in the vehicle and is therefore completely unsuitable for use in determining impedance. However, during parking without external charging, there are no significant current flows and no parameterization of the impedance can be made. The invention is now based on the finding that a charging process, for example, is suitable for integrating an impedance determination here. But even this is not easily possible.

1 zeigt beispielsweise eine schematische Darstellung eines bei einem herkömmlichen Ladevorgangs zum Laden eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs von der Ladesäule zum Fahrzeug beziehungsweise zur Batterie fließenden Ladestroms I0. Während eines solchen externen Ladens ergibt sich aus der Leistungsfähigkeit der Ladesäule, des Ladegeräts des Kraftfahrzeugs und der Batterie des Kraftfahrzeugs ein maximal technisch zulässiger Ladestrom I0 als Grenzwert. Mit diesem Grenzwertstrom I0 wird üblicherweise auch geladen. Dies erlaubt nämlich eine Minimierung der Ladezeit. Der Grenzwert wird während des Ladevorgangs permanent angepasst, da sich Ladezustand, Batterietemperatur und weitere relevante Parameter über den Ladevorgang hinweg ändern. Daher ergibt sich auch während eines normalen Ladevorgangs kein konstanter Strom, der jedoch für eine Impedanzbestimmung, insbesondere eine möglichst genaue Ermittlung der Batterieimpedanz, von großem Vorteil wäre. Ebenso vorteilhaft sind die eingangs erwähnten Ladepausen, die sich in einem normalen Ladevorgangs ebenfalls nicht finden. Gegebenenfalls gibt es allerhöchstens zusätzliche Einflüsse wie strompreisbasiertes Laden, geplante Ladevorgänge und so weiter, die zu Pausen im Ladevorgang führen. Diese sind jedoch nicht für die Impedanzbestimmung passend gewählt. Insbesondere liegt also bei typischen Betriebszuständen, wie Fahren und auch normalem Laden, kein CC-Strompuls mit Ruhephasen vor- und nachher vor, wie dies für die Parametrisierung der Batterieimpedanz aber sehr vorteilhaft wäre. Daher ist die im Betrieb bestimmte Zellimpedanz nicht genau. 1 shows, for example, a schematic representation of a charging current I0 flowing from the charging station to the vehicle or to the battery during a conventional charging process for charging an energy store of the motor vehicle. During such external charging, the performance of the charging station, the charging device of the motor vehicle and the battery of the motor vehicle result in a maximum technically permissible charging current I0 as a limit value. This limit current I0 is usually also used for charging. This allows the loading time to be minimized. The limit value is continuously adjusted during the charging process, as the state of charge, battery temperature and other relevant parameters change over the course of the charging process. Therefore, even during a normal charging process, there is no constant current, which would, however, be of great advantage for an impedance determination, in particular a determination of the battery impedance that is as accurate as possible. The charging breaks mentioned at the beginning, which are also not found in a normal charging process, are just as advantageous. If necessary, there are at most additional influences such as charging based on electricity prices, planned charging processes and so on, which lead to breaks in the charging process. However, these are not chosen appropriately for the impedance determination. In particular, in typical operating states, such as driving and also normal charging, there is no CC current pulse with idle phases before and after, as this would be very advantageous for the parameterization of the battery impedance. Therefore, the cell impedance determined in operation is not accurate.

Um eine genaue Parametrisierung der Zellimpedanz und insbesondere im Allgemeinen eine möglichst genaue Ermittlung der Batterieimpedanz Z bei einer im Kraftfahrzeug 10 verbauten Batterie zu ermöglichen, wird im vorliegenden Beispiel des Batteriesystems eines Kraftfahrzeugs 10 beim externen Laden an einer Ladesäule 16 (vgl. 5) in einen Impedanz-Diagnosemodus versetzt, um die Impedanz der Zellen zu schätzen und zu parametrisieren beziehungsweise im Allgemeinen um die Batterieimpedanz Z zu ermitteln. Zu diesem Zweck wird, wie zum Beispiel in 1 dargestellt, in einen Ladevorgang L zumindest teilweise zeitlich überlappend eine Diagnosephase D integriert. Während dieser Diagnosephase D wird dem Ladestrom I ein vorgegebenes oder vorgebbares Stromprofil 18 aufgeprägt. Dieses umfasst vorzugsweise zwei Ruhephasen 20a, 20b, in welchem der Stromfluss gleich Null ist, und eine Stromphase 22, in welcher ein konstanter Ladestrom I bereitgestellt wird. Mit anderen Worten lädt die Ladesäule 16 für eine begrenzte Zeit, die durch die Diagnosephase D bedingt ist, nicht mehr mit maximaler Leistung beziehungsweise maximalem Strom I0, sondern für eine festgelegte Dauer mit einer bestimmten Stromstärke, insbesondere während der gerade beschriebenen Stromphase 22. Zusätzlich können auch Ruhephasen 20a, 20b in den Ladevorgang integriert werden, insbesondere vorzugsweise unmittelbar zeitlich vor und nach dieser Stromphase 22 mit konstantem Ladestrom.In order to enable precise parameterization of the cell impedance and in particular in general to enable the battery impedance Z to be determined as precisely as possible for a battery installed in motor vehicle 10, in the present example of the battery system of a motor vehicle 10 during external charging at a charging station 16 (cf. 5 ) in an impedance diagnostic mode to estimate and parameterize the impedance of the cells or, in general, to determine the battery impedance Z. For this purpose, as for example in 1 shown, a diagnosis phase D is integrated into a charging process L at least partially overlapping in time. During this diagnosis phase D, a predetermined or predeterminable current profile 18 is imposed on the charging current I. This preferably includes two idle phases 20a, 20b, in which the current flow is zero, and a current phase 22, in which a constant charging current I is provided. In other words, for a limited time, which is caused by the diagnosis phase D, the charging station 16 no longer charges with maximum power or maximum current I0, but for a specified period with a specific current intensity, in particular during the current phase 22 just described rest phases 20a, 20b can also be integrated into the charging process, in particular preferably immediately before and after this current phase 22 with a constant charging current.

Weiterhin ist es möglich, ein solches Stromprofil 18 zu jedem beliebigen Zeitpunkt des Ladevorgangs L dem Ladestrom I aufzuprägen. In 1 ist exemplarisch die Integration des Strompulses 22 beziehungsweise im Allgemeinen der Diagnosephase D am Beginn des Ladevorgangs L illustriert. Dabei kann eine bereits vorliegende Ruhephase vor Beginn des Ladens mitgenutzt werden. Mit anderen Worten kann die erste Ruhephase 20a auch bereits vor Beginn des Ladevorgangs L beginnen und muss damit nicht vollständig innerhalb des Ladevorgangs L liegen. Beispielsweise kann der Ladevorgang L auch zeitgleich mit der Stromphase 22 beginnen.It is also possible to impose such a current profile 18 on the charging current I at any point in time during the charging process L. In 1 the integration of the current pulse 22 or, in general, the diagnosis phase D at the beginning of the charging process L is illustrated as an example. In this case, an existing idle phase before the start of charging can also be used. In other words, the first idle phase 20a can also begin before the start of the charging process L and therefore does not have to be completely within the charging process L. For example, the charging process L can also begin at the same time as the current phase 22 .

2 zeigt die Integration des Strompulses 22 beziehungsweise im Allgemeinen der Diagnosephase D innerhalb des Ladevorgangs L. Dies hat den Vorteil, dass der Strompuls 22, das heißt die Stromphase 22, bei definierten Ladezuständen der Batterie 12 durchgeführt werden kann. Mit anderen Worten wird so eine Bestimmung der Batterieimpedanz gezielt für bestimmte Ladezustände der Batterie 12 möglich. 3 zeigt ein weiteres Beispiel, gemäß welchem die Integration des Strompulses, das heißt der Stromphase 22, am Ende des Ladevorgangs L liegt. Dabei kann die Ruhephase 20b, die vorliegend in 3 noch innerhalb des Ladevorgangs L dargestellt ist, auch teilweise oder vollständig außerhalb des Ladevorgangs nach Ende des Ladens liegen. Dies hat den Vorteil, dass die Ruhephase nach Ende des Ladens genutzt werden kann, wenn beispielsweise ohnehin eine solche Ruhephase vorgesehen ist und der Benutzer sein Kraftfahrzeug 10 nicht unmittelbar im Anschluss nach dem Laden fahren möchte. 2 12 shows the integration of the current pulse 22 or, in general, the diagnosis phase D within the charging process L. This has the advantage that the current pulse 22, ie the current phase 22, can be carried out when the battery 12 is in a defined state of charge. In other words, it is thus possible to determine the battery impedance in a targeted manner for specific charge states of the battery 12 . 3 FIG. 12 shows another example according to which the integration of the current pulse, ie the current phase 22, is at the end of the charging process L. The rest phase 20b, which is present in 3 is still shown within the charging process L, also lie partially or completely outside of the charging process after the end of charging. This has the advantage that the rest phase can be used after the end of charging when at for example, such a rest phase is provided anyway and the user does not want to drive his motor vehicle 10 immediately after charging.

Diese Beispiele haben den großen Vorteil, dass somit dem Fahrzeug 10 während der Nutzung außerhalb einer Werkstatt oder eines Labors eine genaue Bestimmung der Impedanz vorgenommen werden kann. Nichts desto weniger kann darüber hinaus zusätzlich eine Impedanzbestimmung auch noch in der Werkstatt durchgeführt werden. Dies kann von Zeit zu Zeit vorteilhaft sein, um die Impedanz noch präziser ermitteln zu können. Weiterhin können auch mehrere solcher Diagnosephasen D, oder zumindest Stromphasen 22, in einen Ladevorgang L integriert werden. Dies hat den Vorteil, dass so die Genauigkeit der Messung weiter gesteigert werden kann, da dies zum Beispiel die Ermittlung der Impedanz Z für verschiedene Ladezustände und/oder Temperaturen der Batterie 12 innerhalb eines gleichen Ladevorgangs L ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann ganz analog eine Impedanzermittlung auch bei einem bidirektionalen Laden durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann die Batterie 12 auch zum bidirektionalen Laden ausgestaltet sein. Dies ermöglicht es, dass eine kraftfahrzeugexterne elektrische Komponente von der Batterie 12 als Energiequelle gespeist werden kann. Gegebenenfalls kann eine solche externe Komponente auch die Ladesäule 16 darstellen, wenn diese ihrerseits zum bidirektionalen Laden ausgelegt ist. Damit kann zum Beispiel auch zeitweise gezielt ein Entladestrom zum Entladen der Batterie 12 erzeugt werden, um diesem das beschriebene Stromprofil 18 oder auch ein anderes geeignetes Stromprofil aufzuprägen, um darauf basierend die Impedanz der Batterie 12 zu ermitteln. Somit kann alternativ an einer bidirektionalen Ladesäule oder einer anderen zu ladenden oder mit Energie zu versorgenden Komponente die Batterie 12 auch entladen werden, um die Impedanz Z im Entladevorgang zu bestimmen. Nichts desto weniger ist es aber auch denkbar, dass als elektrische Komponente eine kraftfahrzeuginterne elektrische Komponente verwendet wird. Beispielsweise kann ein kraftfahrzeuginterner Verbraucher, zum Beispiel während eines inaktiven Zustands des Kraftfahrzeugs 10, zum Beispiel wenn dieses längere Zeit geparkt ist, für die Durchführung einer Batterieimpedanzermittlung aktiviert werden. Mit anderen Worten kann künstlich eine Energiequelle oder Energiesenke eingeschaltet werden, um so einen entsprechenden definierten Batteriestrom I zu erzeugen. Dies geht jedoch mit zusätzlichen Energieverlusten einher. Die Integration der Batterieimpedanzermittlung in einen Ladevorgang L, sei es zum Laden der Batterie 12 oder der kraftfahrzeugexternen elektrischen Komponente, ermöglicht es dagegen, den Batteriestrom I, der für die Batterieimpedanzermittlung verwendet wird, gleichzeitig zum Laden zu nutzen. Die für die Impedanzermittlung notwendige Energie geht damit also nicht verloren.These examples have the great advantage that an accurate determination of the impedance of the vehicle 10 can be carried out while it is being used outside of a workshop or laboratory. Nevertheless, an impedance determination can also be carried out in the workshop. This can be advantageous from time to time in order to be able to determine the impedance even more precisely. Furthermore, several such diagnosis phases D, or at least current phases 22, can be integrated into a charging process L. This has the advantage that the accuracy of the measurement can be further increased in this way, since this makes it possible, for example, to determine the impedance Z for different states of charge and/or temperatures of the battery 12 within the same charging process L. As an alternative or in addition, an impedance determination can also be carried out in a completely analogous manner in the case of bidirectional charging. In other words, the battery 12 can also be designed for bidirectional charging. This enables an on-vehicle electrical component to be powered by the battery 12 as a power source. Optionally, such an external component can also represent the charging station 16 if this in turn is designed for bidirectional charging. A discharge current for discharging the battery 12 can thus also be generated at times, for example, in order to impress the described current profile 18 or another suitable current profile on it, in order to determine the impedance of the battery 12 on this basis. Thus, alternatively, the battery 12 can also be discharged at a bidirectional charging station or another component to be charged or to be supplied with energy in order to determine the impedance Z in the discharging process. Nonetheless, it is also conceivable that an electrical component inside the motor vehicle is used as the electrical component. For example, a motor vehicle-internal consumer, for example during an inactive state of the motor vehicle 10, for example when it has been parked for a long time, can be activated to carry out a battery impedance determination. In other words, an energy source or energy sink can be switched on artificially in order to generate a corresponding defined battery current I in this way. However, this is accompanied by additional energy losses. The integration of the battery impedance determination in a charging process L, be it for charging the battery 12 or the vehicle-external electrical component, on the other hand makes it possible to use the battery current I, which is used for the battery impedance determination, for charging at the same time. The energy required for determining the impedance is therefore not lost.

Alternativ können auch andere Stromverläufe anstatt einem CC-Strompuls wie in der Stromphase 22 beschrieben, in den Ladevorgang L integriert werden.Alternatively, other current curves can also be integrated into the charging process L instead of a CC current pulse as described in the current phase 22 .

Der Impedanz-Diagnosemodus, bei dessen Initialisierung die Diagnosephase D gestartet wird, kann unter verschiedensten Voraussetzungen oder in Abhängigkeit von verschiedenen Auslösern aktiviert werden. Beispielsweise kann ein solcher Impedanz-Diagnosemodus extern gesteuert werden, beispielsweise in der Werkstatt nach einer Beanstandung oder online für eine Ferndiagnose. Alternativ kann das Fahrzeug 10 die genaue Messung in periodischen Abständen beziehungsweise jede zweite Ladung, das heißt bei jedem zweiten Ladevorgang L, oder einmal pro Woche und/oder Monat, oder ähnliches, automatisch durchführen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug 10 die Messung bei einer allgemeinen Auffälligkeit im Batterieleistungsverhalten selbst starten, zum Beispiel beim nächsten Ladevorgang L.The impedance diagnosis mode, during the initialization of which the diagnosis phase D is started, can be activated under a wide variety of conditions or as a function of various triggers. For example, such an impedance diagnosis mode can be controlled externally, for example in the workshop after a complaint or online for remote diagnosis. Alternatively, the vehicle 10 can automatically carry out the precise measurement at periodic intervals or every second charge, ie at every second charging process L, or once a week and/or month, or the like. Alternatively, the motor vehicle 10 can start the measurement itself if there is a general abnormality in the battery performance, for example during the next charging process L.

Um die Genauigkeit der Messung weiter zu verbessern kann als Voraussetzung für die Messung verlangt werden, dass das Fahrzeug 10 in einem bestimmten Systemzustand ist, beispielsweise bestimmten Ladezustandsbereich oder Temperaturbereich. Somit können unnötige ungenaue Messungen vermieden werden. Alternativ kann der Ladezustand wie beschrieben auch spezifisch während des Ladevorgangs L angefahren werden, um bei Erreichen des gewünschten Ladezustands die Diagnosephase D zu starten. Alternativ oder zusätzlich kann das thermische Management des Batteriesystems für die Batterie 12 die Temperatur der Batterie 12 für eine genaue Messung sicherstellen und dafür spezifisch angesteuert werden.In order to further improve the accuracy of the measurement, it can be required as a prerequisite for the measurement that the vehicle 10 is in a specific system state, for example a specific state of charge range or temperature range. Thus, unnecessary inaccurate measurements can be avoided. Alternatively, the state of charge can also be approached specifically during the charging process L, as described, in order to start the diagnosis phase D when the desired state of charge is reached. Alternatively or additionally, the thermal management of the battery system for the battery 12 can ensure the temperature of the battery 12 is measured accurately and can be specifically controlled for this purpose.

Die Nutzbarkeit des Fahrzeugs 10, der Komfort oder die Sicherheit sind durch die nur zeitweise und nicht bei jedem Ladevorgang ablaufende Messung nicht deutlich beeinträchtigt. Die gesamte Ladedauer wird durch die Ruhephasen 20a, 20b und leicht reduzierte Leistung des Ladens zu einem gewissen Maß verlängert. Bei einem geplanten Ladevorgang L, beispielsweise „voll geladen um 7 Uhr morgens“ kann die Verlängerung der Ladedauer mit eingeplant werden, um den Nutzerkomfort nicht zu beeinträchtigen. Optional kann der Nutzer daher über den Diagnosemodus, das heißt die Diagnosephase D, informiert werden und diesen auch abbrechen können, um die volle Ladeleistung abzurufen und den Ladevorgang L nicht zu verzögern.The usability of the vehicle 10, the comfort or the safety are not significantly impaired by the measurement, which only takes place at times and not with every charging process. The total charging time is extended to a certain extent by the idle phases 20a, 20b and slightly reduced charging power. In the case of a planned charging process L, for example "fully charged at 7 a.m.", the extension of the charging time can also be planned in order not to impair user comfort. The user can therefore optionally be informed about the diagnosis mode, ie the diagnosis phase D, and can also cancel this in order to call up the full charging capacity and not delay the charging process L.

4 zeigt eine schematische Darstellung der funktionalen Komponenten zur Ermittlung der Batterieimpedanz Z. Diese sind zum einen ein Steuerungsmodul 24 zur Steuerung des Diagnosemodus zur Impedanzbestimmung, ein Ladegerätmodul 26 des Ladegeräts des Kraftfahrzeugs 10 oder einer Ladesäule 16, ein Batteriesystemmodul 28 des Batteriesystems mit der Batterie 12, ein Batteriemanagementmodul 30, welches in ein Batteriemanagementsystem der Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 10 integriert sein kann, ein Messmodul 32 zur Messung von Spannung, Strom, Temperatur oder anderer Messgrößen, zum Beispiel auch dem aktuellen Ladezustand der Batterie 12, sowie ein Impedanzbestimmungsmodul 34 zur letztendlichen Bestimmung der Impedanz Z. Das Steuerungsmodul 24 zur Steuerung des Diagnosemodus zur Impedanzbestimmung kann dabei mit Informationen aus dem Batteriemanagementsystem 30 und der Ladesäule beziehungsweise dem Ladegerät 26 gespeist werden. Der Diagnosemodus 24 steuert dabei wiederum den Strom im Ladegerät 26 zur Impedanzbestimmung. Die Implementierung der Spannungsmessung im Messmodul 32 während des Diagnosemodus zur Impedanzbestimmung kann dabei aus dem Batteriesystem 28 heraus erfolgen. Weiterhin kann ein Auswertealgorithmus zur Impedanzbestimmung, welcher durch das Impedanzbestimmungsmodul 34 illustriert ist, gegebenenfalls auch in das Batteriemanagementsystem 30 selbst integriert sein. 4 shows a schematic representation of the functional components for determining the Battery impedance Z. These are on the one hand a control module 24 for controlling the diagnostic mode for impedance determination, a charger module 26 of the charger of the motor vehicle 10 or a charging station 16, a battery system module 28 of the battery system with the battery 12, a battery management module 30, which is integrated into a battery management system of the battery 12 of motor vehicle 10 can be integrated, a measuring module 32 for measuring voltage, current, temperature or other measured variables, for example also the current state of charge of battery 12, and an impedance determination module 34 for ultimately determining the impedance Z. The control module 24 for controlling the Diagnostic mode for impedance determination can be fed with information from the battery management system 30 and the charging station or the charger 26. The diagnosis mode 24 in turn controls the current in the charger 26 for impedance determination. The implementation of the voltage measurement in the measuring module 32 during the diagnostic mode for impedance determination can be carried out from the battery system 28 . Furthermore, an evaluation algorithm for impedance determination, which is illustrated by the impedance determination module 34, can optionally also be integrated into the battery management system 30 itself.

5 zeigt, wie bereits erwähnt, eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Batterie 12 und einer Messeinrichtung 14 zur Ermittlung der Impedanz Z der Batterie 12 beziehungsweise der Impedanz Z einer jeweiligen Batteriezelle 12 einer Hochvolt-Batterie des Kraftfahrzeugs 10. In dem in 5 dargestellten Zustand des Kraftfahrzeugs 10 findet gerade ein Ladevorgang zum Laden der Batterie 12 statt. Zu diesem Zweck ist das Kraftfahrzeug 10 mit einer Ladesäule 16 elektrisch leitend verbunden, zum Beispiel über ein Ladekabel, über welches ein entsprechender Ladestrom I zum Laden der Batterie 12 geführt wird. 5 shows, as already mentioned, a schematic representation of a motor vehicle 10 with a battery 12 and a measuring device 14 for determining the impedance Z of the battery 12 or the impedance Z of a respective battery cell 12 of a high-voltage battery of the motor vehicle 10. In the in 5 In the illustrated state of motor vehicle 10, a charging process for charging battery 12 is taking place. For this purpose, the motor vehicle 10 is electrically conductively connected to a charging station 16, for example via a charging cable, via which a corresponding charging current I for charging the battery 12 is conducted.

Die von der Messeinrichtung 14 ausgeführten beziehungsweise ausführbaren Funktionen können dabei auch durch mehrere, separate, auch räumlich verteilte Bauteile des Kraftfahrzeugs 10 implementiert sein. Die Messeinrichtung 14 kann dabei auch eines oder mehrere der zu 4 beschriebenen funktionalen Module umfassen. Das Steuerungsmodul 24 kann beispielsweise in eine solche Messeinrichtung 14 integriert sein. Diese kann darüber hinaus auch das Impedanzbestimmungsmodul 34 umfassen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 14 auch Teil des Batteriemanagementsystems sein, welches das zuvor in 4 beschriebene Batteriemanagementmodul 30 umfasst. Auch das Messmodul 32 kann in die Messeinrichtung 14 integriert sein. Das Batteriesystemmodul 28 ist Teil der Batterie 12, und das Ladegerätmodul 26 ist Teil eines Ladegeräts 30 des Kraftfahrzeugs 10, welches beispielsweise auch als Onboard-Charger (OBC) bezeichnet werden kann.The functions executed or executable by measuring device 14 can also be implemented by a plurality of separate components of motor vehicle 10 that are also spatially distributed. The measuring device 14 can also be one or more of the 4 include functional modules described. The control module 24 can be integrated into such a measuring device 14, for example. In addition, this can also include the impedance determination module 34 . For example, the measuring device 14 can also be part of the battery management system, which is previously described in 4 described battery management module 30 includes. The measuring module 32 can also be integrated into the measuring device 14 . The battery system module 28 is part of the battery 12, and the charger module 26 is part of a charger 30 of the motor vehicle 10, which can also be referred to as an on-board charger (OBC), for example.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms zur Veranschaulichung eines Fahrens zur Ermittlung einer Batterieimpedanz Z gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei startet das Verfahren in Schritt S10, in welchem eine Impedanzbestimmung, insbesondere eine möglichst genaue Impedanzbestimmung, angefordert wird. Dieses kann durch zuvor bereits beschriebene Auslöseereignisse erfolgen. In Schritt S12 wird dann ein Impedanzdiagnosemodus eingeplant beziehungsweise angefordert. Beispielsweise kann ein solcher Impedanzdiagnosemodus für den nächsten Ladevorgang L eingeplant werden. In Schritt S14 wird das Fahrzeug abgestellt und extern an einer Ladesäule 16 geladen. Während des Ladevorgangs L wird entsprechend in Schritt S16 nun der Impedanzdiagnosemodus, welcher die Diagnosephase D initialisiert, gestartet. In Schritt S18 erhält der Benutzer des Fahrzeugs 10 optional eine Information über den Start des Diagnosemodus beziehungsweise eine Abbruchmöglichkeit. In Schritt S20 werden nun Ruhephasen 20a, 20b und ein CC-Strompuls 22 und weitere Steuerungen (Temperatur, Ladezustand) in den Ladevorgang L integriert. Voraussetzung hierfür kann noch sein, dass Anforderungen an eine genaue Messung erfüllt sind, zum Beispiel dass die Temperatur der Batterie innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs liegt. In diesem Schritt S20 erfolgt auch die Impedanzbestimmung. In Schritt S22 wird der Impedanzdiagnosemodus beendet. Anschließend wird in Schritt S24 eine Parametrisierung im Batteriemanagementsystem vorgenommen. 6 shows a schematic representation of a flowchart to illustrate driving to determine a battery impedance Z according to an embodiment of the invention. The method starts in step S10, in which an impedance determination, in particular an impedance determination that is as accurate as possible, is requested. This can be done by triggering events already described above. In step S12, an impedance diagnosis mode is then scheduled or requested. For example, such an impedance diagnosis mode for the next charging process L can be scheduled. In step S14 the vehicle is parked and charged externally at a charging station 16 . During the charging process L, the impedance diagnosis mode, which initializes the diagnosis phase D, is started accordingly in step S16. In step S18, the user of the vehicle 10 optionally receives information about the start of the diagnostic mode or an option to cancel. In step S20, rest phases 20a, 20b and a CC current pulse 22 and other controls (temperature, state of charge) are now integrated into the charging process L. A prerequisite for this can still be that requirements for an accurate measurement are met, for example that the temperature of the battery is within a certain temperature range. The impedance is also determined in this step S20. In step S22, the impedance diagnosis mode is ended. Then, in step S24, parameters are set in the battery management system.

Die genau bestimmte Impedanz Z kann sowohl für die Parametrisierung im Batteriemanagementsystem als auch für die Erkennung von Batteriedefekten verwendet werden. Werden viele Messungen beispielsweise an verschiedenen Temperatur in Ladezuständen und so weiter benötigt, kann die Messreihe auch über mehrere Ladevorgänge L verteilt werden, um den Nutzerkomfort nicht zu beeinträchtigen.The precisely determined impedance Z can be used both for parameterization in the battery management system and for detecting battery defects. If many measurements are required, for example at different temperatures in charge states and so on, the series of measurements can also be distributed over several charging processes L in order not to impair user comfort.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Batterieimpedanz während der regulären Nutzung des Fahrzeugs bereitgestellt werden kann, die eine Bestimmung der Batterieimpedanz und insbesondere auch der Zellimpedanzen und der definierten Stromstärken mit gesteuerten Ruhephasen ermöglicht. Eine solche Bestimmung, insbesondere mit einem definierten CC-Strompuls, ist genauer als die Bestimmung im normalen Betrieb und verbessert damit die Parametrisierung, auch Bedatung genannt, der angelernten Parameter der HV-Batterie zur Impedanz.Overall, the examples show how the invention can provide a method for determining the battery impedance during regular use of the vehicle, which enables the battery impedance and in particular also the cell impedances and the defined current intensities to be determined with controlled rest phases. Such a determination, in particular with a defined CC current pulse, is more accurate than the determination in normal operation and thus improves the parameterization, also known as calibration. the learned parameters of the HV battery for impedance.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102015202514 A1 [0003]DE 102015202514 A1 [0003]
  • EP 2856191 B1 [0004]EP 2856191 B1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Ermitteln einer Batterieimpedanz (Z) einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei ein definierter erster Batteriestrom (I) erzeugt wird und die Batterieimpedanz (Z) in Abhängigkeit von dem definierten ersten Batteriestrom (I) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem bestimmten Betriebszustand (L) der Batterie (12), der von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) verschieden ist, und in welchem zumindest zeitweise ein einen zweiten Batteriestrom (I) bedingender Stromfluss zwischen der Batterie (12) und zumindest einer elektrischen Komponente (16) vorhanden ist, dem zweiten Batteriestrom (I) in einer bestimmten Diagnosephase (D), die sich zeitlich zumindest zum Teil mit dem bestimmten Betriebszustand (L) überschneidet, ein bestimmtes Stromprofil (18) aufgeprägt wird, wodurch der definierte erste Batteriestrom (I) zur Ermittlung der Batterieimpedanz (Z) erzeugt wird.Method for determining a battery impedance (Z) of a battery (12) of a motor vehicle (10), wherein a defined first battery current (I) is generated and the battery impedance (Z) is determined as a function of the defined first battery current (I), characterized that in a specific operating state (L) of the battery (12), which differs from driving operation of the motor vehicle (10), and in which at least temporarily a second battery current (I) conditional current flow between the battery (12) and at least one electrical component (16) is present, a specific current profile (18) is applied to the second battery current (I) in a specific diagnostic phase (D), which at least partially overlaps with the specific operating state (L), whereby the defined first Battery current (I) is generated to determine the battery impedance (Z). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss im bestimmten Betriebszustand (L) zwischen der Batterie (12) und einer kraftfahrzeugexternen Komponente (16) als der zumindest einen elektrische Komponente (16) vorhanden ist, die eine Energiequelle (16) und/oder eine Energiesenke bereitstellt.procedure after claim 1 , characterized in that the current flow in the specific operating state (L) between the battery (12) and a motor vehicle-external component (16) as the at least one electrical component (16) is present, which provides an energy source (16) and/or an energy sink . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Betriebszustand (L) einen Zustand darstellt, in welchem ein Ladevorgang (L) durchgeführt wird, bei welchem die Batterie (12) durch eine kraftfahrzeugexterne elektrische Energiequelle (16) als die elektrische Komponente (16) geladen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the specific operating state (L) represents a state in which a charging process (L) is being carried out, in which the battery (12) is powered by an electrical energy source (16) external to the vehicle as the electrical component (16) is loaded. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosephase (D) zu Beginn des Ladevorgangs (L) und/oder am Ende eines Ladevorgangs (L) und/oder zwischen einem Anfang und einem Ende des Ladevorgangs (L) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnosis phase (D) is carried out at the start of the charging process (L) and/or at the end of a charging process (L) and/or between a start and an end of the charging process (L). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosephase (D) zumindest eine Ruhephase (20a, 20b) umfasst, in welcher gemäß dem aufgeprägten Stromprofil (18) kein Strom zwischen der Batterie (12) und der zumindest einen elektrischen Komponente (16) fließt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnosis phase (D) comprises at least one rest phase (20a, 20b) in which, according to the impressed current profile (18), no current flows between the battery (12) and the at least one electrical component ( 16) flows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosephase (D) zwei Ruhephasen (20a, 20b) umfasst, in welchen gemäß dem aufgeprägten Stromprofil (18) kein Strom zwischen der Batterie (12) und der zumindest einen elektrischen Komponente (16) fließt, und eine Stromphase (22) umfasst, in welcher gemäß dem aufgeprägten Stromprofil (18) ein von Null verschiedener Strom (I) zwischen der Batterie (12) und der zumindest einen elektrischen Komponente (16) fließt, wobei die Stromphase (22) sich zeitlich unmittelbar an eine erste der zwei Ruhephasen (20a, 20b) anschließt und eine zweite der zwei Ruhephasen (20a, 20b) sich zeitlich unmittelbar an die Stromphase (22) anschließt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diagnosis phase (D) comprises two idle phases (20a, 20b) in which, according to the imposed current profile (18), no current flows between the battery (12) and the at least one electrical component (16 ) flows, and comprises a current phase (22) in which, according to the impressed current profile (18), a non-zero current (I) flows between the battery (12) and the at least one electrical component (16), the current phase (22 ) immediately follows a first of the two idle phases (20a, 20b) and a second of the two idle phases (20a, 20b) immediately follows the current phase (22). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Diagnosephase (D) ein konstanter Batteriestrom (I) gemäß dem aufgeprägten Stromprofil (18) als erster Batteriestrom (I) bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the diagnosis phase (D) a constant battery current (I) according to the impressed current profile (18) is provided as the first battery current (I). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zustandsparameter der Batterie (12), der insbesondere eine aktuelle Batterietemperatur und/oder einen aktuellen Ladezustand darstellt, erfasst wird, wobei - der Zustandsparameter aktuell für die Diagnosephase (D) erfasst wird und die ermittelte Batterieimpedanz (Z) dem mindestens eine Zustandsparameter zugeordnet ermittelt und gespeichert wird; und/oder - die Diagnosephase (D) ausgelöst wird unter der Bedingung, dass der mindestens eine Zustandsparameter ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one status parameter of the battery (12), which represents in particular a current battery temperature and/or a current charge status, is recorded, with - the current status parameter being recorded for the diagnosis phase (D) and the determined battery impedance (Z) associated with the at least one state parameter is determined and stored; and/or - the diagnosis phase (D) is triggered under the condition that the at least one status parameter meets a predetermined criterion. Messeinrichtung (14) zum Ermitteln einer Batterieimpedanz (Z) einer Batterie (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Messeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die Batterieimpedanz (Z) in Abhängigkeit von einem erzeugten, definierten ersten Batteriestrom (I) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, in einem bestimmten Betriebszustand (L) der Batterie (12), der von einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) verschieden ist, und in welchem zumindest zeitweise ein einen zweiten Batteriestrom (I) bedingender Stromfluss zwischen der Batterie (12) und zumindest einer elektrischen Komponente (16) vorhanden ist, dem zweiten Batteriestrom (I) in einer bestimmten Diagnosephase (D), die sich zeitlich zumindest zum Teil mit dem bestimmten Betriebszustand (L) überschneidet, ein bestimmtes Stromprofil (18) aufzuprägen, wodurch der definierte erste Batteriestrom (I) zur Ermittlung der Batterieimpedanz (Z) bereitgestellt ist.Measuring device (14) for determining a battery impedance (Z) of a battery (12) of a motor vehicle (10), the measuring device (14) being designed to increase the battery impedance (Z) as a function of a defined first battery current (I) that is generated determine, characterized in that the measuring device (14) is designed to, in a specific operating state (L) of the battery (12), which is different from a driving operation of the motor vehicle (10), and in which at least temporarily a second battery current ( I) there is a conditional current flow between the battery (12) and at least one electrical component (16), the second battery current (I) in a specific diagnostic phase (D), which at least partially overlaps with the specific operating state (L), to impose a specific current profile (18), whereby the defined first battery current (I) for determining the battery impedance (Z) is provided. Kraftfahrzeug (10) mit einer Messeinrichtung (14) nach Anspruch 9.Motor vehicle (10) with a measuring device (14). claim 9 .
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