DE102022100642A1 - Method for examining an electrical energy store in a motor vehicle, monitoring system and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Untersuchung eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug (10) mittels eines Überwachungssystems (18) des elektrischen Energiespeichers (12) angegeben, bei welchem ein Zustand des elektrischen Energiespeichers (12) auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers (12) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (20) des Überwachungssystems (18) bestimmt wird, wobei bei der Impedanzanalyse als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente (22) verwendet wird, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers (12) in dem Kraftfahrzeug (10) angeordnet ist. Weiterhin werden ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Überwachungssystem (18) sowie ein Kraftfahrzeug (10) mit dem Überwachungssystem (18) angegeben.A method for examining an electrical energy store in a motor vehicle (10) using a monitoring system (18) of the electrical energy store (12) is specified, in which a state of the electrical energy store (12) is determined on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store (12) using an electronic computing device (20) of the monitoring system (18), a current ripple of an electrical component (22) which is arranged outside the electrical energy store (12) in the motor vehicle (10) being used as the excitation signal in the impedance analysis. A monitoring system (18) suitable for carrying out the method and a motor vehicle (10) with the monitoring system (18) are also specified.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug, ein Überwachungssystem zur Untersuchung des elektrischen Energiespeichers sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Überwachungssystem.The invention relates to a method for examining an electrical energy store in a motor vehicle, a monitoring system for examining the electrical energy store and a motor vehicle with the monitoring system.

Aus dem Stand der Technik sind elektrische Energiespeicher bekannt, welche beispielsweise aus einem oder mehreren Batteriemodulen bestehen können. Ein jeweiliges Batteriemodul kann dann zumindest eine Batteriezelle, insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisen, welche beispielsweise in Serie oder parallel miteinander verschaltet sind. Der elektrische Energiespeicher kann insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen aufweisen.Electrical energy stores are known from the prior art, which can consist of one or more battery modules, for example. A respective battery module can then have at least one battery cell, in particular a multiplicity of battery cells, which are connected to one another in series or in parallel, for example. The electrical energy store can in particular have so-called lithium-ion battery cells.

Die Impedanzspektroskopie ist eine an sich bekannte Methode zur Charakterisierung von elektrischen Energiespeichern, die zumindest ein Batteriemodul aufweisen. Insbesondere bei elektrischen Energiespeichern in Kraftfahrzeugen ist es von großer Bedeutung, den Zustand des Energiespeichers während des Betriebs zu überwachen, um Fehlfunktionen zu erkennen und/oder zu vermeiden.Impedance spectroscopy is a method known per se for characterizing electrical energy stores that have at least one battery module. In the case of electrical energy stores in motor vehicles in particular, it is of great importance to monitor the state of the energy store during operation in order to identify and/or avoid malfunctions.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Untersuchung eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug sowie ein Überwachungssystem anzugeben, mittels welchen mit geringem Aufwand und kostengünstig ein Zustand des elektrischen Energiespeichers bestimmt werden kann.It is an object of the invention to specify a method for examining an electrical energy storage device in a motor vehicle and a monitoring system by means of which a state of the electrical energy storage device can be determined with little effort and cost-effectively.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie ein Überwachungssystem gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method and a monitoring system according to the independent patent claims. Advantageous embodiments and developments of the invention result from the dependent claims.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug mittels eines Überwachungssystems des elektrischen Energiespeichers. Der elektrische Energiespeicher weist beispielsweise zumindest ein Batteriemodul mit mindestens einer Batteriezelle oder vorzugsweise mehreren Batteriezellen auf. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs handeln. Der elektrische Energiespeicher kann insbesondere eine sogenannte Hochvoltbatterie sein, die zum Beispiel eine Hochvoltspannung von etwa 400 V oder etwa 800 V aufweist. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder ein Plug-in Hybrid-elektrisches Fahrzeug (PHEV).One aspect of the invention relates to a method for examining an electrical energy store in a motor vehicle using a monitoring system for the electrical energy store. The electrical energy store has, for example, at least one battery module with at least one battery cell or preferably a plurality of battery cells. The electrical energy store can in particular be a traction battery of the motor vehicle. The electrical energy store can in particular be what is known as a high-voltage battery, which has a high-voltage voltage of approximately 400 V or approximately 800 V, for example. The motor vehicle is in particular a motor vehicle that can be driven at least partially electrically, for example a battery electric vehicle (BEV) or a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV).

Bei dem Verfahren wird ein Zustand des elektrischen Energiespeichers auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des Überwachungssystems bestimmt. Bei der Impedanzanalyse wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente verwendet, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Ein Stromripple ist eine insbesondere kurzzeitige Stromschwankung der elektrischen Komponente. Es ist insbesondere vorgesehen, dass in das Überwachungssystem des Energiespeichers kein Signalgenerator für ein Anregungssignal der Impedanzanalyse integriert ist.In the method, a state of the electrical energy store is determined on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store using an electronic computing device of the monitoring system. In the impedance analysis, a current ripple of an electrical component that is arranged outside of the electrical energy store in the motor vehicle is used as the excitation signal in the proposed method. A current ripple is a particularly short-term current fluctuation of the electrical component. In particular, it is provided that no signal generator for an excitation signal of the impedance analysis is integrated into the monitoring system of the energy store.

Die Erfindung beruht insbesondere auf den folgenden Überlegungen: Bei der Durchführung einer Impedanzspektroskopie wird die Spannungsantwort eines elektrischen Systems wie insbesondere einem elektrischen Energiespeicher auf ein anregendes Stromsignal bestimmt. Aus den gemessenen Eigenschaften des Spannungs-Ausgangssignals wie beispielsweise der Antwortzeit, der Phasenverschiebung oder der Dämpfung können elektrische Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers, insbesondere der Alterungszustand (State of Health, SOH) bestimmt werden. Herkömmlicherweise werden für solche Messungen ein Signalgenerator zur Erzeugung des anregenden Stromsignals und ein Spannungssensor zur Messung der Antwort des elektrischen Energiespeichers auf das Anregungssignal eingesetzt. Bei dem hierin vorgeschlagenen Verfahren kann auf den Signalgenerator vorteilhaft verzichtet werden. Vielmehr wird als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente genutzt, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist. In der Regel sind ein oder mehrere geeignete elektrische Komponenten in einem Kraftfahrzeug mit elektrischem Energiespeicher, insbesondere Hochvoltspeicher, bereits vorhandenen. Somit entsteht für das Erzeugen des Anregungssignals kein Mehraufwand. Das Verfahren ermöglicht daher eine besonders einfache und kostengünstige Durchführung einer Impedanzspektroskopie an einem elektrischen Energiespeicher in einem Kraftfahrzeug.The invention is based in particular on the following considerations: When carrying out an impedance spectroscopy, the voltage response of an electrical system, such as in particular an electrical energy store, to an exciting current signal is determined. Electrical properties of the electrical energy store, in particular the state of health (SOH), can be determined from the measured properties of the voltage output signal, such as the response time, the phase shift or the damping. A signal generator for generating the exciting current signal and a voltage sensor for measuring the response of the electrical energy store to the excitation signal are conventionally used for such measurements. With the method proposed here, the signal generator can advantageously be dispensed with. Rather, a current ripple of an electrical component that is arranged outside of the electrical energy store is used as the excitation signal. As a rule, one or more suitable electrical components are already present in a motor vehicle with an electrical energy storage device, in particular a high-voltage storage device. Thus, there is no additional effort for generating the excitation signal. The method therefore enables an impedance spectroscopy to be carried out on an electrical energy store in a motor vehicle in a particularly simple and cost-effective manner.

Bei einer Ausgestaltung ist in das Überwachungssystem des Energiespeichers kein Signalgenerator für ein Anregungssignal der Impedanzanalyse integriert. Dadurch, dass bei der Impedanzanalyse ein Stromripple einer elektrischen Komponente verwendet wird, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, kann der Signalgeber für das Anregungssignal vorteilhaft entfallen.In one embodiment, no signal generator for an excitation signal of the impedance analysis is integrated into the monitoring system of the energy store. Due to the fact that a current ripple of an electrical component, which is arranged outside of the electrical energy store in the motor vehicle, is used in the impedance analysis, the signal transmitter for the excitation signal can advantageously be omitted.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst die mindestens eine elektrische Komponente ein Heizsystem, ein Kühlsystem, einen Wechselrichter (beispielsweise einen Traktions-Inverter) und/oder ein Spannungskonverter (beispielsweise ein 12V-DC-DC-Konverter). Derartige elektrische Komponenten zur Heizung und/oder Kühlung des elektrischen Energiespeichers, zur Konvertierung einer Spannung des elektrischen Energiespeichers und/oder zur Wandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung sind insbesondere in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen vorhanden, so dass für die Erzeugung des Anregungssignals für die Impedanzspektroskopie vorteilhaft kein Mehraufwand an Komponenten entsteht. Somit kann die Impedanzspektroskopie vereinfacht und kostengünstig durchgeführt werden.According to one configuration of the method, the at least one electrical component includes a heating system, a cooling system, an inverter (for example a traction inverter) and/or a voltage converter (for example a 12V DC-DC converter). Electrical components of this type for heating and/or cooling the electrical energy store, for converting a voltage from the electrical energy store and/or for converting a DC voltage into an AC voltage are present in particular in electrically driven motor vehicles, so that there is advantageously no Additional expenditure on components arises. Impedance spectroscopy can thus be carried out in a simplified and cost-effective manner.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist die elektronische Recheneinheit des Überwachungssystems des elektrischen Energiespeichers dazu eingerichtet, verschiedene Frequenzbereiche von Spannungen und/oder Strömen voneinander zu isolieren. Die elektronische Recheneinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, eine schnelle FourierTransformation (FFT- Fast Fourier Transformation) durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, dass die elektronische Recheneinrichtung bei der Durchführung der Impedanzspektroskopie Spannungen und/oder Ströme frequenzabhängig analysiert.According to one configuration of the method, the electronic processing unit of the monitoring system of the electrical energy store is set up to isolate different frequency ranges of voltages and/or currents from one another. The electronic processing unit can in particular be set up to carry out a fast Fourier transformation (FFT Fast Fourier Transformation). In this way it is possible for the electronic computing device to analyze voltages and/or currents as a function of frequency when carrying out the impedance spectroscopy.

Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das Überwachungssystem des Energiespeichers dazu eingerichtet, eine Fehlfunktion der mindestens einen elektrischen Komponente zu detektieren. Bei dieser Ausgestaltung kann das Überwachungssystem des Energiespeichers vorteilhaft nicht nur den Zustand des Energiespeichers analysieren, sondern auch den Zustand der mindestens einen mit dem elektrischen Energiespeicher verbundenen Komponente. Diese Zusatzfunktion des Überwachungssystems kann beispielsweise mittels der zuvor erwähnten frequenzabhängigen Analyse von Spannungen und/oder Strömen in der elektronischen Recheneinheit des Überwachungssystems realisiert werden. Hierbei kann die elektronische Recheneinheit beispielsweise eine oder mehrere mit dem elektrischen Energiespeicher verbundene elektrische Komponenten anhand eines für sie typischen Frequenzbereichs der analysierten Spannungen und/oder Ströme erkennen. Zum Beispiel kann die Erkennung einer unerwarteten Variation der Impedanz oder des Frequenzspektrums einer an den elektrischen Energiespeicher angeschlossenen elektrischen Komponente wie beispielsweise einem Traktions-Inverter auf einen Defekt in dieser elektrischen Komponente hindeuten oder die Bestimmung eines Alterungszustands dieser Komponente ermöglichen.According to one configuration of the method, the monitoring system of the energy store is set up to detect a malfunction of the at least one electrical component. In this configuration, the monitoring system of the energy store can advantageously not only analyze the state of the energy store, but also the state of the at least one component connected to the electrical energy store. This additional function of the monitoring system can be implemented, for example, by means of the aforementioned frequency-dependent analysis of voltages and/or currents in the electronic processing unit of the monitoring system. In this case, the electronic processing unit can, for example, identify one or more electrical components connected to the electrical energy store using a frequency range of the analyzed voltages and/or currents that is typical for them. For example, the detection of an unexpected variation in the impedance or the frequency spectrum of an electrical component connected to the electrical energy store, such as a traction inverter, can indicate a defect in this electrical component or enable the determination of an aging state of this component.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird mittels der Impedanzspektroskopie ein Alterungszustand (State of Health, SOH) des elektrischen Energiespeichers bestimmt. Beispielsweise können sich aufgrund des Alterungszustands die chemischen Eigenschaften der Batteriezellen des elektrischen Energiespeichers ändern, wobei diese Änderungen durch die Impedanzanalyse gemessen werden können.According to one embodiment of the method, a state of health (SOH) of the electrical energy store is determined by means of impedance spectroscopy. For example, the chemical properties of the battery cells of the electrical energy store can change due to the aging state, and these changes can be measured by the impedance analysis.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Überwachungssystem eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug. Das Überwachungssystem ist insbesondere dazu ausgebildet, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale können daher mit den Merkmalen des Überwachungssystems kombiniert werden und umgekehrt.A second aspect of the invention relates to a monitoring system for an electrical energy store in a motor vehicle. The monitoring system is designed in particular to carry out the method described above. The features described in connection with the method can therefore be combined with the features of the monitoring system and vice versa.

Das Überwachungssystem weist eine elektronische Recheneinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, einen Zustand des elektrischen Energiespeichers auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers zu bestimmen, wobei bei der Impedanzanalyse als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente verwendet wird, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Das Überwachungssystem umfasst vorteilhaft keinen Signalgenerator für die Impedanzanalyse. Somit zeichnet sich das Überwachungssystem insbesondere dadurch aus, dass es auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, eine Impedanzanalyse eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen.The monitoring system has an electronic computing device that is set up to determine a state of the electrical energy store on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store, with a current ripple of an electrical component being used as an excitation signal in the impedance analysis, which is outside of the electrical energy store in the motor vehicle is arranged. Advantageously, the monitoring system does not include a signal generator for the impedance analysis. The monitoring system is thus distinguished in particular by the fact that it enables an impedance analysis of an electrical energy store in a motor vehicle to be carried out in a comparatively simple and cost-effective manner.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit dem Überwachungssystem. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug, bei dem der elektrische Energiespeicher als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem BEV oder PHEV, fungiert.A further aspect of the invention relates to a motor vehicle with the monitoring system. The motor vehicle is in particular an electric vehicle in which the electrical energy store acts as a traction battery of the motor vehicle, for example a BEV or PHEV.

Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigen schematisch

  • 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeichers mit einem Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems.
  • 2 eine schematische Darstellung eines Eingangs-Stromsignals und eines Ausgangs-Spannungssignals bei der Impedanzspektroskopie und
  • 3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit mehreren daran angeschlossenen elektrischen Komponenten.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and developments of the invention. Specifically show schematic
  • 1 a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle with an electrical energy store with an embodiment of the monitoring system.
  • 2 a schematic representation of an input current signal and an output voltage signal in impedance spectroscopy and
  • 3 a schematic representation of an electrical energy store with several electrical components connected to it.

Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.Components that are the same or have the same effect are each provided with the same reference symbols in the figures. The components shown and the proportions of the components among one another are not to be regarded as true to scale.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 weist zumindest einen elektrischen Energiespeicher 12 auf. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben beziehungsweise vollelektrisch betrieben. Der elektrische Energiespeicher 12 kann hierzu als Traktionsbatterie ausgebildet sein und beispielsweise eine elektrische Antriebseinrichtung des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 10 antreiben. Ferner kann der elektrische Energiespeicher 12 auch für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet sein. 1 1 shows a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle 10. Motor vehicle 10 has at least one electrical energy store 12. FIG. Motor vehicle 10 is in particular at least partially electrically operated or fully electrically operated. For this purpose, the electrical energy store 12 can be in the form of a traction battery and, for example, can drive an electrical drive device of the at least partially electrically operated motor vehicle 10 . Furthermore, the electrical energy store 12 can also be designed for an on-board network of the motor vehicle 10 .

Der elektrische Energiespeicher 12 weist ein oder mehrere Batteriemodule, beispielsweise ein erstes Batteriemodul 14 und ein zweites Batteriemodul 16, auf. Ferner weist der elektrische Energiespeicher 12 ein Überwachungssystem 18 auf, wobei das Überwachungssystem 18 zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 20 aufweist. Das Überwachungssystem 18 kann als Teil eines sogenannten Batteriemanagementsystems (BMS) ausgebildet sein. Das Überwachungssystem 18 mit der elektronischen Recheneinheit 20 ist dazu eingerichtet, einen Zustand des Energiespeichers 12 auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers 12 zu bestimmen.The electrical energy store 12 has one or more battery modules, for example a first battery module 14 and a second battery module 16 . Furthermore, the electrical energy store 12 has a monitoring system 18 , the monitoring system 18 having at least one electronic computing device 20 . The monitoring system 18 can be designed as part of a so-called battery management system (BMS). The monitoring system 18 with the electronic processing unit 20 is set up to determine a state of the energy store 12 on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store 12 .

Bei der Impedanzanalyse wird der elektrische Energiespeicher 12 mit einem Stromsignal Is beaufschlagt und eine Spannungsantwort Ua auf das Stromsignal mit der elektronischen Rechnereinheit 20 analysiert. Ein Stromsignal Is und eine daraus resultierende Spannungsantwort Ua sind beispielhaft in 2 dargestellt. Mittels der Impedanzanalyse kann insbesondere der Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers 12 bestimmt werden. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird als Stromsignal Is ein Stromrippel einer elektrischen Komponente 22 verwendet, die mit dem elektrischen Energiespeicher 12 verbunden ist. In dem Überwachungssystem 18 kann daher vorteilhaft auf einen Signalgenerator zur Erzeugung des Stromsignals Is verzichtet werden. Das Überwachungssystem 18 ist daher vergleichsweise einfach und kostengünstig.In the impedance analysis, a current signal I s is applied to the electrical energy store 12 and a voltage response U a to the current signal is analyzed with the electronic computer unit 20 . A current signal I s and a voltage response U a resulting from it are shown in FIG 2 shown. In particular, the aging state of the electrical energy store 12 can be determined by means of the impedance analysis. In the method described here, a current ripple of an electrical component 22 which is connected to the electrical energy store 12 is used as the current signal I s . A signal generator for generating the current signal I s can therefore advantageously be dispensed with in the monitoring system 18 . The monitoring system 18 is therefore comparatively simple and inexpensive.

Bei dem Stromrippel handelt es sich um eine kurzzeitige Stromschwankung einer elektrischen Komponente 22, die mit dem elektrischen Energiespeicher 12 verbunden ist. Solche Stromrippel können von einer oder mehreren an den elektrischen Energiespeicher 12 angeschlossenen elektrischen Komponenten 22 ausgehen. Beispielhaft zeigt 3 einen elektrischen Energiespeicher 12, an den mehrere elektrische Komponenten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e angeschlossen sind. In diesem Beispiel umfassen die elektrischen Komponenten eine Heizvorrichtung 22a für den elektrischen Energiespeicher 12, eine Kühlvorrichtung 22b für den elektrischen Energiespeicher 12, einen ersten Traktionskonverter 22c, einen zweiten Traktionskonverter 22d und einen DC-DC-Konverter 22e.The current ripple is a short-term current fluctuation of an electrical component 22 that is connected to the electrical energy store 12 . Such current ripples can emanate from one or more electrical components 22 connected to the electrical energy store 12 . example shows 3 an electrical energy store 12 to which several electrical components 22a, 22b, 22c, 22d, 22e are connected. In this example, the electrical components include a heater 22a for the electrical energy store 12, a cooler 22b for the electrical energy store 12, a first traction converter 22c, a second traction converter 22d, and a DC-DC converter 22e.

Jede dieser elektrischen Komponenten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e kann kurzzeitige Stromschwankungen aufweisen, die als Stromrippel bezeichnet werden. Die Stromrippel treten typischerweise in einem Frequenzbereich auf, die für die jeweilige Komponente typisch sind. In 3 sind beispielhaft neben den Symbolen für die elektrischen Komponenten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e Frequenzbereiche angegeben, in denen die Stromrippel typischerweise auftreten. Die Frequenzbereiche, in denen die Stromrippel auftreten, können durch Bauelemente in den Komponenten bedingt sein, die eine Schaltfrequenz aufweisen. Beispielsweise kann bei einer Heizvorrichtung 22a eine Pulsweitenmodulation (PWM) zur Regelung der Heizleistung vorgesehen sein. Die Frequenz der Pulsweitenmodulation von beispielsweise etwa 100 Hz bis 200 Hz zeigt sich in der Frequenz der Stromrippel, die die Heizvorrichtung 22a erzeugt. In entsprechender Weise können auch die weiteren elektrischen Komponenten 22b, 22c, 22d, 22e jeweils einen oder mehrere charakteristische Frequenzbereiche aufweisen, in denen die Stromrippel auftreten. In dem dargestellten Beispiel ist eine Kühlvorrichtung 22b mit dem elektrischen Energiespeicher 12 verbunden, die Schaltfrequenzen im Bereich von 40 kHz bis 80 kHz aufweist. Der elektrische Energiespeicher 12 ist weiterhin mit einem ersten Traktions-Inverter 22c und einem zweiten Traktions-Inverter 22d verbunden. Bei den Traktions-Invertern handelt es sich um Wechselrichter, die eine Gleichspannung des elektrischen Energiespeichers in eine Wechselspannung wandeln, beispielsweise jeweils zum Antrieb einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 durch Elektromotoren. Die Traktions-Inverter 22c, 22d erzeugen beispielsweise jeweils Stromrippel in einem ersten Frequenzbereich von 100 kHz bis 20 kHz und in einem zweiten Frequenzbereich von 100 Hz bis 2 kHz, wobei der erstgenannte Frequenzbereich aus Schaltfrequenzen in dem Traktions-Inverter 22c und der letztgenannte Frequenzbereich aus Schaltfrequenzen in einem jeweils an den Traktions-Inverter angeschlossenen Elektromotor resultiert. Als weitere elektrische Komponente 22 kann ein 12 V DC-DC Konverter 22e an den elektrischen Energiespeicher 12 angeschlossen sein, der beispielsweise eine Hochvoltspannung (insbesondere 400 V oder 800 V) des elektrischen Energiespeichers in eine 12 V-Gleichspannung zum Betrieb eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs 10 umwandelt. Der 12 V DC-DC-Konverter 22e erzeugt beispielsweise Stromrippel im Frequenzbereich 100 kHz bis 200 kHz.Each of these electrical components 22a, 22b, 22c, 22d, 22e can have short-term current fluctuations, which are referred to as current ripples. The current ripples typically occur in a frequency range that is typical for the respective component. In 3 In addition to the symbols for the electrical components 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, frequency ranges in which the current ripples typically occur are given as an example. The frequency ranges in which the current ripples occur can be caused by elements in the components that have a switching frequency. For example, pulse width modulation (PWM) can be provided in a heating device 22a to regulate the heating power. The frequency of the pulse width modulation of, for example, approximately 100 Hz to 200 Hz is reflected in the frequency of the current ripple that the heating device 22a generates. In a corresponding manner, the other electrical components 22b, 22c, 22d, 22e can each have one or more characteristic frequency ranges in which the current ripples occur. In the example shown, a cooling device 22b is connected to the electrical energy store 12 and has switching frequencies in the range from 40 kHz to 80 kHz. The electrical energy store 12 is also connected to a first traction inverter 22c and a second traction inverter 22d. The traction inverters are inverters that convert a DC voltage from the electrical energy store into an AC voltage, for example to drive a front axle and a rear axle of the motor vehicle 10 by electric motors. The traction inverters 22c, 22d each generate, for example, current ripples in a first frequency range of 100 kHz to 20 kHz and in a second frequency range of 100 Hz to 2 kHz, the first-mentioned frequency range consisting of switching frequencies in the traction inverter 22c and the latter frequency range consisting of Switching frequencies in an electric motor connected to the traction inverter resul animals. As a further electrical component 22, a 12 V DC-DC converter 22e can be connected to the electrical energy store 12, which converts, for example, a high-voltage voltage (in particular 400 V or 800 V) from the electrical energy store into a 12 V direct voltage for operating an on-board electrical system of the motor vehicle 10 converts. The 12 V DC-DC converter 22e generates current ripples in the frequency range from 100 kHz to 200 kHz, for example.

Die von den verschiedenen elektrischen Komponenten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e erzeugten Stromrippel in verschiedenen Frequenzbereichen ermöglichen vorteilhaft eine Untersuchung des elektrischen Energiespeichers 12 mittels Impedanzspektroskopie in den verschiedenen Frequenzbereichen. Dies ermöglicht eine umfassende Charakterisierung der Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers 12, insbesondere des Alterungszustands (SoH) und/oder des Ladezustands (SoC). Die elektronische Recheneinheit 20 des Überwachungssystems 18 ist bevorzugt dazu geeignet, die Stromrippel anhand der typischen Frequenzen den Komponenten zuzuordnen. Hierzu kann die elektronische Recheneinrichtung 20 dazu eingerichtet sein, eine Frequenzanalyse durchzuführen, beispielsweise basierend auf einer FFT (Fast Fourier Transformation).The current ripples generated by the various electrical components 22a, 22b, 22c, 22d, 22e in various frequency ranges advantageously enable an examination of the electrical energy store 12 by means of impedance spectroscopy in the various frequency ranges. This enables a comprehensive characterization of the properties of the electrical energy store 12, in particular the state of health (SoH) and/or the state of charge (SoC). The electronic processing unit 20 of the monitoring system 18 is preferably suitable for assigning the current ripples to the components on the basis of the typical frequencies. For this purpose, the electronic computing device 20 can be set up to carry out a frequency analysis, for example based on an FFT (Fast Fourier Transformation).

Die Ausnutzung der Stromrippel der elektrischen Komponenten 22a, 22b, 22c, 22d, 22e als Anregungssignal für die Impedanzspektroskopie kann es dem Überwachungssystem 18 vorteilhaft ermöglichen, eine Fehlfunktion einer der elektrischen Komponenten zu detektieren. Das Überwachungssystem 18 kann beispielsweise eine plötzliche Frequenzänderung oder ein Ausbleiben der Stromrippel feststellen und daraus auf eine Fehlfunktion der elektrischen Komponente 22 schließen. Bei dieser Ausgestaltung hat das Überwachungssystem 18 vorteilhaft zusätzlich zur Funktion der Untersuchung des elektrischen Energiespeichers 12 die Funktion einer Fehlererkennung der an den elektrischen Energiespeicher 12 angeschlossenen elektrischen Komponenten 22.The utilization of the current ripple of the electrical components 22a, 22b, 22c, 22d, 22e as an excitation signal for the impedance spectroscopy can advantageously enable the monitoring system 18 to detect a malfunction of one of the electrical components. The monitoring system 18 can, for example, detect a sudden change in frequency or the absence of the current ripple and conclude from this that the electrical component 22 is malfunctioning. In this configuration, the monitoring system 18 advantageously has the function of detecting faults in the electrical components 22 connected to the electrical energy store 12 in addition to the function of examining the electrical energy store 12.

Obwohl die Erfindung im Detail anhand von Ausführungsbeispielen illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können andere Variationen der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail using exemplary embodiments, the invention is not restricted by the exemplary embodiments. On the contrary, other variations of the invention can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the protective scope of the invention as defined by the claims.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Kraftfahrzeugmotor vehicle
1212
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1414
Batteriemodulbattery module
1616
Batteriemodulbattery module
1818
Überwachungssystemsurveillance system
2020
elektronische Recheneinheitelectronic computing unit
2222
elektrische Komponenteelectrical component
22a22a
Heizsystemheating system
22b22b
Kühlsystemcooling system
22c22c
Wechselrichterinverter
22d22d
Wechselrichterinverter
22e22e
Spannungskonvertervoltage converter

Claims (10)

Verfahren zur Untersuchung eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug (10) mittels eines Überwachungssystems (18) des elektrischen Energiespeichers (12), bei welchem ein Zustand des elektrischen Energiespeichers (12) auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers (12) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (20) des Überwachungssystems (18) bestimmt wird, wobei bei der Impedanzanalyse als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente (22) verwendet wird, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers (12) in dem Kraftfahrzeug (10) angeordnet ist.Method for examining an electrical energy store in a motor vehicle (10) using a monitoring system (18) for the electrical energy store (12), in which a state of the electrical energy store (12) is determined on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store (12) using an electronic computing device ( 20) of the monitoring system (18), a current ripple of an electrical component (22) which is arranged outside of the electrical energy store (12) in the motor vehicle (10) being used as the excitation signal in the impedance analysis. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in das Überwachungssystem (18) des Energiespeichers (12) kein Signalgenerator für ein Anregungssignal der Impedanzanalyse integriert ist.procedure after claim 1 , wherein no signal generator for an excitation signal of the impedance analysis is integrated into the monitoring system (18) of the energy store (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine elektrische Komponente (22) ein Heizsystem (22a), ein Kühlsystem (22b), einen Wechselrichter (22c, 22d) und/oder einen Spannungskonverter (22e) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one electrical component (22) comprises a heating system (22a), a cooling system (22b), an inverter (22c, 22d) and/or a voltage converter (22e). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Recheneinheit (20) dazu eingerichtet ist, verschiedene Frequenzbereiche von Spannungen und/oder Strömen zu analysieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the electronic processing unit (20) is set up to analyze different frequency ranges of voltages and/or currents. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überwachungssystem (18) des Energiespeichers (12) dazu eingerichtet ist, eine Fehlfunktion der mindestens einen elektrischen Komponente (22) zu detektieren.Method according to one of the preceding claims, wherein the monitoring system (18) of the energy store (12) is set up to detect a malfunction of the at least one electrical component (22). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels der Impedanzspektroskopie ein Alterungszustand des elektrischen Energiespeichers (12) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, in which an aging state of the electrical energy store (12) is determined by means of impedance spectroscopy. Überwachungssystem (18) eines elektrischen Energiespeichers (12) in einem Kraftfahrzeug (10), wobei das Überwachungssystem (18) eine elektronische Recheneinrichtung (20) aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen Zustand des elektrischen Energiespeichers (12) auf Basis einer Impedanzanalyse des elektrischen Energiespeichers (12) zu bestimmen, wobei das Überwachungssystem (18) dazu eingerichtet ist, bei der Impedanzanalyse als Anregungssignal ein Stromripple einer elektrischen Komponente (22) zu verwenden, die außerhalb des elektrischen Energiespeichers (12) in dem Kraftfahrzeug (10) angeordnet ist.Monitoring system (18) of an electrical energy store (12) in a motor vehicle (10), the monitoring system (18) having an electronic computing device (20) which is set up to determine a state of the electrical energy store (12) on the basis of an impedance analysis of the electrical energy store (12), the monitoring system (18) being set up to use a current ripple of an electrical component (22) which is arranged outside the electrical energy store (12) in the motor vehicle (10) as the excitation signal in the impedance analysis. Überwachungssystem nach Anspruch 7, wobei in das Überwachungssystem (18) kein Signalgenerator für ein Anregungssignal der Impedanzanalyse integriert ist.surveillance system claim 7 , wherein no signal generator for an excitation signal of the impedance analysis is integrated into the monitoring system (18). Überwachungssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die mindestens eine elektrische Komponente (22) ein Heizsystem (22a), ein Kühlsystem (22b), einen Wechselrichter (22c, 22d) und/oder einen Spannungskonverter (22e) umfasst.surveillance system claim 7 or 8th , wherein the at least one electrical component (22) comprises a heating system (22a), a cooling system (22b), an inverter (22c, 22d) and/or a voltage converter (22e). Kraftfahrzeug (10), umfassend einen elektrischen Energiespeicher (12) und ein Überwachungssystem (18) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.Motor vehicle (10), comprising an electrical energy store (12) and a monitoring system (18) according to one of Claims 7 until 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10348031A1 (en) 2002-10-15 2004-04-29 Midtronics, Inc., Willowbrook Battery monitor for monitoring battery, has processor electrically coupled with two Kelvin connectors calculating reserve state and cracking state of health, and determining state of life as function of states

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