DE102022122230A1 - Diagnostic device for high-voltage storage in electrified motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung stellt eine Diagnose-Vorrichtung für Hochvoltspeicher in elektrifizierten Kraftfahrzeugen bereit, wobei der Hochvoltspeicher mindestens ein Batteriezellenmodul mit einer Vielzahl von Batterie-Zellen umfasst, mit einer elektronischen Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass ein Modul-Schwellungsmaß in Form einer der Gesamt-Schwellungs-Kraft proportionalen Größe (im Folgenden auch kurz „Schwellungs-Kraft“ genannt) geschätzt wird. Dabei wird erfindungsgemäß die (Gesamt-) Schwellungs-Kraft durch Addition eines ersten Herstellungsparameter-basierten statischen Schwellungs-Kraft-Anteils, der zu Beginn der Lebensdauer des Hochvoltspeichers bestimmt wird, und eines zweiten Betriebsparameter-basierten dynamischen Schwellungs-Kraft-Anteils, der kontinuierlich über der Lebensdauer des Hochvoltspeichers bestimmt wird, ermittelt.Vorzugsweise wird die jeweils aktuell ermittelte Gesamt-Schwellungs-Kraft kontinuierlich mit einem ersten noch zulässigen Schwellwert und bei dessen Überschreiten mit einem zweiten nicht mehr zulässigen Schwellwert verglichen.Von der elektronischen Steuereinheit ist bei Überschreiten des ersten Schwellwertes mindestens eine erste definierte Maßnahme und bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes mindestens eine zweite definierte Maßnahme aktivierbar, wobei sich vorzugsweise die zweite definierte Maßnahme von der ersten definierten Maßnahme durch eine zunehmende Betriebseinschränkung unterscheidet.The invention provides a diagnostic device for high-voltage storage in electrified motor vehicles, wherein the high-voltage storage comprises at least one battery cell module with a plurality of battery cells, with an electronic control unit which is designed such that a module swelling measure in the form of one of the overall Size proportional to the swelling force (hereinafter also referred to as “swelling force” for short) is estimated. According to the invention, the (total) swelling force is determined by adding a first manufacturing parameter-based static swelling force portion, which is determined at the beginning of the service life of the high-voltage battery, and a second operating parameter-based dynamic swelling force portion, which is continuously is determined over the service life of the high-voltage storage device. Preferably, the currently determined total swelling force is continuously compared with a first still permissible threshold value and, when it is exceeded, with a second no longer permissible threshold value Threshold value at least one first defined measure and when the second threshold value is exceeded at least one second defined measure can be activated, the second defined measure preferably differing from the first defined measure by an increasing operating restriction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diagnose-Vorrichtung für Hochvoltspeicher in elektrifizierten Kraftfahrzeugen, wobei der Hochvoltspeicher mindestens ein Batteriezellenmodul umfasst. Ein Batteriezellenmodul ist insbesondere ein meist in einer Rahmenvorrichtung eingespanntes Batteriezellenpaket, das eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Batteriezellen aufweist. Das die Batteriezellen haltende Gefüge, wie insbesondere Modul-Rahmenelemente, wird im Folgenden auch Modulperipherie genannt.The present invention relates to a diagnostic device for high-voltage storage in electrified motor vehicles, wherein the high-voltage storage comprises at least one battery cell module. A battery cell module is in particular a battery cell pack that is usually clamped in a frame device and has a large number of battery cells arranged next to one another. The structure holding the battery cells, such as in particular the module frame elements, is also referred to below as the module periphery.
Zumindest teilweise elektrisch antreibbare bzw. fortbewegbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Hybrid-Kraftfahrzeuge oder Elektro-Kraftfahrzeuge, weisen eine oft als Hochvoltspeicher bezeichnete Batterie, insbesondere in Form eines aufladbaren Akkumulators, zum Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antreiben des entsprechenden Kraftfahrzeugs mittels eines elektromechanischen Energiewandlers auf. Dabei ist die Batterie bzw. der Hochvoltspeicher zumeist aus einer Vielzahl von Batteriezellen gebildet, die beispielsweise als jeweilige Pouch-Zellen oder prismatische Zellen ausgebildet sind, und wird auch als Batteriezellenmodul bezeichnet. Die jeweilige Batteriezelle wird während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs wiederholt geladen (Ladezustand SoC wird höher) und entladen (Ladezustand SoC wird kleiner), wobei die jeweilige Batteriezelle im entladenen Zustand (SoC gleich oder nahe 0) und im geladenen Zustand (SoC größer als 0) unterschiedliche Außenabmessungen, das heißt unterschiedliche dimensionale Ausdehnungen, aufweist. Anders ausgedrückt schwillt die Batteriezelle aufgrund eines elektrischen Ladens ausgehend von einem Grundmaß bei SoC ≈ 0 auf ein Schwellungsmaß (SoC > 0) an. Zudem dehnt sich die Batteriezelle mit steigendem Alter irreversibel aus, was bedeutet, dass das Grundmaß mit steigendem Alter der Batteriezelle steigt. Des Weiteren kann eine defekte Batteriezelle auf das Schwellungsmaß anschwellen oder angeschwollen sein.At least partially electrically driven or movable motor vehicles, for example hybrid motor vehicles or electric motor vehicles, have a battery, often referred to as a high-voltage battery, in particular in the form of a rechargeable battery, for storing and providing electrical energy for driving the corresponding motor vehicle by means of an electromechanical energy converter . The battery or the high-voltage storage device is usually formed from a large number of battery cells, which are designed, for example, as respective pouch cells or prismatic cells, and is also referred to as a battery cell module. The respective battery cell is repeatedly charged (state of charge SoC becomes higher) and discharged (state of charge SoC becomes smaller) during operation of the motor vehicle, with the respective battery cell in the discharged state (SoC equal to or close to 0) and in the charged state (SoC greater than 0). has different external dimensions, that is, different dimensional dimensions. In other words, the battery cell swells due to electrical charging from a basic dimension at SoC ≈ 0 to a swelling dimension (SoC > 0). In addition, the battery cell expands irreversibly as it ages, which means that the basic dimension increases as the battery cell ages. Furthermore, a defective battery cell can swell or become swollen to the extent of swelling.
Zum Halten der Batteriezellen ist eine Modulperipherie vorgesehen, beispielsweise Rahmenelemente, wobei insbesondere Fügestellen des Rahmens stark belastet sein können, wenn die Batteriezellen und somit das gesamte Batteriezellenmodul sich auf das (Modul-) Schwellungsmaß ausdehnen. Ferner kann es dazu kommen, dass bei einer Fertigung/Herstellung der herkömmlichen Batterie, die Batteriezellen in unerwünschter Weise zu stark eingespannt werden, wenn wenigstens eine oder mehrere der Batteriezellen aufgrund von Fertigungstoleranzen eine größere Dicke im Vergleich zu einer Solldicke haben. Möglicherweise zieht die zu starke Verspannung eine Beschädigung an den Elektroden und/oder einem Separator nach sich und infolgedessen ein vorzeitiges Ende der Lebensdauer. Ferner ist es derzeit nur mit erheblichem Aufwand möglich, optisch zu erkennen, ob die herkömmliche Batterie oder ein herkömmliches Batteriemodul, das heißt eine oder mehrere der herkömmlichen Batteriezellen, beschädigt oder verschlissen sind. Für einen Servicetechniker, beispielsweise im Rahmen einer Fahrzeugwartung und/oder -reparatur, stellt sich der starre Rahmen zumindest außenseitig unverändert dar, gleich ob Batteriezellen das Grundmaß oder das Schwellungsmaß aufweisen. Zudem ist der herkömmliche, hochfest starr ausgebildete Rahmen im Falle eines Unfalls des mit der Batterie ausgerüsteten Kraftfahrzeugs als undeformierbares Element anzusehen. Hierdurch ist ein zum Einbau von Batteriezellen nutzbarer Bauraum limitiert, da für die Unfallsicherheit Räume und/oder Elemente („Deformationszonen“) in dem Kraftfahrzeug vorzusehen sind, die sich bei einem Aufprall - möglichst in kontrollierter Weise - verformen, um bei dem Crash vorhandene kinetische Energien effizient zu dissipieren. Die Deformationszonen sind von undeformierbaren Elementen (sogenannten Blockbildnern) freizuhalten. Weiter ist ein Deformieren der Batterie bzw. des Batteriemoduls zu vermeiden, da sonst aufgrund einer mechanischen Überbelastung, im Crashfall, ein thermisches Durchgehen („thermal runaway“) auftreten könnte.To hold the battery cells, a module periphery is provided, for example frame elements, whereby in particular joints of the frame can be heavily loaded if the battery cells and thus the entire battery cell module expand to the (module) swelling level. Furthermore, when manufacturing the conventional battery, it can happen that the battery cells are undesirably clamped too tightly if at least one or more of the battery cells have a greater thickness compared to a target thickness due to manufacturing tolerances. Excessive tension may result in damage to the electrodes and/or a separator and, as a result, a premature end to the service life. Furthermore, it is currently only possible with considerable effort to visually identify whether the conventional battery or a conventional battery module, i.e. one or more of the conventional battery cells, is damaged or worn. For a service technician, for example as part of vehicle maintenance and/or repair, the rigid frame appears unchanged, at least on the outside, regardless of whether battery cells have the basic size or the swelling size. In addition, the conventional, high-strength, rigid frame is to be viewed as an undeformable element in the event of an accident involving the motor vehicle equipped with the battery. This limits the amount of space that can be used for installing battery cells, since, for accident safety, spaces and/or elements (“deformation zones”) must be provided in the motor vehicle, which deform in the event of an impact - if possible in a controlled manner - in order to avoid the kinetic forces present in the crash Dissipate energies efficiently. The deformation zones must be kept free of undeformable elements (so-called block formers). Furthermore, deformation of the battery or battery module must be avoided, otherwise thermal runaway could occur due to mechanical overload in the event of a crash.
Aufgrund der im Betrieb der jeweiligen Batteriezelle auftretenden Ausdehnungsänderung sind konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, um die räumliche Ausdehnungsänderung in Einbaulage der Batteriezellen aufzufangen bzw. auszugleichen. Die räumliche Ausdehnungsänderung äußert sich in bis zu 10 % Volumenunterschied je Batteriezelle zwischen dem geladenen und dem entladenen Zustand.Due to the change in expansion that occurs during operation of the respective battery cell, constructive measures must be taken to absorb or compensate for the change in spatial expansion in the installed position of the battery cells. The change in spatial expansion is expressed in a volume difference of up to 10% per battery cell between the charged and discharged state.
Beispielsweise ist aus der nicht vorveröffentlichten
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Diagnose-Möglichkeit für Batteriezellen bzw. Batteriezellenmodule bzw. Hochvoltspeicher, die sich im Betrieb hinsichtlich ihrer räumlichen Ausdehnung verändern, zu schaffen.The object of the present invention is to create a diagnostic option for battery cells or battery cell modules or high-voltage storage devices that change in terms of their spatial extent during operation.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur offenbart.This task is solved by the subject matter of the independent patent claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figure.
Die Erfindung betrifft allgemein eine Diagnose-Vorrichtung zur Schätzung eines Schwellungsmaßes eines Batteriezellenmoduls für Hochvoltspeicher in elektrifizierten Kraftfahrzeugen, zur Überwachung einer aufgrund des Schwellungsmaßes auf die Modulperipherie ausgeübten Schwellungs-Kraft und zur Steuerung einer definierten Sicherheitsmaßnahme abhängig von der Schwellungs-Kraft.The invention generally relates to a diagnostic device for estimating swelling Measurement of a battery cell module for high-voltage storage in electrified motor vehicles, for monitoring a swelling force exerted on the module periphery due to the swelling level and for controlling a defined safety measure depending on the swelling force.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass unter „Schwellungs-Kraft“ im weitesten Sinne auch eine der Schwellungs-Kraft proportionale Größe, z.B. Schwellungsmaß, Volumenzuwachs, Dickenzuwachs usw., verstanden wird.In addition, it should be noted that “swelling force” in the broadest sense also means a quantity proportional to the swelling force, e.g. amount of swelling, increase in volume, increase in thickness, etc.
Die Erfindung stellt eine Diagnose-Vorrichtung für Hochvoltspeicher in elektrifizierten Kraftfahrzeugen bereit, wobei der Hochvoltspeicher mindestens ein Batteriezellenmodul mit einer Vielzahl von Batterie-Zellen umfasst, mit einer elektronischen Steuereinheit, die derart ausgestaltet ist, dass ein Modul-Schwellungsmaß in Form einer der Gesamt-Schwellungs-Kraft proportionalen Größe (im Folgenden auch kurz „Schwellungs-Kraft“ genannt) geschätzt wird. Dabei wird erfindungsgemäß die (Gesamt-) Schwellungs-Kraft durch Addition eines ersten Herstellungsparameter-basierten statischen Schwellungs-Kraft-Anteils, der zu Beginn der Lebensdauer des Hochvoltspeichers bestimmt wird, und eines zweiten Betriebsparameter-basierten dynamischen Schwellungs-Kraft-Anteils, der kontinuierlich über der Lebensdauer des Hochvoltspeichers bestimmt wird, ermittelt. The invention provides a diagnostic device for high-voltage storage in electrified motor vehicles, wherein the high-voltage storage comprises at least one battery cell module with a plurality of battery cells, with an electronic control unit which is designed such that a module swelling measure in the form of one of the overall Size proportional to the swelling force (hereinafter also referred to as “swelling force” for short) is estimated. According to the invention, the (total) swelling force is determined by adding a first manufacturing parameter-based static swelling force portion, which is determined at the beginning of the service life of the high-voltage battery, and a second operating parameter-based dynamic swelling force portion, which is continuously determined over the service life of the high-voltage storage device.
Vorzugsweise wird die jeweils aktuell ermittelte Gesamt-Schwellungs-Kraft kontinuierlich mit einem ersten noch zulässigen Schwellwert und bei dessen Überschreiten mit einem zweiten nicht mehr zulässigen Schwellwert verglichen.Preferably, the currently determined total swelling force is continuously compared with a first still permissible threshold value and, when this is exceeded, with a second no longer permissible threshold value.
Von der elektronischen Steuereinheit ist bei Überschreiten des ersten Schwellwertes mindestens eine erste definierte Maßnahme und bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes mindestens eine zweite definierte Maßnahme aktivierbar, wobei sich vorzugsweise die zweite definierte Maßnahme von der ersten definierten Maßnahme durch eine zunehmende Betriebseinschränkung unterscheidet.The electronic control unit can activate at least a first defined measure when the first threshold value is exceeded and at least a second defined measure when the second threshold value is exceeded, the second defined measure preferably differing from the first defined measure by an increasing operating restriction.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:The invention is based on the following considerations:
Stand der TechnikState of the art
- - Lithium-Ionen Zellen werden häufig von metallischen Rahmen (z.B. bestehend aus Zuganker und Druckplatte) mit physikalisch gegebener, limitierender und statistisch/prozessual schwankender Tragfähigkeit umgeben.- Lithium-ion cells are often surrounded by metallic frames (e.g. consisting of a tie rod and pressure plate) with a physically given, limiting and statistically/process-dependently fluctuating load capacity.
- - Die wesentlichen (Dicken-) Abmessungen der Zellen sind durch Industriestandards vorgegeben und unterliegen geometrischen Toleranzen (z.B. PHEV2: 26.5mm +/- 0.5).- The essential (thickness) dimensions of the cells are specified by industry standards and are subject to geometric tolerances (e.g. PHEV2: 26.5mm +/- 0.5).
-
- Auslegung und Dimensionierung erfolgt generisch unter Berücksichtigung einer Kundenverteilung im Betrieb bzw. „dem 99%-Kunden“ (d.h. 1% belastet eine Komponente höher als der veranschlagte Wert) und zugleich unter prozesssicherer Spezifikation der Tragfähigkeiten (vgl.
3 , Industriestandard).- Design and dimensioning are carried out generically, taking into account a customer distribution in the company or "the 99% customer" (ie 1% loads a component higher than the estimated value) and at the same time under process-reliable specification of the load capacities (cf.3 , industry standard). - - Bisher keine Software-Lösung für dieses Problem im Kontext mechanischer Zustandsschätzung zur Schwellungs-Kraft (auch „Swelling Force“ genannt).- So far no software solution for this problem in the context of mechanical state estimation for swelling force (also called “swelling force”).
- - Keine sichere Detektionsmöglichkeit einer Schädigung der Modulperipherie, insbesondere des Batteriezellenmodul-Rahmens.- No reliable way to detect damage to the module periphery, especially the battery cell module frame.
Technisches ProblemTechnical problem
Trotz Auslegung auf „99%-Kunde“ und prozesssicherer Spezifikation verbleibt ein Restrisiko. Für dieses existieren gesellschaftlich akzeptierte Grenzwerte bzw. Ausfallraten, siehe gestrichelte Linie in
Erfindungsgemäß wird daher zur Lösung dieses Rest-Risiko-Problems eine Diagnose-Vorrichtung mit einer elektronischen Steuereinheit zur Durchführung einer Softwarebasierten produkt- und kundenindividuellen Schutzfunktion vorgeschlagen.According to the invention, in order to solve this residual risk problem, a diagnostic device with an electronic control unit for carrying out a software-based product- and customer-specific protection function is proposed.
Grundprinzip der ErfindungBasic principle of the invention
Grundsätzlich findet erfindungsgemäß zunächst eine Prädiktion des mechanischen Schwellungs-Zustandes („Swelling-Force-Entwicklung“) anhand der Schätzung eines Schwellungsmaßes bzw. einer Schwellungs-Kraft unter Berücksichtigung der relevanten Herstellungs- und Betriebsparameter sowie vorzugsweise weiterer Randbedingungen statt. Hierdurch ist eine produkt- und kundenindividuelle Überwachung des sicherheitsrelevanten Zustands anstatt zusätzlicher generischer Konstruktions-Auslegungen möglich.Basically, according to the invention, a prediction of the mechanical swelling state (“swelling force development”) initially takes place based on the estimation of a swelling measure or a swelling force, taking into account the relevant manufacturing and operating parameters and preferably other boundary conditions. This enables product- and customer-specific monitoring of the safety-relevant status instead of additional generic design designs.
Folgende wesentliche Herstellparameter können dabei vorzugsweise allein oder in beliebiger Kombination miteinander berücksichtig werden:
- (1) Zell(dicken)toleranz bzw. Konkavität/Konvexität der Zelle und/oder
- (2) Verpresskraft zur geometrisch definierten Erzeugung des Zellstapels und/oder
- (3) Verpressgeschwindigkeit zur Berücksichtigung der Deformationsratenabhängigkeit und/oder
- (4) Dickentoleranz des Zellzwischenmaterial (bspw. „Heatshield“)
- (1) Cell (thickness) tolerance or concavity/convexity of the cell and/or
- (2) Pressing force for geometrically defined creation of the cell stack and/or
- (3) Pressing speed to take into account the deformation rate dependency and/or
- (4) Thickness tolerance of the cell intermediate material (e.g. “Heatshield”)
Die Berücksichtigung der Herstellparameter führen zu einem produktionsbezogenen statischen ersten Schwellungs-Kraft-Anteil zu Beginn der Lebensdauer eines Hochvoltspeichers („Begin-of-Life-Zustand“).Taking the manufacturing parameters into account leads to a production-related static initial swelling force proportion at the beginning of the service life of a high-voltage storage device (“begin-of-life state”).
Die zusätzliche Berücksichtigung von dann folgenden Betriebsparametern führen zu einem alterungsbezogenen dynamischen zweiten Schwellungs-Kraft-Anteil über der Lebensdauer, der zum ersten Schwellungs-Kraft-Anteil zu Beginn der Lebensdauer addiert wird. Somit ergibt sich eine Gesamt-Schwellungs-Kraft, die auf den Hochvoltspeicher über der Zeit wirkt und durch Erfassung und Berücksichtigung der genannten Parameter geschätzt wird.The additional consideration of the following operating parameters leads to an aging-related dynamic second swelling force component over the service life, which is added to the first swelling force component at the beginning of the service life. This results in a total swelling force that acts on the high-voltage storage device over time and is estimated by recording and taking into account the parameters mentioned.
Wesentliche Betriebsparameter zur Schätzung des alterungsbezogenen dynamischen zweiten Schwellungs-Kraft-Anteils sind beispielsweise allein oder in beliebiger Kombination miteinander folgende:
- (1) Ladungsdurchsatz (Laden und Entladen, ggf. nach Leistung klassifiziert) und/oder
- (2) Schnelllade-Anteil und/oder
- (3) Temperatur aus Betrieb und Standzeiten und/oder
- (4) Entladungsausmaß („Degree of Discharge“ (=DoD))
- (1) Charge throughput (charging and discharging, if necessary classified by power) and/or
- (2) Fast charging portion and/or
- (3) Temperature from operation and downtime and/or
- (4) Degree of Discharge (=DoD)
Die jeweils aktuell ermittelte (Gesamt-) Schwellungs-Kraft („Swelling-Zustand“) wird anschließend kontinuierlich mit einem ersten noch zulässigen Schwellwert (bspw. 80% bis kleiner 99% einer Komponententragfähigkeit, im Sinne von Auslastungs- oder Schädigungsgrad) und bei dessen Überschreiten mit einem zweiten nicht mehr zulässigen Schwellwert (bspw. größer oder gleich 99% einer Komponententragfähigkeit) verglichen.The currently determined (total) swelling force (“swelling state”) is then continuously compared with a first still permissible threshold value (e.g. 80% to less than 99% of a component load capacity, in the sense of the degree of utilization or damage) and at this Exceeding is compared with a second threshold value that is no longer permissible (e.g. greater than or equal to 99% of a component load capacity).
Von der elektronischen Steuereinheit werden bei Überschreiten des ersten Schwellwertes erste definierte Maßnahmen und bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes zweite definierte Maßnahmen aktiviert.The electronic control unit activates first defined measures when the first threshold value is exceeded and second defined measures when the second threshold value is exceeded.
Die zweiten definierten Maßnahmen unterscheiden sich von den ersten definierten Maßnahmen durch eine zunehmende, Betriebseinschränkung.The second defined measures differ from the first defined measures in that there is an increasing operational restriction.
Eine erste Maßnahme kann beispielsweise sein:
- - die Ausgabe einer Aufforderung an den Fahrer zum Aufsuchen einer Werkstatt und/oder
- - das Angebot zur Auswahl einer Reichweiten-, Antriebsleistungs- und/oder Ladeleistungsreduzierung zugunsten der Lebensdauer des Hochvoltspeichers an den Fahrer und/oder
- - eine frühere Kühlungsaktivierung und/oder
- - die Beschränkung des Ladungszustands auf einen alterungsmindernden Wert bei längerer Abstellzeit des Fahrzeugs und/oder
- - die Aktivierung eines definierten Batterie-Erholungsprogramms zur zumindest teilweisen Reversion des Alterungszustandes.
- - issuing a request to the driver to go to a workshop and/or
- - the offer to the driver and/or to choose a range, drive power and/or charging power reduction in favor of the service life of the high-voltage battery
- - earlier cooling activation and/or
- - limiting the state of charge to an age-reducing value when the vehicle is parked for a longer period of time and/or
- - the activation of a defined battery recovery program for at least partial reversal of the aging state.
Eine zweite Maßnahme kann beispielsweise eine oder mehrere von folgenden Betriebsbeschränkungen sein, die mit einer Informationsausgabe an den Fahrer verbunden sein kann:
- - eine automatische Leistungsreduktion des Antriebsstrangs und/oder
- - die Einschränkung von vergleichsweise sportlichen oder anderweitig belastenden Fahrmodi zur Minderung der extern wirkenden mechanischen Lasten (z.B. weiche Fahrwerkseinstellungen) und/oder
- - eine automatische Stilllegung des Fahrzeugs.
- - an automatic power reduction of the drive train and/or
- - the restriction of comparatively sporty or otherwise stressful driving modes to reduce external mechanical loads (e.g. soft chassis settings) and/or
- - an automatic shutdown of the vehicle.
Die jeweilige Batteriezelle ist beispielsweise als eine Festkörperbatteriezelle ausgebildet.The respective battery cell is designed, for example, as a solid-state battery cell.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of the invention to leave.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Diagnose-Vorrichtung für eine Hochvoltbatterie mit einem Schätzmodul zur Ermittlung des Batteriemodul-Schwellungsmaßes, -
2 mögliche Details eines Schätzmoduls zur Ermittlung des Batteriemodul-Schwellungsmaßes und -
3 der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnisse zum möglichen schematischen Verlauf eines Batteriemodul-Schwellungsmaßes.
-
1 a schematic view of a diagnostic device according to the invention for a high-voltage battery with an estimation module for determining the battery module swelling measure, -
2 possible details of an estimation module for determining the battery module swelling measure and -
3 The findings underlying the invention regarding the possible schematic course of a battery module swelling measure.
In
Das Ausgangssignal des Schätzmoduls 3 in Form der ermittelten Gesamt-Schwellungs-Kraft F wird kontinuierlich mit einem ersten noch zulässigen Schwellwert S1 und bei dessen Überschreiten (F>S1) mit einem zweiten nicht mehr zulässigen Schwellwert S2 verglichen.The output signal of the
Von der elektronischen Steuereinheit 1 wird bei Überschreiten des ersten Schwellwertes S1 mindestens eine erste definierte Maßnahme M1 und bei Überschreiten des zweiten Schwellwertes S2 zusätzlich oder alternativ mindestens eine zweite definierte Maßnahme M2 aktiviert. Die zweite definierte Maßnahme M2 unterscheidet sich von der ersten definierten Maßnahme M1 durch eine zunehmende Betriebseinschränkung.The
Eine erste definierte Maßnahme M1 ist hier beispielsweise zumindest die Ausgabe A einer Aufforderung an den Fahrer zum Aufsuchen einer Werkstatt.A first defined measure M1 here is, for example, at least the output A of a request to the driver to visit a workshop.
Eine zweite definierte Maßnahme M2 ist hier beispielsweise zumindest eine automatische Leistungsreduktion R des Antriebsstrangs zusammen mit einer Ausgabe A einer Aufforderung an den Fahrer zum Aufsuchen einer Werkstatt.A second defined measure M2 here is, for example, at least an automatic power reduction R of the drive train together with an output A of a request to the driver to visit a workshop.
Die Auswahl einer ersten definierten Maßnahme M1 und/oder einer zweiten definierten Maßnahme M2 kann zusätzlich abhängig vom Überschreiten eines vorgegebenen Kilometerstandes KM, z.B. erst nach 300.000 km, aktivierbar sein.The selection of a first defined measure M1 and/or a second defined measure M2 can also be activated depending on whether a predetermined mileage KM has been exceeded, for example only after 300,000 km.
In einer Weiterbildung der Erfindung könnten auch weitere Schwellwerte und entsprechende Maßnahmen definiert werden.In a further development of the invention, further threshold values and corresponding measures could also be defined.
In
Als wesentliche Herstellparameter P zum Ermitteln des Herstellungsparameter-basierten statischen Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF_P können vorzugsweise allein oder in beliebiger Kombination miteinander folgende berücksichtigt werden:
- - Zelldicke und deren Toleranz
- - Form (Konkavität/Konvexität) der Zelle
- - Verpresskraft, maximale Verpresskraft
- - Verpressgeschwindigkeit, maximale Verpressgeschwindigkeit
- - Dickentoleranz des Zellzwischenmaterials
- - etc.
- - Cell thickness and its tolerance
- - Shape (concavity/convexity) of the cell
- - Pressing force, maximum pressing force
- - Pressing speed, maximum pressing speed
- - Thickness tolerance of the cell intermediate material
- - Etc.
Als wesentliche Betriebsparameter zum Ermitteln des zweiten Betriebsparameter-basierten alterungsbezogenen dynamischen Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF_B können vorzugsweise allein oder in beliebiger Kombination miteinander folgende berücksichtigt werden:
- - Ladungsdurchsatz, Laufleistung (Laden und Entladen, ggf. nach Leistung klassifiziert), z.B. mittels Multiplikation des Strom I mit der Zeit t, in der der Hochvoltspeicher eingeschaltet ist => dies führt zur Schätzung eines Basis-Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF0
- - Häufigkeit eines Schnellladebetriebs I>xx [A] => dies führt zur Schätzung eines Schnelllade-Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF1
- - Mittlere Zelltemperatur T über der Lebenszeit => dies führt zur Schätzung eines Zelltemperatur-Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF2
- - Mittleres Entladungsausmaß („Degree of Discharge“ (=DoD)), z.B. durch Auswertung von Zellspannung U und Zeit t bei eingeschaltetem Hochvoltspeicher => dies führt zur Schätzung eines Entladungs-Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF3
- - Zusätzlich kann mindestens ein Teil-Kraftanteil ΔF (ΔF0 bis ΔF3) zur Schätzung des zweiten Schwellungs-Kraft-Anteils ΔF_B abhängig von der absoluten aktuellen Höhe der Teil-Kraftanteile ΔF, z.B. durch einen Faktor f_V, weniger stark oder gar nicht berücksichtigt werden.
- - Charge throughput, mileage (charging and discharging, if necessary classified according to power), e.g. by multiplying the current I by the time t in which the high-voltage storage is switched on => this leads to the estimation of a basic swelling force component ΔF0
- - Frequency of a fast charging operation I>xx [A] => this leads to the estimation of a fast charging swelling force component ΔF1
- - Average cell temperature T over the lifetime => this leads to the estimation of a cell temperature-swelling-force component ΔF2
- - Average extent of discharge (“Degree of Discharge” (=DoD)), e.g. by evaluating cell voltage U and time t with the high-voltage storage device switched on => this leads to the estimation of a discharge swelling force component ΔF3
- - In addition, at least one partial force component ΔF (ΔF0 to ΔF3) for estimating the second swelling force component ΔF_B can be taken into account to a lesser extent or not at all, depending on the absolute current level of the partial force components ΔF, for example by a factor f_V.
Gemäß
Das Zeit-Kraft-Diagramm in
Der Zeitpunkt t0, der einem Beginn der Lebensdauer des Hochvoltspeichers entspricht, kann beispielsweise der Beginn der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs sein.The time t0, which corresponds to the beginning of the service life of the high-voltage storage device, can, for example, be the beginning of the commissioning of the motor vehicle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102021124467 [0005]DE 102021124467 [0005]
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Citations (1)
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DE102021124467A1 (en) | 2021-09-22 | 2023-03-23 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Compression clamping device for a frame device for clamping a battery cell pack, frame device and battery |
-
2022
- 2022-09-02 DE DE102022122230.6A patent/DE102022122230A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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