DE102022207311A1

DE102022207311A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen eines Selbstentladungsfehlers einer Gerätebatterie sowie zum Ermitteln einer Kritikalität eines erkannten Selbstentladungsfehlers

Info

Publication number: DE102022207311A1
Application number: DE102022207311.8A
Authority: DE
Inventors: Volker Doege; Mario Kluender; Christian Simonis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2024-01-18
Also published as: US20240019498A1; CN117420455A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Selbstentladungsfehlers einer Gerätebatterie (41) eines technischen Geräts (4)und dessen Kritikalität, mit folgenden Schritten:- Bereitstellen (S1) von mindestens einem Betriebsgrößenverlauf mindestens einer Betriebsgröße der Gerätebatterie (41);- Ermitteln (S2, S3) mindestens eines Betriebsmerkmals basierend auf dem mindestens einen Betriebsgrößenverlauf;- Erkennen (S5) eines Selbstentladungsfehlers anhand von Fehlerkriterien abhängig von dem mindestens einen Betriebsmerkmal;- Bestimmen (S5) einer Kritikalität des Selbstentladungsfehlers abhängig davon, welche der Fehlerkriterien erfüllt sind,- Signalisieren (S6) eines Selbstentladungsfehlers abhängig von dessen Kritikalität.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Diagnose- und Überwachungsverfahren zur Erkennung von funktions- und sicherheitskritischen Ereignissen in elektrochemischen Gerätebatterien basierend auf Betriebsgrößen der Gerätebatterie.
Technischer Hintergrund
Die Selbstentladung einer elektrochemischen Gerätebatterie, wie beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, liegt bei einer ordnungsgemäßen Batterie im Bereich zwischen 0,5 % und 2 % pro Monat bei einem Ladezustand über 50% und bei Raumtemperatur. Selbstentladungsraten für ordnungsgemäße Batterien variieren jedoch hinsichtlich des Batterieherstellers und bezüglich der verwendeten Komponenten und Materialien. Eine Selbstentladung einer Batterie kann verschiedene Ursachen haben. Diese werden nach internen/externen und physikalischen/chemischen Kurzschlussmechanismen unterschieden.
Das Erkennen einer Erhöhung der Selbstentladung kann einen Hinweis auf einen in Kürze auftretenden kritischen Fehler sein. Dies ist insbesondere wichtig, da einige der Ursachen für die Selbstentladung im weiteren Betrieb zu einer ungewollten, sich verstärkenden Aufheizung der Batterie (Thermal Runaway) führen können, die zu einer Zerstörung und Gefährdung von Einrichtungen oder Personen führen kann. Auch Hinweise auf bevorstehende, kurzfristige Kapazitätseinbrüche und Funktionsstörungen sind beispielsweise von großem Interesse, da sie betriebssicherheitsrelevant sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erkennen eines Selbstentladungsfehlers einer Gerätebatterie sowie zum Ermitteln einer Kritikalität eines erkannten Selbstentladungsfehlers gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Erkennen eines Selbstentladungsfehlers und dessen Kritikalität vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellen von mindestens einem Betriebsgrößenverlauf mindestens einer Betriebsgröße;
- Ermitteln mindestens eines Betriebsmerkmals basierend auf dem mindestens einen Betriebsgrößenverlauf;
- Erkennen eines Selbstentladungsfehlers anhand von Fehlerkriterien abhängig von dem mindestens einen Betriebsmerkmal;
- Bestimmen einer Kritikalität des Selbstentladungsfehlers abhängig davon, welche der Fehlerkriterien erfüllt sind,
- Signalisieren eines Selbstentladungsfehlers abhängig von dessen Kritikalität.

Obwohl eine Selbstentladung bei elektrochemischen Batterien in geringem Maße üblich ist, können verstärkte Selbstentladungsvorgänge auf das Vorliegen eines Fehlers hinweisen. Solche Fehler können zunächst unkritisch sein und den Betrieb der Batterie nicht nennenswert beeinträchtigen, können jedoch über eine längere Zeitdauer zu kritischen Batteriezuständen führen, so dass eine Früherkennung eines auffälligen Batteriezustands helfen kann, solche kritischen Batteriezustände zu vermeiden.
Grundsätzlich können Selbstentladungsfehler verschiedene Ursachen haben. So können Selbstentladungsfehler unterschieden werden nach zellinternen Kurzschlussmechanismen und zellexternen Kurzschlussmechanismen, die jeweils weiterhin in elektrochemische und physikalische Kurzschlussmechanismen unterschieden werden können. Weiterhin können diese Fehler hinsichtlich der Höhe des Kurzschlusswiderstandes, der sich daraus ergibt, unterschieden werden und der die Kritikalität des aufgetretenen Fehlers mitbestimmt.
Ein Selbstentladungsfehler einer Batterie kann in einer Speicherzelle, einem Speichermodul oder einem Speicherpack auftreten und als elektrischer oder elektrochemischer bzw. chemischer Entladungsprozess bestimmt sein, der nicht durch die Energieentnahme aus der Batterie verursacht ist. Die Selbstentladung ist unerwünscht aber kann selbst bei einer ordnungsgemäßen Batterie nicht vollständig vermieden werden.
Zu den internen Selbstentladungsursachen gehört eine Fehlfunktion des Separators in der Batterie, der Anoden- und Kathodenbereiche voneinander trennt. Ursachen hierfür können beispielsweise ein Lithium-Plating sein, das zu einem Kurzschluss oder einer fehlerhaften Wärmeerzeugung durch eine chemische Reaktion mit dem Elektrolyten führen kann und so eine Selbstentladung oder einen thermischen Ausfall hervorruft.
Weiterhin können chemische Nebenreaktionen mit einem aktiven Material in der Batterie, wie beispielsweise Lithium, zu Selbstentladungseffekten führen, wie beispielsweise aufgrund von Elektrolytoxidationen an der Kathode oder dem abgelagerten Lithium auf der Anodenseite. Da die ungewollten Nebenreaktionen nicht gleichzeitig auf der Anoden- und Kathodenseite auftreten müssen, kann dieser Effekt auch zu einem unausgeglichenen Anoden- und Kathodenzustand führen, der die Zellkapazität vermindert und die OCV-Kennlinie (Leerlaufspannungskennlinie) verändert. Ungewollte Nebenreaktionen können zudem auch zu ungewollten Gasungen in der Zelle führen, welche den Innendruck der Zelle erhöhen.
Weiterhin kann der Separator durch mechanischen Stress beschädigt werden. Mechanischer Stress kann auch die Integrität der Elektrodenbeschichtungsmatrix beeinträchtigen, was zu einer inhomogenen Stromverteilung und/oder Kurzschlüssen mit lokalen Temperaturerhöhungen führen kann.
Weiterhin kann eine Beschädigung von leitfähigen Komponenten interne Kurzschlüsse zwischen den Elektroden oder zwischen einer Elektrode und dem Speicherzellengehäuse oder weiteren internen Stromführungspfaden verursachen. Beispielsweise können aus dem Produktionsprozess in der Batteriezelle verbliebene Metallpartikel oder Dendriten von Lithium-Plating, die den Elektrodenseparator durchdringen, zu Kurzschlüssen führen. Weiterhin kann aufgrund eines Produktionsfehler ein Kurzschluss zwischen Elektroden oder zu dem Batteriezellengehäuse auftreten. Zudem können chemische Kontaminationen während der Produktionsschritte, wie beispielsweise Feuchtigkeit, unerwünschte und stärkere Nebenreaktionen innerhalb der Batteriezelle hervorrufen, die eine erhöhte Selbstentladung bewirken.
Externe Selbstentladungsursachen betreffen Ursachen, die außerhalb der Batteriezellen liegen. Diese können beispielsweise eine Verminderung des Isolationswiderstandes bezüglich der elektrischen Verbindungsleitungen des Gehäuses und den Kontakten der Kühlkanäle betreffen. Diese können hohe oder niedrige Kurzschlussströme verursachen, abhängig von dem Grad des verminderten Kurzschlusswiderstands. Häufige Ursachen für Isolationsfehler stellen eine Degradation des Isolationsmaterials dar oder Gegenstände, die das Isolationsmaterial durchdringen. Weiterhin können mit den Batteriezellen verbundene Schaltungen insbesondere das Batteriemanagementsystem aufgrund von Fehlern zu einer erhöhten Stromentnahme aus der Batterie führen, die häufig nicht durch Stromsensoren erfassbar sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Betriebsgröße mindestens eine der Größen umfasst: eine Zellenspannung, eine Modulspannung, eine Packspannung von Batteriezellen, Batteriemodulen bzw. einem Batteriepack aus mehreren Batteriemodulen, einen Zellenladezustand (SOC „state of charge“), einen Modulladezustand, und einen Packladezustand.
Insbesondere kann das mindestens eine Betriebsmerkmal eine statistische oder aggregierte Größe eines zeitlichen Verlaufs einer oder mehrerer Betriebsgrößen der Gerätebatterie umfassen und insbesondere eine Abweichung von einem zeitlichen Mittelwert der Betriebsgröße und/oder eine zeitliche Änderung der mindestens einen Betriebsgröße umfassen.
Weiterhin kann mindestens ein weiteres Betriebsmerkmal bereitgestellt werden, das eines oder mehrerer Betriebsmerkmale umfasst: eine Balancing-Häufigkeit, eine Balancing-Dauer, einen Balancing-Energiedurchsatz, einen Balancing Ladungsdurchsatz, jeweils bezogen auf einen vorgegebenen Auswertungszeitraum, eine Ladezustandsunterschied der elektrodenbezogenen Ladezustände und ein zeitlicher Gradient des Ladezustandsunterschieds der elektrodenbezogenen Ladezustände.
Gemäß einer Ausführungsform können die Fehlerkriterien regelbasiert definiert sein, insbesondere als Schwellenwerte für die Betriebsmerkmale und ggfs. für die weiteren Betriebsmerkmale bereitgestellt werden.
Insbesondere können die Schwellenwerte abhängig von Betriebsgrößenverläufen und ggfs. weiteren Betriebsmerkmalen einer Vielzahl von Gerätebatterien bestimmt werden.
Gemäß dem obigen Verfahren werden von einem mit einer Gerätebatterie betriebenen technischen Gerät Betriebsmerkmale als Kenngrößen des Batteriebetriebs erfasst und diese hinsichtlich vorgegebener Fehlerkriterien bewertet. Die Bewertung der Kenngrößen erfolgt vorzugsweise mithilfe von Schwellwertvergleichen, wobei die Kombination der erfüllten Fehlerkriterien auf ein Vorliegen und eine Kritikalität des Selbstentladungsfehlers hinweist. Die Kritikalität ist dabei durch die Schwere des erkannten Fehlers und der Trend der Entwicklung der Selbstentladung bestimmt.
Die Lage Schwellenwerte ergeben sich aus dem bekannten Verhalten der jeweiligen Gerätebatterie hinsichtlich ihrer typischen Selbstentladerate. Die typische Selbstentladerate kann je nach Hersteller und verwendeter Technologie (auch innerhalb der Li-Ionentechnologie gibt es Unterschiede) variieren, und ist zudem z.B. alters-, ladezustands- und temperaturabhängig. Auf Systemebene kommen Selbstentladeeffekte durch z.B. Restströme von Halbleiterbauelementen und endlichen Isolationswerten hinzu. Ein typischer Wert für eine Selbstentladung auf Zellniveau ist im Bereich von 0,5 bis 1% für SOC=80% bei Li-Ionen Zellen.
Die Fehlerüberwachung kann auf einer Überwachung von Zellenspannungen und/oder Zellenladezuständen und/oder deren Gradienten und/oder auf einer Überwachung des Aufwands für ein Zell-Balancing und/oder auf einer Überwachung der Ladezustandsabweichung zwischen einem elektrodenbezogenenen Ladezustand der positiven Elektrode und einem elektrodenbezogenenen Ladezustand der negativen Elektrode und/oder deren Gradienten basieren. Die Größen des elektrodenbezogenen Ladezustands ergeben sich als elektrochemische Parameter aus einem elektrochemischen Batteriemodell, das kontinuierlich basierend auf Betriebsgrößenverläufen der einzelnen Batteriezellen ausgeführt wird und zur Ermittlung von elektrochemischen Parametern dienen kann.
Zusätzlich können Leerlaufspannungskennlinienänderungen modellbasiert bestimmt, und angepasst werden, über eine kontinuierliche Spannungsüberwachung für stationäre Zustände. Dies ermöglicht die Ermittlung von Ladezuständen bezogen auf Elektroden, so dass eine elektrodenbezogenen Ladezustandsvariation ermittelt werden kann. Die positive und negative open circuit Potentialkurve (ocv: Leerlaufspannungskennlinie) innerhalb einer Zelle haben charakteristische Muster (Spannung als Funktion des Lithium-Beladungszustandes). Entläd sich nur eine Elektrode, so verschieben sich die Muster gegeneinander (auch bei Kapazitätsverlust nur einer Elektrode) und man sieht dies in der Vollzell-OCV Kurve. Dies kann dann mittels Curve-Fitting bei bekannten oder auch geschätzten Aktiv-Materialienkombinationen herausbekommen werden.
Die obigen Überwachungskriterien ermöglichen es, erhöhte Selbstentladungsfälle zu identifizieren und diese zwischen kritischen und nicht kritischen Effekten zu klassifizieren. Die Schwellwerte für die Schwellwertvergleiche können aus Daten einer Vielzahl typgleicher Batterien ermittelt werden, insbesondere in einer geräteexternen Zentraleinheit, die Betriebsgrößenverläufe einer Vielzahl von Batterien auswertet und insbesondere von dem aktuellen Ladezustand und der Temperatur der zu überprüfenden Batterie abhängen. Das Selbstentladungsfehlermodell kann die entsprechenden Selbstentladungsfälle anhand der erfüllten bzw. nicht erfüllten Fehlerkriterien bewerten und entsprechende Maßnahmen ergreifen, je nachdem, welche Kritikalität des Selbstentladungsfehlers festgestellt wird. Beispielsweise kann eine Aktivierung einer Kühleinrichtung oder das Signalisieren eines aufgetretenen Fehlers an einen Benutzer des technischen Geräts vorgenommen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein kritischer Selbstentladungsfehler festgestellt werden, wenn eine betragsmäßige zeitliche Änderung eines Ladezustands einen Schwellenwert übersteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens vorgesehen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Fahrzeugflotte aus batteriebetriebenen Fahrzeugen, die mit einer Zentraleinheit in Kommunikationsverbindung stehen; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Erkennen einer Selbstentladung und einer Durchführung einer Fehlerreaktion.

Beschreibung von Ausführungsformen
Das Verfahren wird nun beispielhaft anhand einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug als technisches Gerät ausführlicher beschrieben. Das Fahrzeug kann Teil einer Fahrzeugflotte mit Fahrzeugen mit typgleichen Fahrzeugbatterien sein und mit einer externen Zentraleinheit in Verbindung stehen, in der ein Selbstentladungsfehleralgorithmus ausgeführt wird.
Das obige Beispiel steht stellvertretend für eine Vielzahl von stationären oder mobilen Geräten mit netzunabhängiger Energieversorgung, wie beispielsweise Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge, Pedelecs usw.), Anlagen, Werkzeugmaschinen, Haushaltsgeräte, IOT-Geräte und dergleichen, die über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. LAN, Internet) mit einer geräteexternen Zentraleinheit (Cloud) in Verbindung stehen.
1 zeigt ein System 1 zum Sammeln von Flottendaten einer Fahrzeugflotte in einer Zentraleinheit 2 zur Durchführung eines Überwachungsverfahrens. Das Überwachungsverfahren dient zur Erkennung eines Selbstentladungsfehlers und der Bestimmung der Kritikalität des Selbstentladungsfehlers von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie in einem Kraftfahrzeug. 1 zeigt eine Fahrzeugflotte 3 mit mehreren Kraftfahrzeugen 4.
Eines der Kraftfahrzeuge 4 ist in 1 detaillierter dargestellt. Die Kraftfahrzeuge 4 weisen jeweils eine Fahrzeugbatterie 41, einen elektrischen Antriebsmotor 42 und eine Steuereinheit 43 auf. Die Steuereinheit 43 ist mit einer Kommunikationseinrichtung 44 verbunden, die geeignet ist, Daten zwischen dem jeweiligen Kraftfahrzeug 4 und einer Zentraleinheit 2 (einer sogenannten Cloud) zu übertragen.
Die Fahrzeugbatterie 43 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 45 auf. Diese sind zu Modulen und Packs verschaltet. Zellen, Module und/oder Packs können gemäß nachfolgend beschriebenem Verfahren hinsichtlich einer Selbstentladung überwacht werden. Die Fahrzeugbatterie 41 wird mithilfe eines Batteriemanagementsystems 46 überwacht und betrieben.
Das Batteriemanagementsystem 46 ist insbesondere ausgebildet, um Betriebsgrößen für ausgewählte, auswählbare oder alle Batteriezellen 45 mit einer hohen zeitlichen Auflösung, wie beispielsweise zwischen 1 und 50 Hz, wie z. B. 10 Hz, zu erfassen und diese über die Kommunikationseinrichtung 44 an die Zentraleinheit 2 zu übermitteln. Die Betriebsgrößen F werden als Betriebsgrößenverläufe erfasst und können in unkomprimierter und/oder komprimierter Form regelmäßig an die Zentraleinheit 2 übertragen werden. Beispielsweise können die Zeitreihen unter Ausnutzung von Kompressions-Algorithmen zwecks Minimierung des Datenverkehrs zur Zentraleinheit 2 im Abstand von 10 min bis zu mehreren Stunden blockweise an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
Die Betriebsgrößen F geben zumindest Größen an, welche den Zustand der Batteriezellen 45 beschreiben. Die Betriebsgrößen F können im Falle einer Fahrzeugbatterie 41 für jede der Batteriezellen 45 einen momentanen Zellenstrom, eine momentane Zellenspannung, eine momentanen Zellenladezustand (SOC: State of Charge) angeben.
Die Zentraleinheit 2 weist eine Datenverarbeitungseinheit 21, in der das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, und eine Datenbank 22 zum Speichern von Datenpunkten, Modellparametern, Zuständen und dergleichen auf.
In der Zentraleinheit 2 ist ein Überwachungsverfahren implementiert, das die Betriebsgrößenverläufe von den Fahrzeugen 4 empfängt und diese für jedes Fahrzeug 4 bzw. jede Fahrzeugbatterie 41 auswertet, um einen möglichen Selbstentladungsfehler zu erkennen und deren Kritikalität zu bewerten.
In der Zentraleinheit 2 wird nachfolgend ein anhand des Flussdiagramms der 2 beschriebenes Verfahren zur Erkennung eines Selbstentladungsfehlers und Bestimmen einer Fehlerart eines aufgetretenen Selbstentladungsfehlers ausgeführt. Das Verfahren kann zu vorgegebenen Auswertungszeitpunkten mit historischen Betriebsgrößenverläufen für jede der Batteriezellen 45 der Fahrzeugbatterie 41 durchgeführt werden.
In Schritt S1 werden von den Fahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 Betriebsgrößendaten F an die externe Zentraleinheit 2 übermittelt, die einen historischen Betriebsgrößenverläufe angeben. Die Betriebsgrößenverläufe können, wie oben beschrieben, Zellenspannungen, Modulspannungen und Packspannungen von Batteriezellen, Batteriemodulen bzw. einem Batteriepack aus mehreren Batteriemodulen umfassen.
Weiterhin können in Schritt S2 als Betriebsmerkmale Informationen über einen zuletzt durchgeführten Balancing-Vorgang an die Zentraleinheit 2 übermittelt werden, insbesondere die Zeitdauer, die für das Balancing benötigt wurde, ein Amperestunden-Durchsatz während des Balancing und/oder eine Häufigkeit, mit der Balancing-Vorgänge für die betreffende Fahrzeugbatterie in einem zurückliegenden vorgegebenen Zeitraum durchgeführt worden sind.
Weiterhin können in Schritt S3 Batteriezustände, wie Temperatur, Ladezustand und Alterungszustand, die in dem Batteriemanagementsystem der jeweiligen Fahrzeugbatterie gemessen oder ermittelt worden sind, an die externe Zentraleinheit 2 übermittelt werden.
Aus den obigen Informationen werden in Schritt S4 für jede Fahrzeugbatterie weitere Betriebsmerkmale bestimmt, die eine zellbezogene Zellenspannungsabweichung bezüglich einer mittleren Zellenspannung (gemittelt über alle Batteriezellen), einer Modulspannungsabweichung bezüglich einer mittleren Modulspannung (gemittelt über alle Batteriemodule) umfassen können.
Weiterhin können Spannungsänderungsraten der Zellenspannungen, der Modulspannungen und der Packspannung bezüglich der Zeit ermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Ermittlung von Betriebsmerkmalen aus den Spannungen können entsprechende Betriebsmerkmale auch basierend auf den Ladezuständen bestimmt werden. Die Angaben zu den Ladezuständen können in dem Batteriemanagementsystem 46 durch Auswertung der Spannungen z.B. mithilfe einer vorgegebenen Leerlaufspannungskennlinie bestimmt werden.
So können für jede Fahrzeugbatterie Betriebsmerkmale bestimmt, die eine zellbezogene Zellenladungsabweichung bezüglich eines mittleren Zellenladezustands (gemittelt über alle Batteriezellen), einer Modulladungsabweichung bezüglich eines mittleren Modulladezustands (gemittelt über alle Batteriemodule) umfassen können.
Weiterhin können Ladezustandsänderungsraten der Zellenladezustände, der Modulladezustände und der Packladezustände bezüglich der Zeit ermittelt werden.
Diese Betriebsmerkmale werden nun in Schritt S5 einem regelbasierten Selbstentladungsmodell hinsichtlich vorgegebener Fehlerkriterien, die z.B. durch Schwellenwerte definiert sein können, überwacht. Die Überwachung erfolgt regelbasiert, so dass eine bestimmte Kombination von erfüllten und nicht erfüllten Fehlerkriterien auf eine bestimmte Kritikalität eines Selbstentladungsfehlers bzw. einen Entwicklungstrend des Selbstentladungsfehlers hinweisen kann.
Beispiele für Fehlerkriterium umfassen:

- die Selbstentladung ist größer als ein vorgegebener Schwellenwert, wie z. B. > 2% SOC/Monat
- eine Unterschiedlichkeit der Selbstentadungsraten einzelner Parallelverschaltungsebenen von Zellen oder auch von Modulen ist größer als ein vorgegebener Schwellenwert, wie z.B. 20%;
- ein Balancing-Vorgang auf Modulebene wird häufiger als 2x pro Monat bei vorgegebenen SOH, von z.B. 95%, ausgelöst.

Für die schwellenwertbasierten Regeln kann das Maß der Abweichung vom bekannten typischen Wert die Kritikalität angeben. Die Kritikalität kann, aber muss keine lineare Funktion der überwachten Größe sein.
Die Vorgabe der Schwellenwerte kann in Form von Look-Up-Tabellen oder auch von Rechenfunktionen (bei Verarbeitung von Betriebsparametern/zuständen wie T, SOC, SOH, ...) erfolgen.
Wird mindestens ein Selbstentladungsfehler festgestellt, so kann die Kritikalität des Selbstentladungsfehlers einem Nutzer des Fahrzeugs in Schritt S6 signalisiert werden.
Wird ein kritischer Fehler detektiert, können weitere Maßnahmen ergriffen werden. Es kann beispielsweise ein Derating, d. h. eine Begrenzung der Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie 41, oder ein Aktivieren einer Kühleinrichtung, vorgenommen werden. Weiterhin könnte auch ein Werkstattaufenthalt indiziert oder angeraten werden. Weiterhin könnte bei einer hohen Kritikalität auch der Betrieb des Fahrzeugs gänzlich blockiert werden.
Die Schwellenwerte für die betrachteten Fehlerkriterien können mit besonderer Relevanz auch aus Flottendaten abgeleitet werden. Insbesondere können nach Auftreten eines kritischen Selbstentladungsfehler die Werte der entsprechenden Fehlermerkmale zum Zeitpunkt des Auftretens des ersten Anzeichens des Selbstentladungsfehlers bestimmt werden und daraus die Schwellwerte für die einzelnen Fehlerkriterien extrahiert werden. Die Schwellenwerte können aus Vorab-Messreihen bestimmt werden oder auch aus dem Flottenbetrieb heraus bzw. auch aus einer Kombination bestimmt werden.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Selbstentladungsfehlers einer Gerätebatterie (41) eines technischen Geräts (4) und dessen Kritikalität, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen (S1) von mindestens einem Betriebsgrößenverlauf mindestens einer Betriebsgröße der Gerätebatterie (41); - Ermitteln (S2, S3) mindestens eines Betriebsmerkmals basierend auf dem mindestens einen Betriebsgrößenverlauf; - Erkennen (S5) eines Selbstentladungsfehlers anhand von Fehlerkriterien abhängig von dem mindestens einen Betriebsmerkmal; - Bestimmen (S5) einer Kritikalität des Selbstentladungsfehlers abhängig davon, welche der Fehlerkriterien erfüllt sind, - Signalisieren (S6) eines Selbstentladungsfehlers abhängig von dessen Kritikalität.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Betriebsgröße mindestens eine der Größen umfasst: eine Zellenspannung, eine Modulspannung, eine Packspannung von Batteriezellen, Batteriemodulen bzw. einem Batteriepack aus mehreren Batteriemodulen, einen Zellenladezustand, einen Modulladezustand, und einen Packladezustand.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Betriebsmerkmal eine Abweichung von einem zeitlichen Mittelwert der Betriebsgröße und/oder eine zeitliche Änderung der mindestens einen Betriebsgröße umfasst.
Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3, wobei mindestens ein weiteres Betriebsmerkmal bereitgestellt wird (S4), das eines oder mehrerer Betriebsmerkmale umfasst: eine Balancing-Häufigkeit, eine Balancing-Dauer, einen Balancing-Ladungsdurchsatz jeweils bezogen auf einen vorgegebenen Auswertungszeitraum, eine Ladezustandsunterschied der elektrodenbezogenen Ladezustände und ein zeitlicher Gradient des Ladezustandsunterschieds der elektrodenbezogenen Ladezustände.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fehlerkriterien regelbasiert, insbesondere als Schwellenwerte für die Betriebsmerkmale und ggfs. für die weiteren Betriebsmerkmale bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schwellenwerte abhängig von Betriebsgrößenverläufen und ggfs. weiteren Betriebsmerkmalen einer Vielzahl von Gerätebatterien (41) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Signalisieren des Selbstentladungsfehlers abhängig von dessen Kritikalität ein Derating, und/oder ein Aktivieren einer Kühleinrichtung eine Ausgabe einer Warnung und/oder ein teilweises oder gänzliches Blockieren des Betriebs des Geräts umfasst und/oder bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein kritischer Selbstentladungsfehler festgestellt wird, wenn - eine betragsmäßige zeitliche Änderung eines Ladezustands einen Schwellenwert übersteigt, und/oder - die Selbstentladung größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert; und/oder - die Selbstentadungsraten einzelner Parallelverschaltungsebenen von Zellen oder auch von Modulen unterscheiden sich um einen Wert, der größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert; und/oder - ein Balancing-Vorgang auf Modulebene wird mit einer Häufigkeit ausgeführt, die größer ist als eine vorgegebene Häufigkeit.
Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei Ausführung durch mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung diese veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.