DE102022213760B3 - Method for detecting foreign bodies in a battery for a motor vehicle, measuring device and a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung in einer Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug (20) vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug eine Messvorrichtung (100), eine Messschaltung (11) und ein Hochvolt-System (HV-System) (13) aufweist und das HV-System (13) eine erste y-Kapazität (C1) und eine zweite y-Kapazität (C2) aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:a) Betätigen der Messschaltung (11), um wechselweise die erste y-Kapazität (C1) und die zweite y-Kapazität (C2) des HV-Systems (13) umzuladen;b) Bestimmen einer y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität (C1) und der zweiten y-Kapazität (C2);c) Vergleichen der y-Gesamtkapazität mit einem y-Kapazitätsreferenzwert;d) Erkennen eines Fremdkörpers in der Batterie (10) durch Feststellen einer Abweichung beim Vergleich der y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität (C1) und der zweiten y-Kapazität (C2) mit dem y-Kapazitätsreferenzwert; unde) basierend auf dem Erkennen eines Fremdkörpers, Einleiten einer Schutzmaßnahme.A method for detecting foreign bodies in a battery (10) for a motor vehicle (20) is proposed, wherein the vehicle has a measuring device (100), a measuring circuit (11) and a high-voltage system (HV system) (13) and that HV system (13) has a first y-capacity (C1) and a second y-capacity (C2). The method has the following steps:a) actuating the measuring circuit (11) to alternately reload the first y-capacitance (C1) and the second y-capacitance (C2) of the HV system (13);b) determining a y-capacity Total capacity from recharging the first y-capacity (C1) and the second y-capacity (C2);c) comparing the y-total capacity with a y-capacity reference value;d) detecting a foreign body in the battery (10) by detecting a deviation when comparing the total y-capacity from reloading the first y-capacity (C1) and the second y-capacity (C2) with the y-capacity reference value; ande) based on the detection of a foreign body, initiate a protective measure.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Überwachung von Betriebszuständen von Batterien, insbesondere von Hochvoltbatterien. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung in einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, eine Messvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.The invention generally relates to the field of monitoring operating states of batteries, in particular high-voltage batteries. In particular, the invention relates to a method for detecting foreign bodies in a battery for a motor vehicle, a measuring device and a motor vehicle.

Für einen sicheren Betrieb einer Batterie, wie etwa einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, und/oder einer Hochvoltbatterie, ist die Überwachung von deren Zustand erforderlich. Es sollte grundsätzlich vermieden werden, dass Fremdkörper, wie etwa Flüssigkeit, in die Batterie oder in das Batteriesystem eindringen. Denn wenn es dazu kommt, kann dies zu einem ungewollten Zustand, wie etwa eine thermische Reaktion, beispielsweise Korrosion in der Batterie, führen. Die Überwachung des Zustands der Batterie kann daher unter anderem die Erkennung von Fremdkörpern im Inneren des Batteriesystems umfassen. Dies kann zum Beispiel mittels Feuchtigkeitssensoren oder vergleichbaren Sensoren durchgeführt werden. Das Anbringen von Sensoren in Batteriesystemen kann jedoch mit Platzbedarf sowie regelmäßigen Instandsetzungen verbunden sein. Die Verwendung von speziellen Sensoren zur Erkennung von Fremdkörpern in Batteriesystemen weisen generell die Aufwendung eines zusätzlichen Bauteils auf. Dies birgt sowohl Kosten als auch neue potentielle Schwachstellen für Undichtigkeiten.For safe operation of a battery, such as a traction battery of a motor vehicle, and/or a high-voltage battery, monitoring of its condition is necessary. It should always be avoided that foreign bodies, such as liquid, enter the battery or the battery system. Because if this happens, it can lead to an undesirable condition, such as a thermal reaction, such as corrosion in the battery. Monitoring the condition of the battery can therefore include, among other things, the detection of foreign bodies inside the battery system. This can be carried out, for example, using moisture sensors or comparable sensors. However, installing sensors in battery systems can require space and require regular repairs. The use of special sensors to detect foreign bodies in battery systems generally requires the use of an additional component. This entails both costs and new potential vulnerabilities for leaks.

Batterien werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Insbesondere werden Hochvoltbatterien für Elektrofahrzeuge, d. h. Kraftfahrzeuge, die zumindest teilweise mit elektrischer Energie angetrieben werden, verwendet. In letzterem Beispielsfall, wie auch in anderen beispielhaften Verwendungen von Batterien und Hochvoltbatterien, muss sichergestellt werden können, dass in keinen Fall, d. h. auch nicht beim Eintreten eines Fehlers, der Benutzer gefährdet wird. Vor solchem sicherheitstechnischen Hintergrund kann es zusätzlich zur Überwachung des Batteriezustands erforderlich sein, den Isolationswiderstand und die y-Kapazität des Batteriesystems zu überwachen.Batteries are used, for example, in motor vehicles. In particular, high-voltage batteries for electric vehicles, i.e. H. Motor vehicles that are at least partially powered by electrical energy are used. In the latter example, as well as in other exemplary uses of batteries and high-voltage batteries, it must be possible to ensure that in no case, i.e. H. not even if an error occurs that endangers the user. Against such a safety background, in addition to monitoring the battery condition, it may be necessary to monitor the insulation resistance and the y-capacity of the battery system.

Aus der DE 10 2013 216 972 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Fremdkörpers in einer Batterie offenbart, wobei mittels einer Ersatzschaltung aus Kapazitäten und ohmschen Widerständen einer Veränderung einer elektrischen Größe gemessen wird und anhand deren Veränderung eine Fremdkörper erkannt werden kann.From the DE 10 2013 216 972 A1 A method for determining a foreign body in a battery is disclosed, wherein a change in an electrical quantity is measured using an equivalent circuit made up of capacitances and ohmic resistances and based on the change a foreign body can be recognized.

Aus der DE 10 2011 116 968 A1 ist ein Verfahren zur Detektion eines Kühlmittelverlustes in einem Batteriesystem bekannt, wobei eine erste und eine zweite Kapazität eines Entladestroms gemessen wird und durch Vergleichen der ersten und der zweiten Kapazität ein Kühlmittelverlust erkannt werden kann.From the DE 10 2011 116 968 A1 a method for detecting a loss of coolant in a battery system is known, wherein a first and a second capacity of a discharge current are measured and a loss of coolant can be detected by comparing the first and the second capacity.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erkennung von Fremdkörpern in einer Batterie für ein Kraftfahrzeug ohne spezielle Sensoren zu ermöglichen. Gleichzeitig ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorhandene Isolationswiderstandsüberwachung zur Überwachung der y-Kapazität auszunutzen, um wiederum aus der Überwachung der y-Kapazität eine Fremdkörpererkennung zu ermöglichen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Sicherheit des Betriebs einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug, zu erhöhen.It is the object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages described above. In particular, it is the object of the present invention to enable the detection of foreign bodies in a battery for a motor vehicle without special sensors. At the same time, it is the object of the present invention to utilize an existing insulation resistance monitoring for monitoring the y-capacitance in order to enable foreign body detection from the monitoring of the y-capacitance. In particular, it is the object of the present invention to increase the safety of the operation of a battery for a motor vehicle, in particular a high-voltage battery for a motor vehicle.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10, durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie durch ein computerlesbares Medium mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug, dem Computerprogrammprodukt und/oder dem computerlesbaren Medium und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a method with the features of claim 1, by a measuring device with the features of claim 9, by a vehicle with the features of claim 10, by a computer program product with the features of claim 11 and by a computer-readable medium the features of claim 12. Further features and details of the invention result from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the method according to the invention naturally also apply in connection with the vehicle according to the invention, the computer program product and/or the computer-readable medium and vice versa, so that reference is always made to each other with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention or can be.

Mit Ausführungsformen der Erfindung kann in vorteilhafter Weise ein verbessertes Verfahren zur Fremdkörpererkennung in einer Batterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Mit einem solchen Verfahren kann die Sicherheit des Betriebs einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug, erhöht werden.Embodiments of the invention can advantageously provide an improved method for detecting foreign bodies in a battery for a motor vehicle. With such a method, the safety of the operation of a battery for a motor vehicle, in particular a high-voltage battery for a motor vehicle, can be increased.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fremdkörpererkennung in einer Batterie für Kraftfahrzeug, wobei eine Messvorrichtung eine Messschaltung und ein Hochvolt-System (HV-System) aufweist und das HV-System eine erste y-Kapazität und eine zweite y-Kapazität aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

  1. a) Betätigen der Messschaltung, um wechselweise die erste y-Kapazität und die zweite y-Kapazität des HV-Systems umzuladen;
  2. b) Bestimmen einer y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität;
  3. c) Vergleichen der y-Gesamtkapazität mit einem y-Kapazitätsreferenzwert;
  4. d) Erkennen eines Fremdkörpers in der Batterie durch Feststellen einer Abweichung beim Vergleich der y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität mit dem y-Kapazitätsreferenzwert; und
  5. e) basierend auf dem Erkennen eines Fremdkörpers, Einleiten einer Schutzmaßnahme.
One aspect of the present invention relates to a method for detecting foreign bodies in a battery for a motor vehicle, wherein a measuring device has a measuring circuit and a high-voltage system (HV system), and the HV system has a first y-capacity and a second y-capacity. The procedure has the following steps:
  1. a) actuating the measuring circuit to alternately charge the first y-capacitance and the second y-capacitance of the HV system;
  2. b) determining a total y capacity from reloading the first y capacity and the second y capacity;
  3. c) comparing the y-total capacity with a y-capacity reference value;
  4. d) detecting a foreign body in the battery by detecting a deviation when comparing the total y capacity from recharging the first y capacity and the second y capacity with the y capacity reference value; and
  5. e) based on the detection of a foreign body, initiate a protective measure.

Mit anderen Worten, kann das Verfahren für die Ausnutzung einer Überwachung der y-Kapazität zur Erkennung von Fremdkörpern, insbesondere Flüssigkeiten, in der Batterie durch die Veränderung der y-Gesamtkapazität sorgen. Denn die y-Kapazität und somit die y-Gesamtkapazität hängen von der elektrischen Permittivität ab. Eine Veränderung der elektrischen Permittivität kann sich dabei auf den Wert der y-Gesamtkapazität auswirken. Eine Veränderung der y-Gesamtkapazität kann durch einen Vergleich der y-Gesamtkapazität mit einem y-Kapazitätsreferenzwert festgestellt werden.In other words, the method can provide for the use of monitoring of the y-capacity to detect foreign bodies, in particular liquids, in the battery by changing the overall y-capacity. Because the y-capacity and thus the y-total capacity depend on the electrical permittivity. A change in the electrical permittivity can affect the value of the y-total capacitance. A change in the y-total capacity can be determined by comparing the y-total capacity with a y-capacity reference value.

Es sei angemerkt, dass der Ausdruck Fremdkörpererkennung in der Batterie im Kontext der vorliegenden Offenbarung breit zu verstehen ist. Dabei kann eine Fremdkörpererkennung in einem Batteriesystem gemeint sein. Es kann sich dabei grundsätzlich um die Erkennung von störenden Fremdkörpern in der Batterie handeln. Der Begriff Batterie ist vorliegend ebenso breit zu verstehen. Es kann sich dabei um eine Hochvoltbatterie, ein Batteriemodul, ein Batteriesystem oder dergleichen handeln. Insbesondere kann die Batterie mehrere Zellen und ein Batteriegehäuse aufweisen.It should be noted that the term foreign body detection in the battery is to be understood broadly in the context of the present disclosure. This can mean foreign body detection in a battery system. In principle, this can involve the detection of disruptive foreign bodies in the battery. The term battery is to be understood just as broadly in this case. This can be a high-voltage battery, a battery module, a battery system or the like. In particular, the battery can have several cells and a battery housing.

Die Messvorrichtung kann ein erstes Hochvoltpotential, ein zweites Hochvoltpotential und eine Fahrzeug-Masse, die sowohl mit der Messschaltung als auch mit dem HV-System elektrisch leitend verbunden sind, aufweisen. Das erste Hochvoltpotential kann ein positiver Pol, z. B. mit einer Anode der Batterie elektrisch leitend verbunden, sein. Das zweite Hochvoltpotential kann ein negativer Pol, z. B. mit einer Kathode der Batterie elektrisch leitend verbunden, sein. Es sei angemerkt, dass die Messvorrichtung die Batterie umfassen kann. Alternativ kann aber die Messvorrichtung mit der Batterie elektrisch leitend verbunden sein und die Batterie nicht umfassen.The measuring device can have a first high-voltage potential, a second high-voltage potential and a vehicle ground, which are electrically connected to both the measuring circuit and the HV system. The first high-voltage potential can be a positive pole, e.g. B. be electrically connected to an anode of the battery. The second high-voltage potential can be a negative pole, e.g. B. be electrically connected to a cathode of the battery. It should be noted that the measuring device may include the battery. Alternatively, the measuring device can be electrically connected to the battery and not include the battery.

Die Messschaltung kann zwei Schalter aufweisen. Zwischen dem ersten Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse kann ein erster Schalter angeordnet sein. Zwischen dem zweiten Hochvolt-Potential und der Fahrzeug-Masse kann ein zweiter Schalter angeordnet sein. Die Messschaltung kann ferner einen definierten Widerstand aufweisen.The measuring circuit can have two switches. A first switch can be arranged between the first high-voltage potential and the vehicle ground. A second switch can be arranged between the second high-voltage potential and the vehicle ground. The measuring circuit can also have a defined resistance.

Das HV-System kann die zwei y-Kapazitäten sowie zwei Isolationswiderstände aufweisen. Zwischen dem ersten Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse können die erste y-Kapazität sowie ein erster Isolationswiderstand im HV-System angeordnet sein. Zwischen dem zweiten Hochvolt-Potential und der Fahrzeug-Masse können die zweite y-Kapazität und der zweite Isolationswiderstand angeordnet sein.The HV system can have two y-capacitances and two insulation resistances. The first y-capacitance and a first insulation resistance in the HV system can be arranged between the first high-voltage potential and the vehicle mass. The second y-capacitance and the second insulation resistance can be arranged between the second high-voltage potential and the vehicle mass.

In einem ersten Verfahrensschritt kann die Messschaltung derart betätigt werden, dass die erste y-Kapazität und die zweite y-Kapazität des HV-Systems umgeladen werden. Mit anderen Worten können die erste und die zweite y-Kapazitäten periodisch auf- und wieder entladen werden. Dies kann dadurch erreicht werden, indem die Messschaltung zwischen einem ersten Zustand und einen zweiten Zustand betätigt wird.In a first method step, the measuring circuit can be actuated in such a way that the first y-capacitance and the second y-capacity of the HV system are reloaded. In other words, the first and second y-capacitances can be periodically charged and discharged again. This can be achieved by actuating the measuring circuit between a first state and a second state.

Es sei bemerkt, dass die erste y-Kapazität und die zweite y-Kapazität jeweils die gesamte y-Kapazität des Systems bezeichnen können, jedoch jeweils die y-Kapazität, welche durch eine erste und entsprechend eine zweite Messung messbar ist. Die genannten y-Kapazitäten bezeichnen insbesondere jeweils die gesamten y-Kapazitäten in dem entsprechenden Teil des elektrischen Systems. Die getrennte Bezeichnung der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität kann rechnerische Hintergründe haben. Die Bezeichnung „erste“ und „zweite“ ist nicht dahingehend zu verstehen, dass damit zwei unterschiedlichen physikalischen Kapazitäten bezeichnet werden.It should be noted that the first y-capacity and the second y-capacity can each denote the total y-capacity of the system, but in each case the y-capacity, which can be measured by a first and correspondingly a second measurement. The y-capacities mentioned refer in particular to the total y-capacities in the corresponding part of the electrical system. The separate designation of the first y-capacity and the second y-capacity may have computational reasons. The terms “first” and “second” should not be understood to mean two different physical capacities.

Im ersten Zustand kann der zweite Schalter geöffnet sein und der erste Schalter betätigt werden. In einem zweiten Zustand kann der erste Schalter geöffnet sein und der zweite Schalter betätigt werden. Durch das wechselweise Umladen der zwei y-Kapazitäten kann die y-Gesamtkapazität bestimmt werden. Die y-Gesamtkapazität umfasst die erste y-Kapazität und die zweite y-Kapazität.In the first state, the second switch can be opened and the first switch can be actuated. In a second state, the first switch can be opened and the second switch can be actuated. By reloading the two y-capacities alternately, the total y-capacity can be determined. The total y capacity includes the first y capacity and the second y capacity.

Es sei angemerkt, dass zur Bestimmung der y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der zwei y-Kapazitäten eine mathematische Optimierungsmethode, wie etwa Kurvenanpassung, Näherungsverfahren, Parameterschätzung und/oder Ausgleichungsrechnung, verwendet werden kann.It should be noted that to determine the total y-capacity from the reloading of the two y-capacities, a mathematical optimization method such as curve fitting, approximation method, parameter estimation and/or adjustment calculation can be used.

Nachdem die y-Gesamtkapazität bestimmt worden ist, kann diese mit einem y-Kapazitätsreferenzwert verglichen werden. Beim Vergleich der y-Gesamtkapazität mit dem y-Kapazitätsreferenzwert kann insbesondere eine Abweichung vom y-Kapazitätsreferenzwert festgestellt werden. Die y-Kapazitätsreferenzwert kann die y-Gesamtkapazität bei einer negativen Feststellung von Fremdkörpern entsprechen. Mit anderen Worten kann der y-Kapazitätsreferenzwert der y-Gesamtkapazität ohne Fremdkörper entsprechen, d. h. einem sicheren Betriebszustand der Batterie entsprechen.After the total y capacity has been determined, it can be compared to a y capacity reference value. When comparing the y-total capacity with the y-capacity reference value, a deviation from the y-capacity reference value can in particular be determined. The y-capacity reference value can correspond to the y-total capacity in the event of a negative foreign body detection. In other words, the y-capacity reference value can correspond to the y-total capacity without foreign bodies, that is, correspond to a safe operating state of the battery.

Hierbei kann es sich als erforderlich herausstellen, dass die Abhängigkeit der parasitären y-Kapazität, d. h. der y-Gesamtkapazität, von den übrigen Abhängigkeiten, wie zum Beispiel Ladezustand der Batterie und/oder Temperatur, herausgefiltert werden muss. Ebenfalls kann das Eindringen eines Fremdkörpers Einfluss auf den Isolationswiderstand haben, welcher in der gleichen Messung bestimmt werden kann und als weiterer Parameter herangezogen werden kann.It may turn out to be necessary that the dependence of the parasitic y-capacitance, i.e. H. the y-total capacity must be filtered out from the other dependencies, such as the battery charge level and/or temperature. The penetration of a foreign body can also have an influence on the insulation resistance, which can be determined in the same measurement and can be used as an additional parameter.

Wird eine Abweichung beim voranstehend und nachfolgend erläuterten Vergleich festgestellt, so kann die Anwesenheit eines Fremdkörpers in der Batterie festgestellt werden. Die Abweichung kann insbesondere einer Erhöhung entsprechen.If a deviation is found in the comparison explained above and below, the presence of a foreign body in the battery can be determined. The deviation can in particular correspond to an increase.

Es sei bemerkt, dass eine y-Kapazität in der Regel die Kapazität eines y-Kondensators bezeichnet. Zwischen Zellen und Batteriegehäuse der Batterie kann eine große Fläche mit getrennten Potentialen entstehen. Dies kann insbesondere bei Hochvoltbatterien der Fall sein. Diese können sich vereinfacht als großer Plattenkondensator darstellen lassen, welcher ein Dielektrikum in seinem Zwischenraum enthält.It should be noted that a y-capacitance usually denotes the capacity of a y-capacitor. A large area with separate potentials can arise between the cells and the battery housing of the battery. This can be particularly the case with high-voltage batteries. These can be simplified as a large plate capacitor, which contains a dielectric in its gap.

Die y-Kapazität C hängt dabei von der relativen elektrischen Permittivität εr des Dielektrikums (nachfolgend als elektrische Permittivität bezeichnet) zwischen zwei Platten eines Plattenkondensators ab wie folgt C = ε 0 ε r A d ,

Figure DE102022213760B3_0001
wobei A die Fläche der Platten ist, d der Abstand zwischen zwei Flächen des Kondensatoren und ε0 die elektrische Feldkonstante (Permittivität des Vakuums). In einem sicheren Betriebszustand der Batterie soll in der Regel die elektrische Permittivität εr des Dielektrikums jener der Luft entsprechen. Eine Erhöhung der y-Kapazität kann somit auf eine Erhöhung der Permittivität des Dielektrikums hindeuten. Eine Erhöhung der Permittivität des Dielektrikums kann wiederrum auf die Anwesenheit eines Fremdkörpers hindeuten, denn nur die Permittivität des Vakuums kann bei gleicher Temperatur niedriger als die der Luft sein. Die Permittivität εr beträgt für eine Temperatur von ca. 18°C z. B. für Wasser εr ≈ 80,1, für Glas εr ≈ 6, und für Methanol εr ≈ 32. Es sei bemerkt, dass die Primitivität von zahlreichen Faktoren, wie z.B. Temperatur und Messfrequenz, abhängen kann, sodass die voranstehend genannten Werte je nach Messung, bzw. Messprozedere und/oder Messkonditionen, leicht variieren können.The y-capacitance C depends on the relative electrical permittivity ε r of the dielectric (hereinafter referred to as electrical permittivity) between two plates of a plate capacitor as follows C = ε 0 ε r A d ,
Figure DE102022213760B3_0001
where A is the area of the plates, d is the distance between two surfaces of the capacitor and ε 0 is the electric field constant (permittivity of the vacuum). In a safe operating state of the battery, the electrical permittivity ε r of the dielectric should generally correspond to that of the air. An increase in the y-capacitance can therefore indicate an increase in the permittivity of the dielectric. An increase in the permittivity of the dielectric can in turn indicate the presence of a foreign body, because only the permittivity of the vacuum can be lower than that of air at the same temperature. The permittivity ε r is z. for a temperature of approx. 18°C. E.g. for water ε r ≈ 80.1, for glass ε r ≈ 6, and for methanol ε r ≈ 32. It should be noted that the primitiveness can depend on numerous factors, such as temperature and measurement frequency, so that the above mentioned Values may vary slightly depending on the measurement, or measurement procedure and/or measurement conditions.

Ist die bestimmte y-Gesamtkapazität größer als der y-Kapazitätsreferenzwert, so kann festgestellt werden, dass in der Batterie nicht nur Luft enthalten ist, sondern auch ein unerwünschter Fremdkörper.If the determined y-total capacity is greater than the y-capacity reference value, it can be determined that the battery not only contains air, but also an undesirable foreign body.

Es sei bemerkt, dass nicht jede Abweichung beim Vergleich der y-Gesamtkapazität mit dem y-Kapazitätsreferenzwert das Erkennen eines Fremdkörpers in der Batterie bejahen kann. Vielmehr ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung der Begriff Abweichung breit, bzw. in dessen technischem Sinne, zu verstehen. Bei der Definition der Abweichung soll in der Regel eine Fehlertoleranz bzw. eine Fehlermarge berücksichtigt werden. Bei der Definition der Abweichung soll ein zulässiger Fehlerbereich berücksichtigt werden. Ein solcher Fehlerbereich kann zum Beispiel in der Messvorrichtung hinterlegt sein oder aber auch bei der Auswertung der Messung(en) bzw. der Bestimmung(en) der y-(Gesamt)Kapazität statistisch bestimmt werden.It should be noted that not every deviation when comparing the y-total capacity with the y-capacity reference value can confirm the detection of a foreign body in the battery. Rather, in the context of the present disclosure, the term deviation is to be understood broadly, or in its technical sense. When defining the deviation, an error tolerance or an error margin should generally be taken into account. When defining the deviation, a permissible error range should be taken into account. Such an error range can, for example, be stored in the measuring device or can also be determined statistically when evaluating the measurement(s) or the determination(s) of the y (total) capacity.

In einem letzten Schritt des Verfahrens kann eine oder mehrere Schutzmaßnahmen eingeleitet werden, wenn ein Fremdkörper in der Batterie erkannt worden ist. Der Begriff Schutzmaßnahme ist im Kontext der vorliegenden Offenbarung breit zu verstehen. Eine Schutzmaßnahme kann insbesondere einen Abbruch eines Ladevorgangs der Batterie oder eine Abschaltung der Batterie mit einer Ladevorrichtung umfassen. Eine Schutzmaßnahme kann alternativ oder zusätzlich das Versenden eines Signals, etwa eines Warnsignals, aufweisen.In a final step of the process, one or more protective measures can be initiated if a foreign body has been detected in the battery. The term protective measure is to be understood broadly in the context of the present disclosure. A protective measure can in particular include aborting a charging process for the battery or switching off the battery using a charging device. A protective measure can alternatively or additionally include sending a signal, such as a warning signal.

Das voranstehend und nachfolgend beschriebene Verfahren kann somit ein sicheres Betreiben einer Batterie für ein Kraftfahrzeug bereitstellen. Durch das Verfahren kann eine zuverlässige Fremdkörpererkennung in einer Batterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Das Verfahren kann zudem ein großes Einsparpotential gegenüber der Verwendung spezieller Sensoren bieten. Dabei können notwendige zusätzliche Ressourcen geschont werden, da bereits vorhandene Messungen bzw. Verfahren, z. B. Verfahren zur Überwachung der y-Kapazität, ausgenutzt werden können. Durch das voranstehend und nachfolgend beschriebene Verfahren werden keine weiteren konstruktiven Maßnahmen an der Batterie notwendig, sodass das Entstehen neuer Schwachstellen reduziert oder sogar ausgeschlossen werden kann.The method described above and below can therefore provide safe operation of a battery for a motor vehicle. The method can provide reliable foreign body detection in a battery for a motor vehicle. The process can also offer great potential for savings compared to using special sensors. Necessary additional resources can be saved because existing measurements or procedures, e.g. B. Methods for monitoring the y-capacity can be exploited. The process described above and below means that no further constructive measures on the battery are necessary, so that the emergence of new weak points can be reduced or even eliminated.

Das voranstehend und nachfolgend beschriebene Verfahren kann eine frühzeitige Erkennung von Flüssigkeiten in einer Hochvoltbatterie ermöglichen und somit Events, Korrosion und ungewollte Zustände verhindern.The method described above and below can enable early detection of liquids in a high-voltage battery and thus prevent events, corrosion and unwanted conditions.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der y-Kapazitätsreferenzwert durch Kalibrierung des HV-Systems bestimmt. Alternativ oder zusätzlich ist er in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs hinterlegt.According to one embodiment of the method, the y-capacity reference value is determined by calibrating the HV system. Alternatively or additionally, it is stored in a storage medium of the motor vehicle.

Der y-Kapazitätsreferenzwert kann mittels eines Kalibrierungsprozesses bestimmt werden. Ein Kalibrierungsprozess kann grundsätzlich die Verfahrensschritte a) und b) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Kalibrierungsprozess bzw. die Kalibrierung darin bestehen, dass der y-Kapazitätsreferenzwert gerechnet oder geschätzt wird. Der y-Kapazitätsreferenzwert kann der y-Gesamtkapazität der Messvorrichtung in einem Betriebszustand entsprechen, in welchem keinen Fremdkörper anwesend ist. Mit anderen Worten kann der y-Kapazitätsreferenzwert einem Sollwert entsprechen. Weiter mit anderen Worten kann der y-Kapazitätsreferenzwert einer y-Gesamtkapazität entsprechen, die bei einem sicheren Betriebszustand der Batterie gemessen oder errechnet werden kann.The y-capacitance reference value can be determined using a calibration process. A calibration process can basically have the process steps a) and b). Alternatively or additionally, a calibration process or calibration can consist of calculating or estimating the y-capacity reference value. The y-capacity reference value can correspond to the y-total capacity of the measuring device in an operating state in which no foreign body is present. In other words, the y-capacity reference value may correspond to a target value. In other words, the y-capacity reference value can correspond to a y-total capacity that can be measured or calculated when the battery is in a safe operating state.

Die Kalibrierung des HV-Systems kann mit einer Kalibrierung der Messvorrichtung korrespondieren. Die Kalibrierung des HV-Systems kann herstellerseitig durchgeführt werden. Durch Kalibrierung des HV-Systems kann die Zuverlässigkeit der Fremdkörpererkennung in einer Batterie weiter erhöht werden.The calibration of the HV system can correspond to a calibration of the measuring device. The calibration of the HV system can be carried out by the manufacturer. By calibrating the HV system, the reliability of foreign body detection in a battery can be further increased.

Der y-Kapazitätsreferenzwert kann zudem in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein oder werden. Die Messvorrichtung kann somit beispielsweise beim Verfahrensschritt des Vergleichs den y-Kapazitätsreferenzwert abrufen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der y-Kapazitätsreferenzwert jederzeit von der Messvorrichtung abrufbar sein kann. Dies kann die Zuverlässigkeit der Fremdkörpererkennung in einer Batterie weiter erhöhen.The y-capacity reference value can also be stored in a storage medium of the motor vehicle. The measuring device can thus, for example, retrieve the y-capacity reference value during the comparison process step. In principle, it is conceivable that the y-capacity reference value can be called up by the measuring device at any time. This can further increase the reliability of foreign body detection in a battery.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen der folgenden Schritte auf:

  • f) Speichern in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs von der bestimmten y-Gesamtkapazität als y-Kapazitätsreferenzwert; und
  • g) iteratives Wiederholen der Schritte a) - e)
According to one embodiment of the method, the method further comprises one of the following steps:
  • f) storing the determined y-total capacity in a storage medium of the motor vehicle as a y-capacity reference value; and
  • g) iterative repetition of steps a) - e)

Mit anderen Worten, ist es denkbar, dass der y-Kapazitätsreferenzwert der y-Gesamtkapazität einer früheren Messung entspricht, vorausgesetzt es wurde bis dahin kein Fremdkörper bzw. keine Abweichung festgestellt. Weiter mit anderen Worten kann das Speichern der bestimmten y-Gesamtkapazität als y-Kapazitätsreferenzwert dahingehend verstanden werden, dass ein zeitlicher Verlauf des y-Kapazitätsreferenzwert gespeichert werden kann. Es ist daher denkbar, dass beim Verfahrensschritt des Vergleichs, d. h. c), die bestimmte y-Gesamtkapazität mit y-Kapazitätsreferenzwerten, wie etwa den zwei, drei oder vier letzten gespeicherten y-Kapazitätsreferenzwerten, verglichen wird. Im Verfahrensschritt c) kann die y-Gesamtkapazität mit einem zeitlichen Verlauf des y-Kapazitätsreferenzwerts verglichen werden.In other words, it is conceivable that the y-capacity reference value corresponds to the y-total capacity of a previous measurement, provided that no foreign body or deviation has been detected up to that point. In other words, storing the determined y-total capacity as a y-capacity reference value can be understood to mean that a time course of the y-capacity reference value can be saved. It is therefore conceivable that in the comparison process step, i.e. H. c) the determined total y-capacity is compared with y-capacity reference values, such as the two, three or four last stored y-capacity reference values. In method step c), the y-total capacity can be compared with a time course of the y-capacity reference value.

Die im Verfahrensschritt b) bestimmte y-Gesamtkapazität kann als y-Kapazitätsreferenzwert gespeichert werden, solange die Fluktuationen der bestimmten y-Gesamtkapazität nicht eine bestimmte Fehlermarge überschreiten, bzw. eine bestimmte erlaubte Abweichung zu einer oder mehreren früheren Messung(en) der y-Gesamtkapazität nicht überschreiten.The y-total capacity determined in method step b) can be stored as a y-capacity reference value as long as the fluctuations in the determined y-total capacity do not exceed a certain error margin or a certain permitted deviation from one or more previous measurements of the y-total capacity do not exceed.

Dies kann sich als vorteilhaft erweisen, da somit ein zeitlicher Verlauf der bestimmten y-Gesamtkapazität gespeichert werden und somit die Zuverlässigkeit der Fremdkörpererkennung in einer Batterie erhöht werden kann. Dadurch können zum Beispiel auch systematische Fehler oder zufällige Fehler bei der Messung der y-Gesamtkapazität bestimmt und ggf. berücksichtigt werden. Die Genauigkeit der Fremdkörperkennung und somit die Sicherheit des Betreibens der Batterie für ein Kraftfahrzeug kann erhöht werden.This can prove to be advantageous because a time course of the determined y-total capacity can be saved and the reliability of foreign body detection in a battery can be increased. This allows, for example, systematic errors or random errors when measuring the y-total capacity to be determined and, if necessary, taken into account. The accuracy of the foreign body detection and thus the safety of operating the battery for a motor vehicle can be increased.

Die Verfahrensschritte a) bis e) können iterativ wiederholt werden. Insbesondere können die Verfahrensschritte kontinuierlich oder periodisch, also in bestimmten Zeitabständen durchgeführt werden.Process steps a) to e) can be repeated iteratively. In particular, the process steps can be carried out continuously or periodically, i.e. at certain time intervals.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren ferner einen der folgenden Schritte auf:

  • h) Vergleichen der y-Gesamtkapazität mit einem Grenzwert für die y-Gesamtkapazität;
  • i) basierend auf dem Vergleich der y-Gesamtkapazität mit dem Grenzwert, Einleiten einer Schutzmaßnahme.
According to one embodiment of the method, the method further comprises one of the following steps:
  • h) comparing the y-total capacity with a limit for the y-total capacity;
  • i) based on the comparison of the y-total capacity with the limit value, initiate a protective measure.

Der Isolationswiderstand muss in der Regel überwacht werden. Es kann sich jedoch vorteilhaft erweisen die y-Gesamtkapazität zusätzlich zum Isolationswiderstand der Messvorrichtung zu überwachen.The insulation resistance usually needs to be monitored. However, it may prove advantageous to monitor the total y capacitance in addition to the insulation resistance of the measuring device.

Es sei bemerkt, dass je höher die Spannung des Systems ist, desto strenger können die Anforderung für die maximal zu erreichende Kapazität des Systems sein. Mit anderen Worten kann bei höheren Spannungslagen das Gesamtbudget der y-Kapazitäten eines Fahrzeugs geringer werden.It should be noted that the higher the voltage of the system, the stricter the requirement for the maximum capacity that can be achieved be system. In other words, at higher voltage levels, the overall budget of the y-capacities of a vehicle can become smaller.

Zu den wirksamen y-Kapazitäten können neben den dafür im Kraftfahrzeug vorgesehenen Kondensatoren mit definierter Kapazität auch parasitäre Anteile, z. B. in der HV-Batterie, und y-Kondensatoren in einer Ladeinfrastruktur für das DC-Laden, z. B. in kraftfahrzeugexternen Ladestationen, beitragen. Die jeweils aktuell wirksame y-Kapazität ist zum Beispiel von Umwelteinflüssen, von einem Betriebszustand (insbesondere durch Einfluss einer Ladeinfrastruktur) oder von Alterung abhängig. Damit müssen für die Auslegung der Kondensatoren für die Funkentstörung im Kraftfahrzeug Sicherheitsreserven vorgehalten und muss der Einfluss parasitärer Effekte berücksichtigt werden, sodass unter keinen Umständen personengefährdende Energien aus y-Kapazitäten im ersten Fehlerfall abgegeben werden können ( DE 102020102658 A1 ).In addition to the capacitors with a defined capacity provided in the motor vehicle, the effective y-capacitances can also include parasitic components, e.g. B. in the HV battery, and y-capacitors in a charging infrastructure for DC charging, e.g. B. in charging stations external to the vehicle. The currently effective y-capacity depends, for example, on environmental influences, on an operating state (in particular due to the influence of a charging infrastructure) or on aging. This means that safety reserves must be maintained when designing the capacitors for radio interference suppression in motor vehicles and the influence of parasitic effects must be taken into account, so that under no circumstances can energies that are dangerous to people be released from y-capacitors in the first case of a fault ( DE 102020102658 A1 ).

So darf beispielsweise die y-Gesamtkapazität einen vorgeschriebenen Grenzwert nicht überschreiten, d. h. einen Summenenergiegehalt von z. B. 0,2 Joule nicht erreichen. Der Grenzwert für die y-Gesamtkapazität kann daher in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein. Der Grenzwert für die y-Gesamtkapazität kann geregelt bzw. genormt sein.For example, the total y capacity must not exceed a prescribed limit, i.e. H. a total energy content of z. B. cannot reach 0.2 joules. The limit value for the y total capacity can therefore be stored in a storage medium of the motor vehicle. The limit value for the y-total capacity can be regulated or standardized.

Schutzmaßnahmen können eingeleitet werden, sobald der Grenzwert für die y-Gesamtkapazität erreicht wird. Die Schutzmaßnahmen können ähnlich oder gleich sein wie die Schutzmaßnahmen, die eingeleitet werden können, wenn ein Fremdkörper in der Batterie erkannt wird. Alternativ können die Schutzmaßnahmen, die eingeleitet werden, wenn der Grenzwert für die y-Gesamtkapazität erreicht wird, sich von der oder von den Schutzmaßnahmen des Verfahrensschritts e) unterscheiden. Die Schutzmaßnahme kann beispielsweise eine elektrische Entladung zumindest eines Teils der y-Kapazitäten umfassen. Damit kann der Grenzwert für die y-Gesamtkapazität möglichst schnell unterschritten werden.Protective measures can be initiated as soon as the limit for the y-total capacity is reached. The protective measures may be similar or the same as the protective measures that can be taken when a foreign object is detected in the battery. Alternatively, the protective measures that are initiated when the limit value for the y-total capacity is reached may differ from the protective measure(s) of method step e). The protective measure can, for example, include an electrical discharge of at least part of the y-capacitances. This means that the limit value for the y-total capacity can be fallen below as quickly as possible.

Verfahrensschritte h) und i) können zum Vorteil haben, dass gleichzeitig mit der Fremdkörpererkennung auch die y-Kapazität bzw. die y-Gesamtkapazität der Batterie und/oder der Messvorrichtung überwacht werden kann. Dies erhöht weiter die Sicherheit des Betriebs der Batterie.Method steps h) and i) can have the advantage that the y-capacity or the y-total capacity of the battery and/or the measuring device can also be monitored at the same time as the foreign body detection. This further increases the safety of the battery's operation.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt b) ferner eine elektrische Permittivität in der Batterie geschätzt.According to one embodiment of the method, an electrical permittivity in the battery is further estimated in step b).

Aus dem Umladen der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität können Parameter aus dem Verlauf der entsprechenden Spannungen mittels Kurvenanpassung ermittelt werden. Als Funktion zur Kurvenanpassung kann folgende Funktion verwendet werden U ( t ) = K ( 1 e t τ ) + U 0 ,

Figure DE102022213760B3_0002
wobei die Parameter τ, K und U0 mittels Kurvenanpassung ermittelt werden können. Beim Ermitteln der Parameter, insbesondere des Parameters τ können die Isolationswiderstände verwendet werden. Der Parameter τ setzt sich wie folgt zusammen τ = C y R T ,
Figure DE102022213760B3_0003
wobei Cy die y-Gesamtkapazität und RT der Gesamtisolationswiderstand ist. Vorausgesetzt die Geometrie der Batterie bzw. des Batteriesystems ist bekannt, kann aus C y = ε 0 ε r A d ,
Figure DE102022213760B3_0004
die elektrische Permittivität εr zumindest abgeschätzt werden, da RT aus dem ersten und dem zweiten Isolationswiderstand und dem definierten Widerstand bestimmt werden kann. Dies kann in vorteilhafter Weise die Zuverlässigkeit der Fremdkörpererkennung weiter erhöhen.From the reloading of the first y-capacitance and the second y-capacitance, parameters from the course of the corresponding voltages can be determined using curve fitting. The following function can be used as a curve fitting function U ( t ) = K ( 1 e t τ ) + U 0 ,
Figure DE102022213760B3_0002
where the parameters τ, K and U 0 can be determined by curve fitting. When determining the parameters, in particular the parameter τ, the insulation resistances can be used. The parameter τ is composed as follows τ = C y R T ,
Figure DE102022213760B3_0003
where C y is the y total capacitance and R T is the total insulation resistance. Provided the geometry of the battery or battery system is known, this can be done C y = ε 0 ε r A d ,
Figure DE102022213760B3_0004
the electrical permittivity ε r can at least be estimated, since R T can be determined from the first and second insulation resistance and the defined resistance. This can advantageously further increase the reliability of foreign body detection.

Dies kann sich insofern vorteilhaft erweisen, dass dadurch abgeschätzt werden kann, welcher Fremdkörper, bzw. welche Flüssigkeit in der Batterie anwesend ist.This can prove to be advantageous in that it can be estimated which foreign body or liquid is present in the battery.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die y-Gesamtkapazität kontinuierlich bestimmt.According to one embodiment of the method, the y total capacity is determined continuously.

Im Kontext der vorliegenden Offenbarung ist der Begriff kontinuierlich breit zu verstehen. Kontinuierlich kann dahingehend verstanden werden, dass die y-Gesamtkapazität in regelmäßigen, periodischen oder unregelmäßigen Zeitabständen bestimmt wird. Damit kann in zuverlässiger Weise die Sicherheit des Betriebs der Batterie kontinuierlich gewährleitest werden.In the context of the present disclosure, the term continuous is to be understood broadly. Continuous can be understood to mean that the y-total capacity is determined at regular, periodic or irregular time intervals. This means that the safety of the battery's operation can be continuously guaranteed in a reliable manner.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt b) die y-Gesamtkapazität mittels Kurvenanpassung eines zeitlichen Verlaufs einer Spannung zwischen zumindest einem Hochvoltpotential und einer Fahrzeug-Masse bestimmt.According to one embodiment of the method, in step b), the y total capacity is determined by curve fitting a time profile of a voltage between at least one high-voltage potential and a vehicle mass.

Über die Kurvenanpassung kann die y-Gesamtkapazität schnell und genau ermittelt werden. Die gemessenen Verläufe der Spannungen beim Umladen der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität werden durch eine Gleichung und Funktion angenähert. Dadurch können Parameter, wie etwa Parameter K, U0 und τ, der Näherung ermittelt werden.The y-total capacity can be determined quickly and accurately using curve fitting. The measured curves of the voltages when recharging the first y-capacitance and the two th y-capacity are approximated by an equation and function. This allows parameters such as parameters K, U 0 and τ of the approximation to be determined.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Einleiten einer Schutzmaßnahme das Ausgeben auf einer Benutzerschnittstelle.According to an embodiment of the method, initiating a protective measure includes issuing on a user interface.

Mit anderen Worten kann der Benutzer einer Batterie und/oder eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Batterie darüber informiert werden, dass sich die Batterie nicht in einem sicheren Betriebszustand befindet und/oder dass ein Fremdkörper in der Batterie festgestellt worden ist. Bei der Benutzerschnittstelle kann es sich beispielsweise um eine Funkschnittstelle, um ein Ferngerät und/oder ein Bedienungsgerät des Kraftfahrzeugs handeln.In other words, the user of a battery and/or a motor vehicle with such a battery can be informed that the battery is not in a safe operating state and/or that a foreign body has been detected in the battery. The user interface can be, for example, a radio interface, a remote device and/or an operating device of the motor vehicle.

Der Benutzer der Batterie und/oder des Kraftfahrzeugs kann darüber informiert werden, welche Schutzmaßnahmen eingeleitet worden sind. Beispielsweise kann der Benutzer des Fahrzeugs darüber informiert werden, dass der Ladevorgang der Batterie des Kraftfahrzeugs angehalten oder gestoppt worden ist. Das Ausgeben auf einer Benutzerschnittstelle kann daher das Senden eines Signals z. B. über Funk an ein Benutzergerät umfassen.The user of the battery and/or the motor vehicle can be informed about what protective measures have been taken. For example, the user of the vehicle can be informed that the charging process of the battery of the motor vehicle has been stopped or stopped. Outputting to a user interface can therefore involve sending a signal e.g. B. via radio to a user device.

Dies kann in vorteilhafter Weise die Sicherheit des Betriebs der Batterie weiter erhöhen.This can advantageously further increase the safety of the battery's operation.

Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Messvorrichtung, aufweisend eine Messschaltung, eine Batterie und ein Hochvolt-System (HV-System), wobei das HV-System eine erste y-Kapazität und eine zweite y-Kapazität aufweist. Die Messvorrichtung ist an eine Steuereinheit koppelbar, wobei die Steuereinheit zum Steuern der Messschaltung, zum Einleiten einer Schutzmaßnahme sowie zum Durchführen eines Verfahrens wie voranstehend und nachfolgend beschrieben eingerichtet ist.A third aspect of the present disclosure relates to a measuring device having a measuring circuit, a battery and a high-voltage system (HV system), wherein the HV system has a first y-capacity and a second y-capacity. The measuring device can be coupled to a control unit, the control unit being set up to control the measuring circuit, to initiate a protective measure and to carry out a method as described above and below.

Die Steuereinheit kann innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Steuereinheit kann über Draht oder alternativ über Funk die Messschaltung steuern. Die Steuereinheit kann zudem dazu eingerichtet sein, das Einleiten einer Schutzmaßnahme anzuordnen. Die Steuereinheit kann zudem das Senden über eine Funkschnittstelle der während dem Verfahren gemessenen und/oder abgeschätzten Parameter und/oder physikalischen Größen, wie z. B. die y-Kapazität, an ein externes Speichermedium anordnen, wobei es sich beim externen Speichermedium um ein Speichermedium außerhalb des Fahrzeugs handeln kann, wie beispielsweise einen Online-Speicher.The control unit can be arranged inside or outside the vehicle. The control unit can control the measuring circuit via wire or alternatively via radio. The control unit can also be set up to order the initiation of a protective measure. The control unit can also transmit via a radio interface the parameters and/or physical variables measured and/or estimated during the method, such as. B. the y-capacity, to an external storage medium, whereby the external storage medium can be a storage medium outside the vehicle, such as an online memory.

Mit einer solchen Messvorrichtung kann eine frühzeitige Erkennung von Flüssigkeiten in einer Hochvoltbatterie ermöglicht werden und können somit Events, Korrosion und ungewollte Zustände verhindert werden.With such a measuring device, early detection of liquids in a high-voltage battery can be made possible and events, corrosion and unwanted conditions can thus be prevented.

Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Batterie, eine Messschaltung, ein Hochvolt-System (HV-System), einen Antrieb und eine Steuereinheit. Das HV-System ist zum Betrieb der Batterie sowie des Antriebs des Kraftfahrzeugs eingerichtet. Die Steuereinheit ist zum Steuern der Messschaltung, zum Einleiten einer Schutzmaßnahme sowie zum Durchführen eines Verfahrens wie voranstehend und nachfolgend beschrieben eingerichtet.A fourth aspect of the present disclosure relates to a motor vehicle comprising a battery, a measuring circuit, a high-voltage system (HV system), a drive and a control unit. The HV system is set up to operate the battery and the drive of the motor vehicle. The control unit is set up to control the measuring circuit, to initiate a protective measure and to carry out a method as described above and below.

Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch eine Rechnereinheit der Steuereinheit des Kraftfahrzeugs, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, die Rechnereinheit veranlassen, ein Verfahren, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, auszuführen. A fifth aspect of the present disclosure relates to a computer program product comprising instructions which, when executed by a computer unit of the control unit of the motor vehicle, as described above and below, cause the computer unit to execute a method as described above and below.

Ein letzter Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt wie voranstehend beschrieben gespeichert ist.A final aspect of the present disclosure relates to a computer-readable medium on which the computer program product is stored as described above.

Sämtliche Offenbarungen, welche voranstehend und nachfolgend in Bezug auf einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, gelten gleichermaßen für alle weiteren Aspekte der vorliegenden Offenbarung.All disclosures described above and below with respect to one aspect of the present disclosure apply equally to all other aspects of the present disclosure.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 3 ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 4 ein Diagramm mit zwei Spannungsverläufen in einer betriebenen Messvorrichtung,
  • 5 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the figures. Show it:
  • 1 a schematic representation of a battery according to an exemplary embodiment,
  • 2 a schematic representation of a measuring device according to an exemplary embodiment,
  • 3 a flowchart of a method according to an exemplary embodiment,
  • 4 a diagram with two voltage curves in an operated measuring device,
  • 5 a schematic representation of a motor vehicle according to an exemplary embodiment.

Ähnliche, ähnlich wirkende, gleiche oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt.Similar, similar-acting, identical or identically acting elements are provided with the same reference numerals in the figures. The figures are only shown schematically and not to scale.

1 zeigt eine schematische Darstellung eine Batterie10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere zeigt 1 eine Seitenansicht einer Batterie 10. Die Batterie 10 der 1 stellt insbesondere ein Batteriemodul dar und weist sieben Zellen auf. Ein solches Batteriemodul kann zum Beispiel in vielfacher Weise in einem Batteriesystem eingebaut werden. Die Zellen der Batterie 10, bzw. des Batteriemoduls, der 1 sind auf einer ersten Schicht 16 angeordnet. Die erste Schicht kann insbesondere einen Isolatoren sein. Als Isolatoren oder Trennschicht kann beispielsweise eine Polypropylen-Folie (PP-Folie) verwendet werden. Eine Solche Schicht ist jedoch optional. 1 shows a schematic representation of a battery 10 according to an exemplary embodiment. In particular shows 1 a side view of a battery 10. The battery 10 of the 1 represents in particular a battery module and has seven cells. Such a battery module can, for example, be installed in a battery system in many ways. The cells of the battery 10 or the battery module 1 are arranged on a first layer 16. The first layer can in particular be an insulator. For example, a polypropylene film (PP film) can be used as insulators or separating layer. However, such a layer is optional.

Des Weiteren weist die Batterie 10, bzw. das Batteriemodul der 1, an den Längsenden jeweils eine zweite Schicht 14, die beispielsweise als Abstandshalter ausgeführt sein kann, auf. Die zweite Schicht 14 kann z.B. aus PET sein. Die zweite Schicht 14 kann die Zellen der Batterie 10 elektrisch und thermisch isolieren. Schließlich kann eine Aluminiumplatte 18 vorgesehen sein, welche zusammen mit der ersten Schicht 16 oder der zweiten Schicht 14 einen Messbereich 12 bildet. Die Aluminiumplatte 18 kann die Masse der Messvorrichtung 100 entsprechen (siehe 2). Die erste Schicht 16 und die zweite Schicht 14 sind jeweils optional. Es soll jedoch im Allgemeinen einen Bauraum vorhanden sein, welcher einen Messbereich 12 bildet, der Luft aufnehmen kann. Der Messbereich 12 kann in der Regel einen Bauraum bezeichnen, worin sich möglicherweise einen Fremdkörper eindrängen kann/könnte. Der Messbereich 12 ist in der Regel mit Luft gefüllt. Es sei bemerkt, dass der Messbereich 12 sich auf die gesamte Batterie 10, d.h. auf eine Batterie mit mehreren Batteriemodule, beziehen kann. In 1 ist dabei lediglich ein Batteriemodul gezeigt.Furthermore, the battery 10 or the battery module has the 1 , at each longitudinal end there is a second layer 14, which can be designed, for example, as a spacer. The second layer 14 can be made of PET, for example. The second layer 14 can electrically and thermally insulate the cells of the battery 10. Finally, an aluminum plate 18 can be provided, which forms a measuring area 12 together with the first layer 16 or the second layer 14. The aluminum plate 18 can correspond to the mass of the measuring device 100 (see 2 ). The first layer 16 and the second layer 14 are each optional. However, there should generally be an installation space which forms a measuring area 12 that can accommodate air. The measuring area 12 can generally designate an installation space into which a foreign body may/could possibly be forced. The measuring area 12 is usually filled with air. It should be noted that the measuring range 12 can refer to the entire battery 10, ie to a battery with several battery modules. In 1 only a battery module is shown.

Das HV-System 13 und die Messschaltung 11 sind elektrisch mit den Zellen der Batterie 10 verbunden. Insbesondere können die Schalter, bzw. die Messschaltung 11, im Batteriesystem, jedoch nicht zwischen den Zellen der Batterie, angeordnet sein.The HV system 13 and the measuring circuit 11 are electrically connected to the cells of the battery 10. In particular, the switches or the measuring circuit 11 can be arranged in the battery system, but not between the cells of the battery.

Füllt sich der Messbereich z. B. mit Flüssigkeit, so wird sich die bestimmte y-Gesamtkapazität ändern.If the measuring range fills up, for example B. with liquid, the specific y-total capacity will change.

Die Überwachung des Isolationswiderstandes und/oder der y-Kapazität kann insofern abgewandelt werden, dass darüber Flüssigkeiten, z. B. Wasser, in dem Batteriesystem bzw. in der Batterie erkannt werden können. Die Überwachung der y-Kapazität kann vorsehen, die gesamte Kapazität parasitärer Effekte und verbauter Kondensatoren durch das gesamte zusammenhängende System zu überwachen. Es kann daher vorgesehen werden, dass bei einem geöffneten HV-Schaltelement (hier nicht gezeigt), welcher zwischen Batterie und HV-System angeordnet sein kann, die reine y-Kapazität, welche sich durch parasitäre Effekte zwischen den Oberflächen des Gehäuses der Batterie 10 und der Zellen, bzw. zwischen einer Aluminiumplatte 18 und der Zellen, ausbildet, gemessen wird. Durch die Abhängigkeit der elektrischen Kapazität von der elektrischen Permittivität kann es bei ansonsten unveränderten Abständen und Flächen möglich sein, Flüssigkeiten im Messbereich 12 zu erkennen.The monitoring of the insulation resistance and/or the y-capacitance can be modified in such a way that liquids, e.g. B. water, in the battery system or in the battery can be detected. Monitoring the y-capacitance can involve monitoring the entire capacity of parasitic effects and installed capacitors throughout the entire connected system. It can therefore be provided that with an open HV switching element (not shown here), which can be arranged between the battery and the HV system, the pure y-capacitance, which is caused by parasitic effects between the surfaces of the housing of the battery 10 and the cells, or between an aluminum plate 18 and the cells, is measured. Due to the dependence of the electrical capacity on the electrical permittivity, it may be possible to detect liquids in the measuring area 12 with otherwise unchanged distances and areas.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messvorrichtung 100 der 2 weist eine Batterie 10, eine Messschaltung 11 und ein HV-System 13 auf. Es sei angemerkt, dass die Messvorrichtung 100 möglicherweise lediglich eine Messschaltung 11 und ein HV-System 13 aufweist und elektrisch leitend an eine Batterie 10 angeschlossen werden kann oder angeschlossen ist. 2 shows a schematic representation of a measuring device 100 according to an exemplary embodiment. The measuring device 100 the 2 has a battery 10, a measuring circuit 11 and an HV system 13. It should be noted that the measuring device 100 may only have a measuring circuit 11 and an HV system 13 and can be or is connected to a battery 10 in an electrically conductive manner.

Das HV-System 13 weist ein erstes Hochvoltpotential 15, ein zweites Hochvoltpotential 17 und eine Fahrzeug-Masse M auf. Das HV-System 13 weist zwischen dem ersten Hochvoltpotential 15 und der Fahrzeug-Masse M eine erste y-Kapazität C1 und einen ersten Isolationswiderstand R1 auf. Das HV-System 13 weist zwischen dem zweiten Hochvoltpotential 17 und der Fahrzeug-Masse M eine zweite y-Kapazität C2 und einen zweiten Isolationswiderstand R2 auf. Die Messschaltung 11 weist wie auch das HV-System 13 dieselbe Hochvoltpotentiale 15 und 17 und die Fahrzeug-Masse auf. Die Messschaltung weist zwischen dem ersten Hochvoltpotential 15 und der Fahrzeug-Masse einen ersten Schalter S1 und zwischen dem zweiten Hochvoltpotential 17 und der Fahrzeug-Masse einen zweiten Schalter S2 auf. Die Messschaltung 11 umfasst weiter einen definierten Widerstand Rm. Der definierte Widerstand Rm bezeichnet in der Regel einen Widerstand mit bekanntem Widerstandswert.The HV system 13 has a first high-voltage potential 15, a second high-voltage potential 17 and a vehicle mass M. The HV system 13 has a first y-capacitance C1 and a first insulation resistance R1 between the first high-voltage potential 15 and the vehicle mass M. The HV system 13 has a second y-capacitance C2 and a second insulation resistance R2 between the second high-voltage potential 17 and the vehicle mass M. The measuring circuit 11, like the HV system 13, has the same high-voltage potentials 15 and 17 and the vehicle ground. The measuring circuit has a first switch S1 between the first high-voltage potential 15 and the vehicle ground and a second switch S2 between the second high-voltage potential 17 and the vehicle ground. The measuring circuit 11 further comprises a defined resistance Rm. The defined resistance Rm usually denotes a resistor with a known resistance value.

Das erste Hochvoltpotential 15 ist mit einer Anode der Batterie 10 elektrisch leitend verbunden. Die Fahrzeug-Masse M ist neutral. Das zweite Hochvoltpotential 17 ist mit einer Kathode der Batterie 10 elektrisch leitend verbunden.The first high-voltage potential 15 is electrically connected to an anode of the battery 10. The vehicle mass M is neutral. The second high-voltage potential 17 is electrically connected to a cathode of the battery 10.

In einem ersten Verfahrensschritt a) wird die Messschaltung 11 betätigt (siehe 3). Damit wird ein aufeinanderfolgendes Betreiben der Messschaltung 11 in einem ersten Zustand mit einem geöffneten zweiten Schalter S2, wobei der zweite Schalter S2 betätigt wird, und in einem zweiten Zustand mit einem geöffneten ersten Schalter S1, wobei der zweite Schalter S2 betätigt wird, ermöglicht. Dadurch werden die erste und die zweite y-Kapazität C1, C2 wechselweise umgeladen.In a first method step a), the measuring circuit 11 is activated (see 3 ). This enables successive operation of the measuring circuit 11 in a first state with an open second switch S2, whereby the second switch S2 is actuated, and in a second state with an opened first switch S1, whereby the second switch S2 is actuated. As a result, the first and second y-capacitances C1, C2 are alternately reloaded.

Im HV-System 13 liegt über den y-Kapazitäten C1, C2 eine Spannung an, deren Höhe sich sowohl aus der Systemspannung U0, auch als Spannung der Batterie bezeichnet, und dem Verhältnis der Isolationswiderstände R1, R2 der Hochvoltpotentiale 15, 17 ergibt. Die Überwachung des Isolationswiderstandes R1, R2 in Kraftfahrzeugen kann über die Anordnung des definierten Widerstandes Rm zwischen den Hochvoltpotentialen 15, 17 und der Fahrzeug-Masse M realisiert werden.In the HV system 13 there is a voltage across the y-capacitances C1, C2, the level of which is both from the system voltage U0, also referred to as the voltage of the battery, and the ratio of the insulation resistances R1, R2 of the high-voltage potentials 15, 17. The monitoring of the insulation resistance R1, R2 in motor vehicles can be achieved by arranging the defined resistance Rm between the high-voltage potentials 15, 17 and the vehicle mass M.

3 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem ersten Verfahrensschritt a) wird die Messschaltung 11 betätigt um wechselweise die erste y-Kapazität C1 und die zweite y-Kapazität des HV-Systems 13 umzuladen. Das Betätigen der Messschaltung 11 umfasst daher das wechselweise Betätigen der zwei Schalter S1, S2. Während Schritt a) kann ein zeitlicher Verlauf einer ersten Spannung U1 zwischen dem ersten Hochvoltpotential 15 und der Fahrzeug-Masse M gemessen werden. Aus dem zeitlichen Verlauf der ersten Spannung U1 können die Isolationswiderstände R1, R2 und damit die y-Kapazitäten C1, C2 bestimmt werden. Vorzugsweise können stationäre Werte der Spannung U1, U2 zur Bestimmung der Isolationswiderstände R1, R2 und damit der y-Kapazitäten C1, C2 verwendet werden. Hat der entsprechende Spannungsverlauf einen stationären Zustand erreicht, so kann der zeitliche Verlauf der Spannung überflüssig werden. Beispielsweise kann abgewartet werden, dass die jeweilige Spannung einen stationären Zustand erreicht, um den entsprechenden Spannungswert zu erfassen bzw. abzurufen oder abzufassen. 3 shows a flowchart of a method according to an exemplary embodiment. In a first method step a), the measuring circuit 11 is actuated to alternately reload the first y-capacitance C1 and the second y-capacity of the HV system 13. Actuating the measuring circuit 11 therefore includes alternately actuating the two switches S1, S2. During step a), a time course of a first voltage U1 between the first high-voltage potential 15 and the vehicle mass M can be measured. The insulation resistances R1, R2 and thus the y-capacitances C1, C2 can be determined from the time profile of the first voltage U1. Preferably, stationary values of the voltage U1, U2 can be used to determine the insulation resistances R1, R2 and thus the y-capacitances C1, C2. If the corresponding voltage curve has reached a stationary state, the time curve of the voltage can become superfluous. For example, it is possible to wait for the respective voltage to reach a stationary state in order to record or retrieve or record the corresponding voltage value.

Der zeitliche Verlauf der ersten Spannung U1 kann in einem ersten Zustand der Messschaltung 11 ermittelt werden. Analog kann die zweite Spannung U2 in einem zweiten Zustand der Messschaltung 11 ermittelt werden. Aus dem zeitlichen Verlauf der zwei Spannungen U1, U2 können mittels Kurvenanpassung Parameter ermittelt werden, die zur Bestimmung der Isolationswiderstände und damit zur Bestimmung der y-Kapazitäten C1, C2 verwendet werden. In einem zweiten Verfahrensschritt b) wird die y-Gesamtkapazität bestimmt. Dies erfolgt aus dem Umladen der y-Kapazitäten C1, C2 über Näherungsverfahren.The time course of the first voltage U1 can be determined in a first state of the measuring circuit 11. Analogously, the second voltage U2 can be determined in a second state of the measuring circuit 11. From the time course of the two voltages U1, U2, parameters can be determined by means of curve fitting that are used to determine the insulation resistances and thus to determine the y-capacitances C1, C2. In a second method step b), the y total capacity is determined. This is done by reloading the y-capacitances C1, C2 using approximation methods.

In einem dritten Verfahrensschritt c) wird die y-Gesamtkapazität mit einem y-Kapazitätsreferenzwert verglichen. Dabei kann der y-Kapazitätsreferenzwert in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs oder der Messvorrichtung hinterlegt sein. Der y-Kapazitätsreferenzwert kann als Sollwert betrachtet werden. Wird eine Abweichung beim Vergleich der y-Gesamtkapazität mit dem y-Kapazitätsreferenzwert festgestellt, so wird im Verfahrensschritt d) ein Fremdkörper in der Batterie erkannt. Beispielsweise wird Flüssigkeit, wie etwa Wasser, in der Batterie erkannt, wenn die y-Gesamtkapazität größer als der y-Kapazitätsreferenzwert ist. Bei der Feststellung einer Abweichung werden Fluktuationen sowie eine erlaubte Fehlermarge mitberücksichtigt. Eine Abweichung bzw. Erhöhung von von 5% oder von 10 % oder von 20 % oder 30 % der y-Gesamtkapazität kann auf die Anwesenheit von Flüssigkeit in der Batterie hindeuten.In a third method step c), the y total capacity is compared with a y capacity reference value. The y-capacity reference value can be stored in a storage medium of the motor vehicle or the measuring device. The y-capacity reference value can be viewed as a setpoint. If a deviation is found when comparing the y-total capacity with the y-capacity reference value, a foreign body is detected in the battery in step d). For example, liquid, such as water, is detected in the battery when the total y capacity is greater than the y capacity reference value. When determining a deviation, fluctuations and a permissible margin of error are taken into account. A deviation or increase of 5% or 10% or 20% or 30% of the total y capacity may indicate the presence of liquid in the battery.

Sollte ein Fremdkörper in der Batterie erkannt worden sein, so können in einem weiteren Verfahrensschritt e) eine oder mehrere Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. Eine Schutzmaßnahme kann darin bestehen, eine Warnmeldung oder eine Fehlermeldung an den Benutzer des Kraftfahrzeugs auszugeben, beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle. If a foreign body has been detected in the battery, one or more protective measures can be initiated in a further process step e). A protective measure can consist of issuing a warning message or an error message to the user of the motor vehicle, for example via a user interface.

4 zeigt ein Diagramm mit zwei Spannungsverläufen U1, U2 der zwei Isolationswiderstände R1, R2 in einer betriebenen Messvorrichtung. T1 entspricht den Zeitpunkt ab welchem vom zweiten Zustand in den ersten Zustand gewechselt wird. T2 entspricht den Zeitpunkt, ab welchem die Messschaltung 11 sich im ersten Zustand befindet. Die Kurvenanpassung kann auf einem bestimmten Abschnitt des zeitlichen Ablaufs der Spannung, wie etwa zwischen T1 und T2, angewendet werden. Die Zeitspanne zwischen T1 und T2 kann eine Ladekurve des entsprechenden Isolationswiderstand R1, R2 darstellen. 4 shows a diagram with two voltage curves U1, U2 of the two insulation resistances R1, R2 in an operated measuring device. T1 corresponds to the time from which the second state changes to the first state. T2 corresponds to the time from which the measuring circuit 11 is in the first state. Curve fitting can be applied to a specific portion of the voltage timing, such as between T1 and T2. The time period between T1 and T2 can represent a charging curve of the corresponding insulation resistance R1, R2.

Mittels einer Kurvenanpassung, in welcher folgende Funktion verwendet wird U ( t ) = K ( 1 e t τ ) + U 0 ,

Figure DE102022213760B3_0005
können die Parameter K, U0 und τ bestimmt werden, wobei durch τ = C y R T
Figure DE102022213760B3_0006
gegeben ist, durch Cy die y-Kapazität und durch RT der Gesamtisolationswiderstand. Der Gesamtisolationswiderstand kann dabei unter anderem durch Bestimmen des Parameters K ermittelt werden.. Es sei angemerkt, dass die Zeit t auf die Startzeit zentriert sein kann, d. h. t=tMessung - tstart.By means of a curve fitting in which the following function is used U ( t ) = K ( 1 e t τ ) + U 0 ,
Figure DE102022213760B3_0005
the parameters K, U 0 and τ can be determined, where by τ = C y R T
Figure DE102022213760B3_0006
is given by C y the y-capacitance and by R T the total insulation resistance. The total insulation resistance can be determined, among other things, by determining the parameter K. It should be noted that the time t can be centered on the start time, ie t=t measurement - t start .

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kraftfahrzeug 20 weist eine Batterie 10 und einen zumindest teilweise durch in der Batterie gespeicherte elektrische Energie antreibbaren Antrieb 21 auf. Die Batterie kann Teil von einer Messvorrichtung 100 des Kraftfahrzeugs 20 sein. Alternativ kann die Messvorrichtung 100 lediglich elektrisch leitend mit der Batterie des Kraftfahrzeugs 20 verbunden sein. Das HV-System 13 der Messvorrichtung 100 kann zum Betrieb der Batterie 10 sowie des Antriebs des Kraftfahrzeugs 20 eingerichtet sein. Das Kraftfahrzeug 20 umfasst weiter eine Steuereinheit, die zum Steuern der Messschaltung, zum Einleiten einer oder mehreren Schutzmaßnahme sowie zum Durchführen eines Verfahrens, wie voranstehend und nachfolgend beschrieben, eingerichtet ist. 5 shows a schematic representation of a motor vehicle 20 according to an exemplary embodiment. The motor vehicle 20 has a battery 10 and a drive 21 that can be driven at least partially by electrical energy stored in the battery. The battery can be part of a measuring device 100 of the motor vehicle 20. Alternatively, the measuring device 100 can only be connected to the battery of the motor vehicle 20 in an electrically conductive manner. The HV system 13 the measuring device Device 100 can be set up to operate the battery 10 and the drive of the motor vehicle 20. The motor vehicle 20 further comprises a control unit which is set up to control the measuring circuit, to initiate one or more protective measures and to carry out a method as described above and below.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente ausschließen und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale und Schritte, die mit Verweis auf eins der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen und Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.In addition, it should be noted that the terms “comprising” and “having” do not exclude other elements and the indefinite articles “a” or “an” do not exclude a plurality. Furthermore, it should be noted that features and steps described with reference to one of the above embodiments can also be used in combination with other features and steps of other embodiments described above. Reference symbols in the claims are not to be regarded as limitations.

BezugszeichenlisteReference symbol list

100100
MessvorrichtungMeasuring device
1010
Batteriebattery
1111
MessschaltungMeasuring circuit
1212
MessbereichMeasuring range
1313
HV-SystemHV system
1414
zweite Schichtsecond layer
1515
erstes Hochvoltpotentialfirst high voltage potential
1616
erste Schichtfirst layer
1717
zweites Hochvoltpotentialsecond high voltage potential
1818
AluminiumplatteAluminum plate
2020
Kraftfahrzeugmotor vehicle
2121
Antrieb des Fahrzeugs Drive of the vehicle
C1C1
erste y-Kapazitätfirst y-capacity
C2C2
zweite y-Kapazitätsecond y-capacity
RmRm
definierter Widerstanddefined resistance
R1R1
erster Isolationswiderstandfirst insulation resistance
R2R2
zweiter Isolationswiderstandsecond insulation resistance
U1U1
Spannung am ersten HochvoltpotentialVoltage at the first high-voltage potential
U2U2
Spannung am zweiten HochvoltpotentialVoltage at the second high-voltage potential
MM
Fahrzeug-MasseVehicle mass
U0U0
SystemspannungSystem voltage
S1S1
erster Schalterfirst switch
S2S2
zweiter Schaltersecond switch
t1t1
Zeitpunkt nach dem zweiten ZustandTime after the second state
t2t2
Zeitpunkt vor dem ersten ZustandTime before the first state
t3t3
Zeitpunkt während des ersten Zustandspoint in time during the first state

Claims (12)

Verfahren zur Fremdkörpererkennung in einer Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei eine Messvorrichtung (100) eine Messschaltung (11) und ein Hochvolt-System (HV-System) aufweist und das HV-System (13) eine erste y-Kapazität (C1) und eine zweite y-Kapazität (C2) aufweist; das Verfahren weist folgende Schritte auf: a) Betätigen der Messschaltung (11), um wechselweise die erste y-Kapazität (C1) und die zweite y-Kapazität (C2) des HV-Systems (13) umzuladen; b) Bestimmen einer y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität (C1) und der zweiten y-Kapazität (C2); c) Vergleichen der y-Gesamtkapazität mit einem y-Kapazitätsreferenzwert; d) Erkennen eines Fremdkörpers in der Batterie (10) durch Feststellen einer Abweichung beim Vergleich der y-Gesamtkapazität aus dem Umladen der ersten y-Kapazität (C1) und der zweiten y-Kapazität (C2) mit dem y-Kapazitätsreferenzwert; und e) basierend auf dem Erkennen eines Fremdkörpers, Einleiten einer Schutzmaßnahme.Method for detecting foreign bodies in a battery (10) for a motor vehicle, wherein a measuring device (100) has a measuring circuit (11) and a high-voltage system (HV system) and the HV system (13) has a first y-capacity (C1 ) and a second y-capacitance (C2); the procedure has the following steps: a) actuating the measuring circuit (11) to alternately reload the first y-capacitance (C1) and the second y-capacitance (C2) of the HV system (13); b) determining a total y-capacity from the reloading of the first y-capacity (C1) and the second y-capacity (C2); c) comparing the y-total capacity with a y-capacity reference value; d) detecting a foreign body in the battery (10) by detecting a deviation when comparing the y-total capacity from the recharging of the first y-capacity (C1) and the second y-capacity (C2) with the y-capacity reference value; and e) based on the detection of a foreign body, initiate a protective measure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der y-Kapazitätsreferenzwert durch Kalibrierung des HV-Systems (13) bestimmt wird und/oder in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs hinterlegt ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the y-capacity reference value is determined by calibrating the HV system (13) and/or is stored in a storage medium of the motor vehicle. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst: f) Speichern in einem Speichermedium des Kraftfahrzeugs der bestimmten y-Gesamtkapazität als y-Kapazitätsreferenzwert; und g) iteratives Wiederholen der Schritte a) bis e)Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the method further comprises the following steps: f) storing the determined y-total capacity in a storage medium of the motor vehicle as a y-capacity reference value; and g) iteratively repeating steps a) to e) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner folgende Schritte umfasst: h) Vergleichen der y-Gesamtkapazität mit einem Grenzwert für die y-Gesamtkapazität; i) basierend auf dem Vergleich der y-Gesamtkapazität mit dem Grenzwert, Einleiten einer Schutzmaßnahme.Method according to one of the preceding Claims 1 until 3 , characterized in that the method further comprises the following steps: h) comparing the y-total capacity with a limit value for the y-total capacity; i) based on the comparison of the y-total capacity with the limit value, initiate a protective measure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) ferner eine elektrische Permittivität in der Batterie geschätzt wird.Method according to one of the preceding Claims 1 until 4 , characterized in that in step b) an electrical permittivity in the battery is further estimated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die y-Gesamtkapazität kontinuierlich bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims 1 until 5 , characterized , that the y-total capacity is determined continuously. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) die y-Gesamtkapazität mittels Kurvenanpassung eines zeitlichen Verlaufs einer Spannung zwischen zumindest einem Hochvoltpotential und einer Fahrzeug-Masse (M) bestimmt wird.Method according to one of the preceding Claims 1 until 6 , characterized in that in step b) the y-total capacity is determined by curve fitting a time profile of a voltage between at least one high-voltage potential and a vehicle mass (M). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten einer Schutzmaßnahme das Ausgeben auf einer Benutzerschnittstelle umfasst.Method according to one of the preceding Claims 1 until 7 , characterized in that initiating a protective measure includes issuing on a user interface. Messvorrichtung (100), aufweisend eine Batterie (10), eine Messschaltung (11) und ein Hochvolt-System (HV-System), wobei das HV-System (13) eine erste y-Kapazität (C1) und eine zweite y-Kapazität (C2) aufweist; und wobei die Messvorrichtung (100) an eine Steuereinheit koppelbar ist, wobei die Steuereinheit zum Steuern der Messschaltung (11), zum Einleiten einer Schutzmaßnahme sowie zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.Measuring device (100), comprising a battery (10), a measuring circuit (11) and a high-voltage system (HV system), wherein the HV system (13) has a first y-capacity (C1) and a second y-capacity (C2); and wherein the measuring device (100) can be coupled to a control unit, the control unit for controlling the measuring circuit (11), for initiating a protective measure and for carrying out a method according to one of the preceding Claims 1 until 8th is set up. Kraftfahrzeug (20), umfassend eine Batterie (10), eine Messschaltung (11), ein Hochvolt-System (HV-System) (13), einen Antrieb (21) und eine Steuereinheit, wobei das HV-System (13) zum Betrieb der Batterie (10) sowie des Antriebs (21) des Kraftfahrzeugs (20) eingerichtet ist; und wobei die Steuereinheit zum Steuern der Messschaltung (11), zum Einleiten einer Schutzmaßnahme sowie zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 8 eingerichtet ist.Motor vehicle (20), comprising a battery (10), a measuring circuit (11), a high-voltage system (HV system) (13), a drive (21) and a control unit, the HV system (13) being used for operation the battery (10) and the drive (21) of the motor vehicle (20) are set up; and wherein the control unit is used to control the measuring circuit (11), to initiate a protective measure and to carry out a method according to one of the preceding Claims 1 until 8th is set up. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch eine Rechnereinheit der Steuereinheit des Kraftfahrzeugs (20) nach Anspruch 10 die Rechnereinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.Computer program product, comprising commands that, when executed by a computer unit, follow the control unit of the motor vehicle (20). Claim 10 cause the computer unit to use a method according to one of the Claims 1 until 8th to carry out. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 gespeichert ist.Computer-readable medium on which the computer program product is based Claim 11 is stored.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011116968A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) A method and apparatus for monitoring the battery of a vehicle drive system
DE102013216972A1 (en) 2013-08-27 2015-03-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for monitoring an electrochemical cell
DE102020102658A1 (en) 2020-02-03 2021-08-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for monitoring y-capacities

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011116968A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Gm Global Technology Operations Llc (N.D.Ges.D. Staates Delaware) A method and apparatus for monitoring the battery of a vehicle drive system
DE102013216972A1 (en) 2013-08-27 2015-03-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method and device for monitoring an electrochemical cell
DE102020102658A1 (en) 2020-02-03 2021-08-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for monitoring y-capacities

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