WO2025202002A1 - Verfahren zum überwachen einer batteriezelle einer energiespeichervorrichtung für ein kraftfahrzeug, datenverarbeitungsvorrichtung, energiespeichervorrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum überwachen einer batteriezelle einer energiespeichervorrichtung für ein kraftfahrzeug, datenverarbeitungsvorrichtung, energiespeichervorrichtung und kraftfahrzeug

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Julian WIESMEIER
Stefan BIELESCH
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • battery cell defects i.e., cell defects
  • cell defects can typically be caused by a more or less high-resistance short circuit within the cell, for example, due to dendrite growth and/or dirt between the cathode and anode, and/or a short circuit between two cells, for example, caused by a particle between two isolated cells. A current flows through this short circuit, which can lead to heating of the battery cell or the affected material.
  • heating initially begins only gradually and is therefore difficult to measure thermally. This heating, if at all, is typically only detectable if the defect occurs in the immediate vicinity of a temperature sensor. However, this is unlikely, as there are typically only a few temperature sensors installed within the energy storage device, in particular fewer temperature sensors than battery cells. However, the heating in the cell material also leads to a change in the internal resistance of the battery cell, as the internal resistance is typically temperature-dependent.
  • the battery cell can be subjected to a current pulse to record the measured value.
  • Applying a current pulse i.e., a time-limited current, to the battery cell creates a voltage whose decay after the current pulse effectively allows a conclusion to be drawn about the internal resistance.
  • Applying current pulses to the battery cell can be performed, for example, while driving, during charging, and/or for diagnostic purposes.
  • determining the reference value includes a comparison with additional measured values from other battery cells of the energy storage device and/or a comparison with measured values recorded in the past.
  • the reference value can be reliably determined, thus allowing a potential defect to be detected at an early stage.
  • such a comparison can be achieved with measured values from the battery cell recorded in the past and stored for retrieval.
  • the monitoring signal is output in such a way that thermal conditioning of the battery cell occurs and/or information is output that is perceptible to a user of the motor vehicle.
  • Thermal conditioning is an application of a possible protective and/or remedial measure for dealing with a defect and/or potential defect of the battery cell. By knowing the internal resistance and thus the temperature, cooling and/or heating of the battery cell can be controlled.
  • information can be output perceptibly in order to take protective and/or remedial measures. for example, maintenance and/or replacement of the battery cell or a cell group.
  • a computer program and/or a computer-readable medium comprise instructions which, when the program or instructions are executed by a data processing device, cause the device to perform the method according to the disclosure and/or steps thereof.
  • the computer program and/or the computer-readable medium comprises instructions which, when the program or instructions are executed by a data processing device, cause the device to perform the method steps described as advantageous or optional in order to achieve an associated technical effect.
  • an energy storage device for a motor vehicle comprising at least one battery cell and a data processing device as described above.
  • the data processing device and/or the energy storage device is configured to perform a method step described as advantageous or optional and/or to implement a method feature in order to achieve an associated technical effect.
  • Figure 1 schematically shows a motor vehicle 50 according to one aspect of the disclosure and a schematic representation of a battery cell 56 of an energy storage device 60 according to one aspect of the disclosure.
  • Figure 1 is divided into two sections (A) and (B).
  • the motor vehicle 50 is shown schematically in section (A).
  • the battery cell 56 of the energy storage device 60 is shown schematically in section (B).
  • a defect 59 is present in one of the winding layers 58.
  • the defect 59 can, for example, be a foreign particle and/or a heterogeneity in the winding layer 58 and cause a defect-related current 59a.
  • the data processing device 51 is configured to output a monitoring signal 65 depending on the comparison variable 61.
  • a threshold condition relating to the comparison variable 61 is checked and/or a computer-assisted classification is performed (see Figure 2).
  • the data processing device 51 is configured to output the monitoring signal 65 such that a thermal conditioning of the battery cell 56 takes place.
  • the data processing device 51 can be connected to a heating and/or cooling system in order to control the thermal conditioning, i.e., controlling the temperature, of the battery cell 56 and/or the energy storage device 56.
  • the monitoring signal 65 is output in such a way that information perceivable by a user of the motor vehicle 50 is output. For example, such information can be read out during a service of the energy storage device 56 and/or the motor vehicle 50, transmitted to an output device of the motor vehicle 50, and/or transmitted to a terminal device of the user.
  • one battery cell 56 has a significantly lower internal resistance RI than the other battery cells 56', which cannot be explained by the history of the battery cells 56, 56', i.e., by aging and/or state of charge. A cell defect is detected for this battery cell 56', and the monitoring signal 65 is output accordingly.
  • Figure 2 shows a relationship 63 between measured values 60, 60', 60" and temperature T to illustrate features of a method 100 according to one aspect of the disclosure.
  • Figure 2 is described with reference to Figure 1.
  • Figure 2 illustrates, by way of example, the dependence of an internal resistance RI of a battery cell 56 on the temperature T of the battery cell 56.
  • the internal resistance RI is plotted on an arbitrary scale. Three curves are shown, each showing the internal resistance RI of the battery cell 56 at different states of charge of 0%, 50%, and 100%. This clearly demonstrates that the relationship between the internal resistance RI and the temperature T is largely independent of the state of charge and is qualitatively and essentially quantitatively identical for different states of charge.
  • the dependence of the internal resistance RI and the temperature T represents a relationship 63 between measured values 60, 60', 60" and temperature T.
  • the relationship 63 between measured values 60, 60', 60" and temperature T decreases.
  • the internal resistance RI decreases and thus the measured values 60, 60', 60" decrease. with increasing temperature T.
  • the temperature T can be determined via the internal resistance RI.
  • the method 100 comprises: detecting 110 a measured value 60 characterizing an internal resistance RI of the battery cell 56.
  • the battery cell 56 is subjected to a current pulse DI for detecting 110 the measured value 60.
  • the instructions 201 can be present as program code in any code or in any language, in particular in a code suitable for controlling and/or monitoring battery cells 56, energy storage device 55, and/or motor vehicles 50.
  • the computer program and/or computer-readable medium 200 can be or comprise any digital data storage device, such as a USB stick, a hard drive, a CD-ROM, an SD card, or an SSD card.
  • the computer program does not necessarily have to be stored on such a computer-readable storage medium, but can also be accessible via the Internet or otherwise.

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Abstract

Verfahren zum Überwachen einer Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen eines einen Innenwiderstand der Batteriezelle charakterisierenden Messwerts; Bestimmen, anhand des Messwerts, von einer eine Temperaturerhöhung der Batteriezelle repräsentierenden Vergleichsgröße; und Ausgeben, in Abhängigkeit von der Vergleichsgröße, eines Überwachungssignals.

Description

Verfahren zum Überwachen einer Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, Datenverarbeitungsvorrichtung, Energiespeichervorrichtung und Kraftfahrzeug
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Offenbarung betrifft gleichermaßen ein Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, eine Datenverarbeitungsvorrichtung für eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug.
Batteriezellen, beispielsweise als Rundzellen ausgebildete Batteriezellen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Batteriezelle, bei der ein Elektrodenstapel aus Anode, Kathode, Separator, Elektrolyt und Stromableiter in gewickelter Anordnung, in sogenannten Wickellagen beziehungsweise Lagen, verwendet wird, stellt insbesondere für batterieelektrische Kraftfahrzeuge eine wichtige Bauform dar. Generell finden bei derartigen Kraftfahrzeugen Batteriezellen in einer als Traktionsbatterie ausgebildeten Energiespeichervorrichtung Verwendung.
Dabei werden typischerweise mehrere Batteriezellen in der Energiespeichervorrichtung verbaut, in der die Batteriezellen parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind. Um den Zustand der Batteriezellen und/oder der Energiespeichervorrichtung zu überwachen, ist es bekannt, elektrische Eigenschaften und/oder Temperaturen der Batteriezellen oder anderer Bestandteile der Energiespeichervorrichtung zu vermessen und auszuwerten.
Beispielsweise ist es bekannt, Batteriezellen miteinander zu vergleichen, um intakte Batteriezellen und defekte Batteriezellen identifizieren zu können. So ist eine Erkennung von defekten Batteriezellen über eine Selbstentladung und einen Vergleich zu den anderen intakten Batteriezellen bekannt.
DE 102014210 916 A1 offenbart eine Selbstentladungsüberwachungseinrichtung für einen Akkumulator zum Versorgen einer elektrischen Maschine für den Antrieb eines Kraftfahrzeuges, mit einem Differenzverstärker, wobei an einen ersten Eingang des Differenzverstärkers eine erste Akkumulatorspannung angelegt ist und an einen zweiten Eingang des Differenzverstärkers eine erste Subtraktionsspannung angelegt ist und wobei der Differenzverstärker an seinem Ausgang ein Signal ausgibt, das der verstärkten Differenz aus der an den ersten Eingang angelegten Spannung und der an den zweiten Eingang angelegten Spannung entspricht.
Ferner sind Maßnahmen bekannt, um potenzielle und in der Zukunft auftretende Defekte zu erkennen beziehungsweise vorherzusagen.
DE 102018 127 053 A1 offenbart ein System für einen Antriebsenergiespeicher eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Das System umfasst eine Empfangseinrichtung, die eingerichtet ist, um Zustandsinformationen des Antriebsenergiespeichers zu empfangen, wobei die Zustandsinformationen angeben, ob ein Defekt im Antriebsenergiespeicher vorhanden ist oder bevorsteht; und eine Ladesteuereinrichtung, die eingerichtet ist, um eine maximale Ladespannung und/oder einen maximalen Ladezustand für einen Ladevorgang des Antriebsenergiespeichers durch einen Rekuperationsmechanismus und/oder eine Lastpunktverschiebung und/oder eine externe Ladestation auf einen reduzierten Wert einzustellen, wenn die Zustandsinformationen angeben, dass ein Defekt bevorsteht.
Defekte können unterschiedliche Ursachen haben. Beispielsweise kann eine Batteriezelle auch bei höchsten Qualitätsstandards und hochqualitativen Softwarefunktionen beziehungsweise Verfahren, welche die Batteriezellen bei der Herstellung und der Verwendung schützen, in Ausnahmefällen einen oder mehrere Defekte aufweisen. Derartige Defekte können beispielsweise direkt bei der Herstellung beziehungsweise der Produktion der Batteriezelle eingebracht worden sein und/oder sich im Laufe des Lebenszyklus beziehungsweise bei der Verwendung der Batteriezelle entwickeln. Diese Defekte müssen möglichst frühzeitig erkannt werden, um ein thermisches Event beziehungsweise ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle zu verhindern.
Jedoch benötigen bekannten Zelldefekt-Funktionen eine gewisse Zeit, um den Defekt sicher diagnostizieren zu können, beispielsweise muss die Selbstentladung einen gewissen Schwellwert überschreiten, um von anderen Effekten abgegrenzt werden zu können. Oder derartige Zelldefekt-Funktionen erkennen den Defekt erst dann, wenn ein thermisches Event bereits eingetreten ist.
Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Verfahren anzugeben, welches geeignet ist, den Stand der Technik zu bereichern und zumindest die oben genannten Aspekte des Standes der Technik zu verbessern. Insbesondere ist es die Aufgabe der Offenbarung, frühzeitig, zuverlässig und kosteneffektiv eine Überwachung einer Batteriezelle auf mögliche Defekte bereitstellen zu können.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
Danach wird die Aufgabe gemäß einem Aspekt der Offenbarung durch ein Verfahren zum Überwachen einer Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug gelöst, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen eines einen Innenwiderstand der Batteriezelle charakterisierenden Messwerts; Bestimmen, anhand des Messwerts, von einer eine Temperaturerhöhung der Batteriezelle repräsentierenden Vergleichsgröße; und Ausgeben, in Abhängigkeit von der Vergleichsgröße, eines Überwachungssignals.
Es wurde erkannt, dass Defekte von Batteriezellen, also Zelldefekte, typischerweise im Kern auf einem mehr oder weniger hochohmigen Kurzschluss innerhalb der Zelle beruhen können, beispielsweise aufgrund eines Dendritenwachstums und/oder aufgrund von Schmutz zwischen Kathode und Anode, und/oder auf einem Kurzschluss zwischen zwei Zellen, beispielsweise durch ein Partikel zwischen zwei isolierten Zellen. Durch diesen Kurzschluss fließt ein Strom, welcher zu einer Erwärmung der Batteriezelle beziehungsweise des betroffenen Materials führen kann.
Es wurde ferner erkannt, dass eine derartige Erwärmung zunächst nur graduell beginnt und daher thermisch schwierig messbar ist und diese Erwärmung, wenn überhaupt, typischerweise nur zu erkennen ist, wenn der Defekt direkt in der Nähe eines Temperatursensors auftritt. Dies ist jedoch unwahrscheinlich, da innerhalb der Energiespeichervorrichtung typischerweise nur wenige Temperatursensoren, insbesondere weniger Temperatursensoren als Batteriezellen, verbaut sind. Die Erwärmung im Zellmaterial führt jedoch auch zu einer Änderung des Innenwiderstands der Batteriezelle, da der Innenwiderstand typischerweise temperaturabhängig ist.
Es wird somit vorgeschlagen, den Messwert zu erfassen, um den Innenwiderstand der Batteriezelle charakterisieren zu können. Durch das Bestimmen der Vergleichsgröße, die die Temperaturerhöhung charakterisiert, kann auf einen Defekt und/oder einen zukünftigen Defekt geschlossen werden. Dadurch kann eine frühzeitige Erkennung abnormaler Fehlerbilder in einer Batteriezelle bereitgestellt werden. Das Vorsehen von Temperatursensoren ist für das Verfahren entbehrlich, womit das Verfahren kosteneffektiv durchführbar ist. Das Überwachungssignal kann dann anhand der Vergleichsgröße den Zustand der Batteriezelle indizieren. Alternativ oder zusätzlich zu dem Innenwiderstand kann auch eine Kapazität betrachtet werden.
Optional wird die Batteriezelle zum Erfassen des Messwerts mit einem Strompuls beaufschlagt. Durch das Beaufschlagen der Batteriezelle mit einem Strompuls, also einem zeitlichen beschränkten Strom, stellt sich eine Spannung ein, deren Abklingen nach dem Strompuls effektiv einen Schluss auf den Innenwiderstand zulässt. Das Beaufschlagen der Batteriezelle mit Strompulsen kann beispielsweise während der Fahrt, bei einem Ladevorgang und/oder zu Diagnosezwecken vorgenommen werden.
Optional umfasst das Bestimmen der Vergleichsgröße einen Vergleich mit weiteren Messwerten weiterer Batteriezellen der Energiespeichervorrichtung und/oder einen Vergleich mit in der Vergangenheit erfassten Messwerten. Mit dem Vergleich und einer Abschätzung des Innenwiderstands der weiteren Batteriezellen, beispielsweise einer oder mehrerer Zellgruppen, kann die Vergleichsgröße zuverlässig bestimmt werden und so ein potenzieller Defekt frühzeitig erkannt werden. Analog lässt sich ein derartiger Vergleich mit in der Vergangenheit erfassten und abrufbar gespeicherten Messwerten der Batteriezelle erzielen.
Optional wird zum Ausgeben des Überwachungssignals eine die Vergleichsgröße betreffende Schwellwertbedingung geprüft und/oder es erfolgt eine computergestützte Klassifizierung. Die Schwellwertbedingung kann dabei einen durch weitere Messwerte weiterer Batteriezellen und/oder in der Vergangenheit erfasste Messwerte definierten Schwellwert aufweisen, um zuverlässig mögliche Fehlerbilder zu erkennen. Eine computergestützte Klassifizierung kann helfen, die Messwerte, die weiteren Messwerte weiter Batteriezellen und/oder in der Vergangenheit erfasste Messwerte in Klassen zu unterteilen, beispielsweise in „Intakt“ beziehungsweise „in Ordnung“ (kurz: „iO“) und „Defekt“ beziehungsweise „nicht in Ordnung“ (kurz: „niO“).
Optional wird das Überwachungssignal derart ausgegeben, dass eine thermische Konditionierung der Batteriezelle erfolgt und/oder eine für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs wahrnehmbare Information ausgegeben wird. Die thermische Konditionierung ist ein Anwendungsfall einer möglichen Schutz- und/oder Abhilfemaßnahme für den Umgang mit einem Defekt und/oder möglichen Defekt der Batteriezelle. Durch Kenntnis des Innenwiderstands und so der Temperatur kann eine Kühlung und/oder Erwärmung der Batteriezelle gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Information wahrnehmbar ausgegeben werden, um Schutz- und/oder Abhilfemaßnahme treffen zu können, beispielsweise eine Wartung und/oder einen Austausch der Batteriezelle beziehungsweise einer Zellgruppe.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Computerprogramm und/oder ein computerlesbares Medium bereitgestellt. Das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Medium umfassen Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung diese veranlassen, das Verfahren gemäß der Offenbarung und/oder Schritte davon durchzuführen. Optional umfasst das Computerprogramm und/oder das computerlesbare Medium Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung diese veranlassen, die als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritte durchzuführen, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird eine Datenverarbeitungsvorrichtung für eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen. Optional ist die Datenverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet, einen als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen und/oder ein Verfahrensmerkmal zu realisieren, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird eine Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Batteriezelle und eine oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung, bereitgestellt. Optional ist die Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder die Energiespeichervorrichtung dazu eingerichtet, einen als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen und/oder ein Verfahrensmerkmal zu realisieren, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Gemäß einem Aspekt der Offenbarung wird ein Kraftfahrzeug, umfassend die oben beschriebene Energiespeichervorrichtung, bereitgestellt. Optional ist die Datenverarbeitungsvorrichtung der Energiespeichervorrichtung, die Energiespeichervorrichtung und/oder das Kraftfahrzeug dazu eingerichtet, einen als vorteilhaft oder optional beschriebenen Verfahrensschritt durchzuführen und/oder ein Verfahrensmerkmal zu realisieren, um einen damit verbundenen technischen Effekt zu erzielen.
Nachfolgend wird je eine Ausführungsform mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt der Offenbarung und eine schematische Darstellung einer Batteriezelle einer Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen Messwerten und Temperatur zur Illustration von Merkmalen eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
Fig. 3 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung; und
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogramms und/oder computerlesbaren Mediums gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
Figur 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 50 gemäß einem Aspekt der Offenbarung und eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 56 einer Energiespeichervorrichtung 60 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Figur 1 ist in zwei Abschnitte (A) und (B) gegliedert. Dabei ist das Kraftfahrzeug 50 schematisch in Abschnitt (A) gezeigt. Die Batteriezelle 56 der Energiespeichervorrichtung 60 ist schematisch in Abschnitt (B) gezeigt.
Das Kraftfahrzeug 50 weist eine als Traktionsbatterie ausgebildete Energiespeichervorrichtung 55 und einen elektrischen Antrieb (nicht gezeigt) auf. Die Energiespeichervorrichtung 55 weist eine Datenverarbeitungsvorrichtung 51 und eine Mehrzahl von Batteriezellen 56, 56‘ auf, die und deren Anzahl nur schematisch dargestellt sind. Die Energiespeichervorrichtung 55 beziehungsweise die Batteriezellen 56, 56‘ sind dazu eingerichtet, mit elektrischer Energie beaufschlagt zu werden, um die Batteriezellen 56, 56‘ zu laden, also einen Ladezustand der Batteriezellen 56, 56‘ zu erhöhen. Die Energiespeichervorrichtung 55 beziehungsweise die Batteriezellen 56, 56‘ sind dazu eingerichtet, elektrische Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 50 und/oder des elektrischen Antriebs bereitzustellen, wobei die Batteriezellen 56, 56‘ entladen wird, also der Ladezustand der Batteriezellen 56, 56‘ sinkt. Eine derartige Batteriezelle 56, 56‘ ist in Figur 1 (B) schematisch gezeigt.
Die Batteriezellen 56, 56‘ sind beispielsweise als Rundzellen ausgebildet. Dabei umfasst jede der Batteriezellen 56, 56‘ eine Mehrzahl von Wickellagen 58 mit jeweils beispielsweise 5 Schichten: einen Anodenableiter, eine Anode, einen Separator, eine Kathode, und einen Kathodenableiter. Zudem weisen die Batteriezelle 56, 56‘ jeweils elektrische Kontaktierungen zum Abgreifen von elektrischer Energie und/der zum Beaufschlagen der Batteriezelle 56, 56‘ mit elektrischer Energie auf. In Abschnitt (B) der Figur 1 sind die Wickellagen 58 nur schematisch gezeigt. Dabei sind die Wickellagen 58 parallel miteinander verschaltet. Die Wickellagen 58 weisen jeweils eine Kapazität auf, die durch den Separator zwischen Anode und Kathode bewirkt ist.
In einer der Wickellagen 58 liegt ein Defekt 59 vor. Der Defekt 59 kann beispielsweise ein Fremdpartikel und/oder eine Heterogenität in der Wickellage 58 sein und einen 59 defektbedingten Strom 59a bewirken.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 ist dazu eingerichtet, das mit Bezug zu Figuren 2 und 3 beschriebene Verfahren 100 durchzuführen. Dafür kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 der Figur 1 beispielsweise als ein Batteriesteuergerät ausgebildet sein.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 ist dazu eingerichtet, die Batteriezelle 56 zum Erfassen eines Messwerts 60 mit einem Strompuls DI zu beaufschlagen. Damit kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 einen einen Innenwiderstand RI der Batteriezelle 56 charakterisierenden Messwert 60 erfassen. Der Messwert 60 kann sich beispielsweise aufgrund des ohmschen Gesetzes aus einer Spannungsmessung und in Reaktion auf den Strompuls ergeben.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 ist dazu eingerichtet, anhand des Messwerts 60 eine eine Temperaturerhöhung T+ der Batteriezelle 56 repräsentierende Vergleichsgröße 61 zu bestimmen. Das Bestimmen der Vergleichsgröße 61 umfasst einen Vergleich mit weiteren Messwerten 60‘ weiterer Batteriezellen 56‘ der Energiespeichervorrichtung 55 und/oder einen Vergleich mit in der Vergangenheit erfassten Messwerten 60“ (siehe Figur 2). Zum Bestimmen der Vergleichsgröße 61 wird ein abfallender Zusammenhang 63 zwischen dem Innenwiderstand RI und der Temperaturerhöhung T+ angenommen (siehe Figur 2).
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von der Vergleichsgröße 61 , ein Überwachungssignal 65 auszugeben. Zum Ausgeben des Überwachungssignals 65 wird eine die Vergleichsgröße 61 betreffende Schwellwertbedingung geprüft und/oder es erfolgt dafür eine computergestützte Klassifizierung (siehe Figur 2).
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 ist dazu eingerichtet, das Überwachungssignal 65 derart auszugeben, dass eine thermische Konditionierung der Batteriezelle 56 erfolgt. Dafür kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 51 mit einem Heiz- und/oder Kühlsystem verbunden sein, um die thermische Konditionierung, also das Kontrollieren der Temperatur, der Batteriezelle 56 und/oder der Energiespeichervorrichtung 56 zu kontrollieren. Alternativ oder zusätzlich wird das Überwachungssignal 65 derart ausgegeben, dass eine für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs 50 wahrnehmbare Information ausgegeben wird. Beispielsweise kann eine derartige Information bei einem Service der Energiespeichervorrichtung 56 und/oder des Kraftfahrzeugs 50 ausgelesen werden, an eine Ausgabevorrichtung des Kraftfahrzeugs 50 übermittelt werden und/oder an ein Endgerät des Nutzers übermittelt werden.
Mit Bezug zu Abschnitt (B) der Figur 1 kann das Verfahren 100 beziehungsweise Merkmale davon wie folgt beschrieben werden: In einer Batteriezelle 56 liegt ein Defekt 59 vor. Dieser Defekt 59 führt zu einer geringen Entladung der Batteriezelle 56, die jedoch erst nach Stunden und/oder Tagen diagnostizierbar ist. Die Entladung der Batteriezelle 56 verursacht jedoch einen mehr oder weniger geringen Defektstrom 59a, der durch den Defekt 59 verursacht ist. Durch den Defektstrom 59a erwärmt sich der Defekt 59 und das den Defekt 59 umgebende Zellmaterial der Batteriezelle 56. Durch die Erwärmung der Batteriezelle 56 sinkt der Innenwiderstand RI. Mittels des Strompulses DI, beispielsweise während der Fahrt oder beim Laden, wird der Innenwiderstand RI abgeschätzt. Es fällt auf, dass eine Batteriezelle 56 einen signifikant niedrigeren Innenwiderstand RI als die weiteren Batteriezellen 56‘ aufweist, welcher nicht durch die Historie der Batteriezellen 56, 56‘, also durch Alterung und/oder Ladezustand zu erklären ist. Es wird ein Zelldefekt für diese Batteriezelle 56‘ erkannt und demgemäß das Überwachungssignal 65 ausgegeben.
Figur 2 zeigt einen Zusammenhang 63 zwischen Messwerten 60, 60‘, 60“ und Temperatur T zur Illustration von Merkmalen eines Verfahrens 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Figur 2 wird unter Bezugnahme auf Figur 1 beschrieben.
Figur 2 illustriert beispielhaft eine Abhängigkeit von einem Innenwiderstand RI einer Batteriezelle 56 von der Temperatur T der Batteriezelle 56. Der Innenwiderstand RI ist dabei auf einer beliebigen Skala aufgetragen. Dabei sind drei Kurven gezeigt, die den Innenwiderstand RI der Batteriezelle 56 bei unterschiedlichen Ladezuständen von 0 %, 50 % und 100 % zeigen. Damit wird deutlich, dass der Zusammenhang zwischen dem Innenwiderstand RI und der Temperatur T weitgehend unabhängig von dem Ladezustand ist und für verschiedene Ladezustände qualitativ und im Wesentlichen auch quantitativ identisch ist.
Insbesondere bildet die Abhängigkeit von dem Innenwiderstand RI und der Temperatur T einen Zusammenhang 63 zwischen Messwerten 60, 60‘, 60“ und Temperatur T ab. Der Zusammenhang 63 zwischen Messwerten 60, 60‘, 60“ und Temperatur T fällt dabei ab. Mit anderen Worten sinkt der Innenwiderstand RI und somit sinken die Messwerte 60, 60‘, 60“ mit steigender Temperatur T. Somit kann durch eine Messung des Messwerts 60, 60, 60“ über den Innenwiderstand RI auf die Temperatur T geschlossen werden.
Zum Bestimmen der Vergleichsgröße 61 kann die Temperaturerhöhung T+ betrachtet werden. Dabei werden die weiteren Messwerten 60‘ weiterer Batteriezellen 56‘ der Energiespeichervorrichtung 55 und/oder die in der Vergangenheit erfassten Messwerte 60“ verglichen. Die weiteren Messwerten 60‘ weiterer Batteriezellen 56‘ der Energiespeichervorrichtung 55 und/oder die in der Vergangenheit erfassten Messwerte 60“ sind dabei vergleichsweise stark lokalisiert und können anhand des Innenwiderstand RI und/oder der Temperatur T als intakt („iO“) klassifiziert werden. Der Messwert 60 weist einen niedrigeren Innenwiderstand RI und eine höhere Temperatur T auf, also die Temperaturerhöhung T+ ist durch den Innenwiderstand RI abgebildet. Der Messwert 60 kann anhand des Innenwiderstand RI und/oder der Temperaturerhöhung T+ als defekt („niO“) klassifiziert werden. Zudem kann eine Schwellwertbedingung geprüft werden, die beispielsweise den Abstand und/oder die Temperaturerhöhung T+ des Messwerts 60 hinschlich der als intakt („iO“) markierten Messwerte 60‘, 60“ beschreibt.
Figur 3 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Verfahren 100 gemäß Figur 3 ist ein Verfahren 100 zum Überwachen einer Batteriezelle 56 einer Energiespeichervorrichtung 55 für ein Kraftfahrzeug 50. Eine derartige Batteriezelle 56, eine derartige Energiespeichervorrichtung 55 und ein derartiges Kraftfahrzeug 50 und Merkmale des Verfahrens 100 sind mit Bezug zu Figuren 1 und 2 beschrieben. Figur 3 wird unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 beschrieben.
Das Verfahren 100 gemäß Figur 3 weist auf: Erfassen 110 eines einen Innenwiderstand RI der Batteriezelle 56 charakterisierenden Messwerts 60. Die Batteriezelle 56 wird zum Erfassen 110 des Messwerts 60 mit einem Strompuls DI beaufschlagt.
Das Verfahren 100 weist auf: Bestimmen 120, anhand des Messwerts 60, von einer eine Temperaturerhöhung T+ der Batteriezelle 56 repräsentierenden Vergleichsgröße 61. Das Bestimmen 120 der Vergleichsgröße 61 umfasst einen Vergleich mit weiteren Messwerten 60‘ weiterer Batteriezellen 56‘ der Energiespeichervorrichtung 55 und/oder einen Vergleich mit in der Vergangenheit erfassten Messwerten 60“. Zum Bestimmen 120 der Vergleichsgröße 61 wird ein abfallender Zusammenhang 63 zwischen dem Innenwiderstand RI und der Temperaturerhöhung T+ angenommen. Das Verfahren 100 weist auf: Ausgeben 130, in Abhängigkeit von der Vergleichsgröße 61, eines Überwachungssignals 65. Zum Ausgeben 130 des Überwachungssignals 65 wird eine die Vergleichsgröße 61 betreffende Schwellwertbedingung geprüft und/oder es erfolgt dafür eine computergestützte Klassifizierung. Das Überwachungssignal 65 wird derart ausgegeben, dass eine thermische Konditionierung der Batteriezelle 56 erfolgt und/oder eine für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs 50 wahrnehmbare Information ausgegeben wird.
Dabei erkennt der Fachmann, dass das Verfahren 100 gemäß Figur 3 auch in einer anderen als der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden kann. Insbesondere ist es möglich, dass Schritte des Verfahrens 100 vertauscht, verschoben, wiederholt und/oder simultan durchgeführt werden können.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogramms und/oder computerlesbaren Mediums 200 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Computerprogramm und/oder computerlesbare Medium 200 umfasst Befehle 201 , die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle 201 durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung 51 diese veranlassen, das Verfahren 100 und/oder die Schritte des Verfahrens 100 gemäß Figur 3 durchzuführen.
Die Befehle 201 können als ein Programmcode in einem beliebigen Code beziehungsweise in einer beliebigen Sprache vorliegen, insbesondere in einem Code, der für Steuerungen und/oder das Überwachen von Batteriezellen 56, Energiespeichervorrichtung 55 und/oder Kraftfahrzeugen 50 geeignet ist. Das Computerprogramm und/oder computerlesbare Medium 200 kann ein beliebiges digitales Datenspeichergerät sein oder umfassen, wie zum Beispiel einen USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD- Karte. Das Computerprogramm muss nicht zwingend auf einem solchen computerlesbarem Speichermedium gespeichert sein, sondern kann auch über das Internet oder anderweitig abrufbar sein.
Bezugszeichen (Teil der Beschreibung)
50 Kraftfahrzeug
51 Datenverarbeitungsvorrichtung
55 Energiespeichervorrichtung
56 Batteriezelle
56‘ weitere Batteriezelle
58 Wickellage
59 Defekt
59a defektbedingter Strom
60 Messwert
60‘ weitere Messwerte
60“ in der Vergangenheit erfasste Messwerte
61 Vergleichsgröße
63 Zusammenhang
65 Überwachungssignal
100 Verfahren
110 Erfassen eines Messwerts
120 Bestimmen einer Vergleichsgröße
130 Ausgeben eines Überwachungssignals
200 Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium
201 Befehle iO Intakt, in Ordnung niO Defekt, nicht in Ordnung
DI Strompuls
RI Innenwiderstand
T Temperatur
T+ Temperaturerhöhung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zum Überwachen einer Batteriezelle (56) einer Energiespeichervorrichtung (55) für ein Kraftfahrzeug (50), wobei das Verfahren (100) aufweist:
- Erfassen (110) eines einen Innenwiderstand (RI) der Batteriezelle (56) charakterisierenden Messwerts (60);
- Bestimmen (120), anhand des Messwerts (60), von einer eine Temperaturerhöhung (T+) der Batteriezelle (56) repräsentierenden Vergleichsgröße (61); und
- Ausgeben (130), in Abhängigkeit von der Vergleichsgröße (61), eines Überwachungssignals (65), wobei das Überwachungssignal (65) derart ausgegeben wird, dass eine thermische Konditionierung der Batteriezelle (56) erfolgt und/oder eine für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs (50) wahrnehmbare Information ausgegeben wird.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei die Batteriezelle (56) zum Erfassen (110) des Messwerts (60) mit einem Strompuls (DI) beaufschlagt wird.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen (120) der Vergleichsgröße (61) einen Vergleich mit weiteren Messwerten (60‘) weiterer Batteriezellen (56‘) der Energiespeichervorrichtung (55) und/oder einen Vergleich mit in der Vergangenheit erfassten Messwerten (60“) umfasst.
4. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Bestimmen (120) der Vergleichsgröße (61) ein abfallender Zusammenhang (63) zwischen dem Innenwiderstand (RI) und der Temperaturerhöhung (T+) angenommen wird.
5. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Ausgeben (130) des Überwachungssignals (65) eine die Vergleichsgröße (61) betreffende Schwellwertbedingung geprüft wird und/oder eine computergestützte Klassifizierung erfolgt.
6. Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium (200), umfassend Befehle (201), die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle (201) durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung (51) diese veranlassen, das Verfahren (100) und/oder die Schritte des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
7. Datenverarbeitungsvorrichtung (51) für eine Energiespeichervorrichtung (55) für ein Kraftfahrzeug (50), wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (51) dazu eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
8. Energiespeichervorrichtung (55) für ein Kraftfahrzeug (50), umfassend wenigstens eine
Batteriezelle (56) und eine Datenverarbeitungsvorrichtung (51) nach Anspruch 7.
9. Kraftfahrzeug (50), umfassend die Energiespeichervorrichtung (55) nach Anspruch 8.
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