DE102024001737A1 - Method for diagnosing a traction battery of a motor vehicle and diagnostic device for a method for diagnosing a traction battery - Google Patents
Method for diagnosing a traction battery of a motor vehicle and diagnostic device for a method for diagnosing a traction batteryInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie (10) eines Kraftfahrzeugs, welche mehrere mittels einer Schaltung (12) miteinander verschaltete Zellen (14), und ein Batteriemanagementsystem (16), durch welches für jede der Zellen (14) wenigstens ein Zellzustandsgröße erfassbar ist, aufweist, wobei durch die Schaltung (12) wenigstens eine logischen Zellen und/oder wenigstens ein Strang ausbildbar ist, mit den Schritten:
- Erfassen der wenigstens einen Zellzustandsgröße für jede Zelle (14) durch eine Diagnoseeinheit (20); (S1)
- Bestimmen eines jeweiliger Einflusswerts der jeweiligen Zelle (14), der wenigstens einen logischen Zelle und/oder des wenigstens einen Strangs auf einen Erreichbarkeitswert eines Batterieparameters anhand der erfassten Zellzustandsgrößen; (S2) und
- Ermitteln einer Schaltungskonfiguration anhand der ermittelten Einflusswerte und in Abhängigkeit von dem Erreichbarkeitswert, wobei die Schaltungskonfiguration die Schaltung (12) vorgibt, durch welche der Batterieparameter den Erreichbarkeitswert annimmt. (S3)
Ferner betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinheit (20) und ein Kraftfahrzeug.
The invention relates to a method for diagnosing a traction battery (10) of a motor vehicle, which has several cells (14) interconnected by means of a circuit (12), and a battery management system (16) by which at least one cell state variable can be detected for each of the cells (14), wherein at least one logical cell and/or at least one string can be formed by the circuit (12), comprising the steps:
- Recording at least one cell state parameter for each cell (14) by a diagnostic unit (20); (S1)
- Determining the respective influence value of each cell (14), of the at least one logical cell and/or of the at least one string on an achievability value of a battery parameter based on the recorded cell state variables; (S2) and
- Determining a circuit configuration based on the determined influence values and depending on the reachability value, wherein the circuit configuration specifies the circuit (12) through which the battery parameter assumes the reachability value. (S3)
Furthermore, the invention relates to a diagnostic unit (20) and a motor vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie mittels einer Schaltung miteinander verschaltete Zellen, sowie ein Batteriemanagementsystem umfasst, gemäß dem Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinrichtung, welche insbesondere dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie durchzuführen, gemäß dem Patentanspruch 8 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 10.The invention relates to a method for diagnosing a traction battery of a motor vehicle, wherein the traction battery comprises cells interconnected by means of a circuit, as well as a battery management system, according to claim 1. Furthermore, the invention relates to a diagnostic device, which is particularly configured to carry out a method for diagnosing a traction battery, according to claim 8, and to a motor vehicle according to claim 10.
Batterien, insbesondere Traktionsbatterien, welche für einen Antrieb von zumindest teilweise elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen verwendet werden, umfassen mehrere Batteriezellen beziehungsweise Zellen, die mittels einer Schaltung miteinander verschaltet sind und dadurch beispielsweise logische Zellen beziehungsweise Stränge ausbilden können, um eine geforderte Leistung und/oder Kapazität bereitzustellen. Bei Traktionsbatterien kann es immer wieder vorkommen, dass einzelne Zellen oder auch Zellverbinder ausfallen, sodass beispielsweise ein weiterer Betrieb der Traktionsbatterie verunmöglicht wird und/oder Störungen auftreten, welche beispielsweise die nutzbare Energie und/oder Leistung herabsetzen.Batteries, especially traction batteries, used to power at least partially electrically driven vehicles, comprise multiple battery cells or cells interconnected via a circuit, thereby forming, for example, logic cells or strings to provide the required power and/or capacity. With traction batteries, individual cells or cell connectors can fail, potentially rendering the battery unusable and/or causing malfunctions that reduce the usable energy and/or power.
Bei einer Wartung oder einer Reparatur der Traktionsbatterie in einer Werkstatt, ist es für Werkstattpersonal schwierig zu erkennen, ob eine Zelle defekt ist und daher eventuelle besser überbrückt werden soll und ob daraus ein Vorteil entstehen würde. Das Werkstattpersonal entscheidet anhand von Messungen und Augenschein, ob Zellen überbrückt werden sollen.During maintenance or repair of a traction battery in a workshop, it is difficult for workshop personnel to determine whether a cell is defective and should therefore be bypassed, and whether this would be beneficial. The workshop personnel decide whether cells should be bypassed based on measurements and visual inspection.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie und eine entsprechende Diagnoseeinheit sowie ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, durch welche eine besonders vorteilhafte Reparaturanordnung bereitstellbar ist, durch welche auf besonders vorteilhafte Weise ein Instandsetzen der Traktionsbatterie durch Werkstattpersonal realisiert werden kann.The object of the present invention is to provide a method for diagnosing a traction battery and a corresponding diagnostic unit as well as a motor vehicle, by which a particularly advantageous repair arrangement can be provided, by which a repair of the traction battery by workshop personnel can be realized in a particularly advantageous manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims, as well as in the description and in the drawings.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie, welche mehrere mittels einer Schaltung miteinander verschaltete Zellen, und ein Batteriemanagementsystem, durch welches für jede der Zellen wenigstens eine Zellzustandsgröße erfassbar ist, aufweist, wobei durch die Schaltung wenigstens eine logische Zelle und/oder wenigstens ein Strang ausbildbar ist, beziehungsweise sind.A first aspect of the invention relates to a method for diagnosing a traction battery which has several cells interconnected by means of a circuit, and a battery management system by which at least one cell state variable can be detected for each of the cells, wherein at least one logical cell and/or at least one string can be formed by the circuit.
Bei der Traktionsbatterie handelt es sich insbesondere um eine Batterie, welche dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Antriebsstrang mit Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu versorgen. Daher ist eine Traktionsbatterie in der Regel als Hochvoltspeicher mit einer besonders hohen Leistung ausgebildet, und umfasst dementsprechend eine Vielzahl von Zellen, welche mittels der Schaltung verschaltet werden können. Das hier gezeigte Verfahren ist daher besonders vorteilhaft für Traktionsbatterien geeignet, da diese eine komplexe Schaltung mit vielen Zellen aufweisen können. Bei konventionellen Batterien, welche nur wenige Zellen umfassen, ist ein Mehrwert des Verfahrens daher geringer, das Verfahren kann dennoch auch für konventionelle Batterien nützlich sein. Die jeweilige Zelle kann insbesondere als Lithiumionenzelle und/oder Natriumionenzelle ausgebildet sein. Durch die Schaltung werden die Zellen entsprechend eines Schaltbildes miteinander verbunden. Dabei können mehrere Zellen parallel miteinander verschaltet werden, wodurch sogenannte logische Zellen beziehungsweise Logikzellen gebildet werden können. Mehrere in Reihe mittels der Schaltung miteinander verschaltete Zellen bilden einen Strang. Dabei können mehrere Stränge seriell und/oder parallel verschaltet werden und somit die Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie charakterisieren.A traction battery is specifically designed to supply energy to an electric powertrain for propelling a vehicle. Therefore, a traction battery is typically a high-voltage storage device with exceptionally high power output and accordingly comprises a large number of cells that can be interconnected via a circuit. The method described here is particularly advantageous for traction batteries, as they can have a complex circuit with many cells. For conventional batteries, which contain only a few cells, the added value of the method is less pronounced; however, the method can still be useful for conventional batteries. The individual cells can be lithium-ion and/or sodium-ion cells. The circuit connects the cells according to a circuit diagram. Several cells can be connected in parallel, forming so-called logic cells. Several cells connected in series via the circuit form a string. Multiple strings can be connected in series and/or parallel, thus characterizing the battery or traction battery.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- In einem ersten Schritt wird die wenigstens eine Zellzustandsgröße für jede Zelle durch eine Diagnoseeinheit erfasst beziehungsweise ausgelesen.
- In einem zweiten Schritt wird ein jeweiliger Einflusswert der jeweiligen Zelle, der wenigstens einen logischen Zelle und/oder des wenigstens einen Strangs auf einem Erreichbarkeitswert eines Batterieparameters anhand der erfassten Zellzustandsgrößen ermittelt beziehungsweise bestimmt.
- In a first step, at least one cell state parameter for each cell is recorded or read out by a diagnostic unit.
- In a second step, a respective influence value of the respective cell, the at least one logical cell and/or the at least one string on an achievability value of a battery parameter is determined or calculated based on the recorded cell state variables.
Schließlich wird in einem dritten Schritt eine Schalterkonfiguration anhand der ermittelten Einflusswerte und in Abhängigkeit von dem Erreichbarkeitswert ermittelt, wobei die Schaltungskonfiguration die Schaltung beziehungsweise eine mittels der Schaltung realisierbare Verschaltung vorgibt, durch welche der Batterieparameter den Erreichbarkeitswert annimmt.Finally, in a third step, a switch configuration is determined based on the identified influence values and depending on the reachability value, whereby the circuit configuration specifies the circuit or a connection that can be realized by means of the circuit, through which the battery parameter assumes the reachability value.
Die Diagnoseeinheit kann insbesondere als Komponente des Batteriemanagementsystems beziehungsweise als zusätzliche Komponente in der Traktionsbatterie vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Diagnoseeinheit insbesondere als externe Vorrichtung ausgebildet sein, welche mit der Traktionsbatterie beziehungsweise deren Batteriemanagementsystem verbunden werden kann. Als die jeweilige Zellzustandsgröße kann insbesondere ein Messwert, wie beispielsweise eine Spannung, und/oder eine Kennziffer zur Identifikation von Fehlfunktionen, ein sogenannter „diagnostic trouble code“ DTC erfasst werde.The diagnostic unit can be designed as a component of the battery management system or as an additional component within the traction battery. Alternatively, or in addition, the diagnostic unit can be designed as an external device that can be connected to the traction battery or its battery management system. The respective cell state parameter can be a measured value, such as voltage, and/or a code number for identifying malfunctions, a so-called "diagnostic trouble code" (DTC).
Die jeweilige Zellzustandsgröße beschreibt somit insbesondere einen Zustand der jeweiligen Zelle. Der jeweilige Zustand hat Einfluss auf den Batterieparameter, wobei somit der Einflusswert eine Veränderung auf dem Batterieparameter beschreibt. Anhand des jeweiligen Einflusswerts, kann ermittelt werden, wie sich der Batterieparameter verändert, wenn die entsprechende Zelle in der Schaltung vorhanden beziehungsweise mittels der Schaltungskonfiguration überbrückt wird. Bei dem Batterieparameter kann es sich beispielsweise um eine Gesamtkapazität beziehungsweise eine nutzbare Kapazität und/oder um eine Energie der Batterie handeln. Im Falle der Kapazität kann der Erreichbarkeitswert somit beispielsweise eine anhand der realisierbaren Schaltungen maximale Kapazität unter Berücksichtigung der Zellzustande beschreiben. Die Schaltungskonfiguration kann somit insbesondere eine Überbrückungskarte darstellt, die angibt, welche Zellen zum Erreichen des Erreichbarkeitswerts des Batterieparameters überbrückt beziehungsweise aus der Schaltung entfernt werden sollen. Somit gibt die Überbrückungskarte beziehungsweise die Schaltungskonfiguration an, welche Zellen aus der Schaltung entnehmbar sind, um dem Batterieparameter derart zu beeinflussen, dass dieser den gewünschten Erreichbarkeitswert erreicht.The respective cell state parameter thus describes, in particular, the state of the respective cell. This state influences the battery parameter, with the influence value describing a change in the battery parameter. Based on the respective influence value, it can be determined how the battery parameter changes when the corresponding cell is present in the circuit or is bypassed via the circuit configuration. The battery parameter can be, for example, the total capacity or usable capacity and/or the energy of the battery. In the case of capacity, the achievable value can, for example, describe the maximum capacity achievable based on the realizable circuits, taking the cell states into account. The circuit configuration can thus, in particular, represent a bypass map that specifies which cells should be bypassed or removed from the circuit to achieve the achievable value of the battery parameter. Thus, the bypass map or the circuit configuration specifies which cells are to be removed from the circuit to influence the battery parameter in such a way that it reaches the desired achievable value.
Mit anderen Worten wird durch das Verfahren ein Diagnosedienst, insbesondere für Werkstattpersonal, angeboten, wobei durch die Schaltungskonfiguration beispielsweise eine Liste mit zu überbrückenden Zellen abgeleitet werden und an einer Ausgabeeinrichtung ausgegeben werden kann. Die ermöglicht beispielsweise eine einfache Entscheidung, ob eine entsprechende Reparaturmaßnahme an der Traktionsbatterie wirtschaftlich sinnvoll ist oder nicht. So können anhand der erfassten Zustandswerte beziehungsweise Zellzustandsgrößen mögliche zur Verbesserung des Batteriezustands überbrückbare Zellen identifiziert werden, sodass eine Änderung des Batteriezustands anhand eines Überbrückungsszenarios realisierbar ist.In other words, the procedure offers a diagnostic service, particularly for workshop personnel, whereby the circuit configuration can, for example, generate a list of cells to be bypassed and output to a display. This allows for a simple decision as to whether a corresponding repair measure on the traction battery is economically viable. Based on the recorded condition values or cell state parameters, cells that could potentially be bypassed to improve the battery's condition can be identified, thus enabling a change in the battery's condition through a bypass scenario.
Durch einen, insbesondere internen Algorithmus, der durch die Diagnoseeinheit bereitgestellt beziehungsweise ausgeführt wird, kann eine Diagnose der Batterie erstellt und dabei ermitteln werden, welche Zellen überbrückt werden sollen, um den gewünschten beziehungsweise bestmöglichen Wert - den Erreichbarkeitswert - des Batterieparameter einzustellen. Der Erreichbarkeitswert kann sein, die Betriebsfähigkeit wiederherzustellen. Ferner können die nutzbare Energie und/oder Kapazität der Batterie anhand des Erreichbarkeitswerts verbessert werden, wobei zusätzlich die potenziell dazu gewinnbare Energie oder Kapazität ermittelt und ausgegeben werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert werden, wobei ebenfalls zusätzlich die potenziell dazu gewinnbare Leistung anhand eines Kennwerts angezeigt werden kann. Ferner kann als Batterieparameter die Selbstentladerate ermittelt werden, sodass diese verbessert werden kann, wobei zusätzlich die potentielle Reduzierung anhand eines Kennwerts angezeigt werden kann.Through an algorithm, primarily internal, provided and executed by the diagnostic unit, a battery diagnosis can be performed. This determines which cells should be bypassed to set the desired or optimal value—the reachability value—of the battery parameter. The reachability value can be used to restore operational capability. Furthermore, the usable energy and/or capacity of the battery can be improved based on the reachability value, with the potential energy or capacity gain also being determined and displayed. Additionally or alternatively, the battery's performance can be improved, with the potential performance gain also being displayed as a key performance indicator. Finally, the self-discharge rate can be determined as a battery parameter, allowing for its improvement, with the potential reduction also being displayed as a key performance indicator.
So ist es für das Verfahren insbesondere sinnvoll beziehungsweise von Vorteil, wenn beispielsweise das Batteriemanagementsystem beziehungsweise die Diagnoseeinheit über eine Kommunikationsschnittstelle beziehungsweise Kommunikationsmittel, wie beispielsweise CAN, LIN und/oder Ethernet, entsprechende Informationen, wie die Schaltungskonfiguration bereitstellt, sodass das Werkstattpersonal diese Information insbesondere direkt aus der Batterie auslesen kann, um dadurch Maßnahmen für die Instandsetzung der Batterie zum Erreichen des Erreichbarkeitswerts durchführen können. Dabei kann ein Werkstattdiagnosegerät, welches mit der Diagnoseeinheit verbunden ist, entsprechende Informationen direkt aus der Batterie auslesen, sodass beispielsweise zusätzlich zu der Schaltungskonfiguration jeweils zusätzlich der potentiell erreichbare Nutzen angezeigt werden kann.For this process, it is particularly useful and advantageous if, for example, the battery management system or diagnostic unit provides relevant information, such as the circuit configuration, via a communication interface or means like CAN, LIN, and/or Ethernet. This allows workshop personnel to read this information directly from the battery and thus implement measures to repair the battery and achieve the desired operating range. A workshop diagnostic tool connected to the diagnostic unit can read this information directly from the battery, allowing, for example, the display of the potentially achievable operating range in addition to the circuit configuration.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere Kosten für Fehlersuche und/oder Reparatur reduziert werden können, beziehungsweise besonders gering ausfallen. Ferner kann der Fahrzeughalter besonders schnell über Reparaturkosten informiert werden. Darüber hinaus kann eine Vorhersage über den potentiellen Nutzen der Reparatur erstellt werden, sodass eine informative Entscheidung über die Sinnhaftigkeit der Reparatur ermöglicht werden kann.The method according to the invention offers the advantage that, in particular, costs for troubleshooting and/or repair can be reduced or made significantly lower. Furthermore, the vehicle owner can be informed about repair costs very quickly. In addition, a prediction of the potential benefit of the repair can be generated, thus enabling an informed decision regarding the feasibility of the repair.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beschreibt der Batterieparameter eine Betriebsfähigkeit, eine Energie, eine Kapazität, eine Leistungsfähigkeit und/oder eine Selbstentladerate. Mit anderen Worten charakterisiert der Batterieparameter den Zustand der gesamten Batterie, insbesondere derart, ob diese betriebsfähig und somit funktionsfähig ist. Zusätzlich oder alternativ beschreibt der Batterieparameter eine Energie beziehungsweise eine Energiemenge der Batterie und/oder eine Kapazität, sowie eine durch die Batterie bereitstellbare Leistung. Darüber kann die Selbstentladerate die Selbstentladung der Batterie über die Zeit beschreiben. Dabei kann der zugehörige Erreichbarkeitswert beispielsweise für die Betriebsfähigkeit abbilden, ob eine Batteriebetriebsfähigkeit herstellbar ist oder nicht. So kann als Erreichbarkeitswert der Betriebsfähigkeit dieses selbst ermittelt. Es wird also bei einem Ausfall der Batterie aufgrund eines Zellschadens als Erreichbarkeitswert die Betriebsfähigkeit der Batterie vorausgesetzt, und anhand dieser eine Schaltung optimiert, sodass die Batterie zumindest wieder einsatzfähig ist.In an advantageous embodiment of the invention, the battery parameter describes operational capability, energy, capacity, performance, and/or self-discharge rate. In other words, the battery parameter characterizes the state of the entire battery, in particular whether it is operational and thus functional. Additionally or alternatively, the battery parameter describes energy or energy quantity of the battery and/or capacity, as well as power that can be provided by the battery. Furthermore, the self-discharge rate can describe the self-discharge of the battery over time. The associated achievability value, for example, for operational capability, can indicate whether battery operation can be restored or not. Thus, the achievability value itself can be determined. Therefore, in the event of battery failure due to cell damage, the achievability value is used to assume battery operation, and a circuit is optimized based on this so that the battery is at least usable again.
Ferner kann die Erreichbarkeit eine nutzbare Energie beziehungsweise eine nutzbare Kapazität oder eine maximale Leistungsfähigkeit beziehungsweise eine minimale Selbstentladungsrate beschreiben. So gibt der Erreichbarkeitswert in Abhängigkeit der Art des Batterieparameters die vorteilhafteste Konfiguration der Schaltung vor. Durch die Möglichkeiten der Batterie welche Eigenschaften der Batterieparameter beschreiben kann ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders vorteilhaft für verschiedene Diagnosen verwendet werden kann. Ferner ergibt sich der Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise die Betriebsfähigkeit der Traktionsbatterie wiederherstellbar ist, indem entsprechend Zellen direkt für die Schaltungskonfiguration beziehungsweise anhand der Schaltungskonfiguration ermittelt werden.Furthermore, accessibility can describe usable energy or capacity, maximum performance, or minimum self-discharge rate. Thus, depending on the type of battery parameter, the accessibility value specifies the most advantageous circuit configuration. The ability of the battery to describe various battery properties offers the advantage that the method is particularly useful for various diagnostic applications. Additionally, the traction battery's operational capability can be restored simply and cost-effectively by directly selecting the appropriate cells for the circuit configuration or based on the circuit configuration.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Zellzustandsgröße einer Kapazität, eine Spannung, ein Widerstand, eine Konnektivität, die beispielsweise abgerissene Zellverbinder charakterisiert, und/oder eine Fehlfunktionskennziffer (englisch diagnostic trouble code, kurz: DTC) für die jeweilige Zelle. Mit anderen Worten beschreibt die Zellzustandsgröße, welche insbesondere mittels einer Messung als Messwert, beispielsweise durch einen Sensor für die jeweilige Zelle des Batteriemanagementsystems, erfasst werden kann, einen Zustand der jeweiligen Zellen. Die DTC kann beispielsweise einen abgerissenen Spannungssensor beschreiben beziehungsweise charakterisieren. Anhand der Größen kann vorteilhaft eine Fehlfunktion der jeweiligen Zelle erkannt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der jeweilige Einflusswert auf dem Batterieparameter besonders vorteilhaft ermittelt werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, at least one cell state parameter is a capacitance, a voltage, a resistance, a connectivity parameter (characterizing, for example, detached cell connectors), and/or a diagnostic trouble code (DTC) for the respective cell. In other words, the cell state parameter, which can be acquired as a measured value, for example, by a sensor for the respective cell of the battery management system, describes the state of the respective cells. The DTC can, for example, describe or characterize a detached voltage sensor. Based on these parameters, a malfunction of the respective cell can be advantageously detected. This offers the advantage that the respective influence on the battery parameter can be determined particularly efficiently.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der Schaltungskonfiguration eine Liste mit zu überbrückenden Zellen erstellt, welche in der Schaltung zum Erreichen des Erreichbarkeitswerts zu überbrücken sind. Mit anderen Worten kann anhand der Schaltungskonfiguration, um den Werkstattpersonal einen einfacheren Zugang für die Reparatur zu gewähren, eine Liste abgeleitet werden, welche entsprechende Zellen markiert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders effektiv zur Reparatur der Traktionsbatterie verwendet werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, a list of cells to be bypassed is generated based on the circuit configuration. These cells must be bridged in the circuit to achieve the required level. In other words, a list identifying the relevant cells can be derived from the circuit configuration to provide workshop personnel with easier access for repairs. This offers the advantage that the method can be used particularly effectively for repairing traction batteries.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Diagnoseeinheit eine Ausgabeeinrichtung auf und/oder ist mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden beziehungsweise wird mit dieser verbunden, sodass an der Ausgabeeinrichtung die Liste und/oder weitere Informationen ausgegeben werden. Mit anderen Worten ist die Diagnoseeinheit so ausgebildet, dass an einer Ausgabeeinrichtung die Liste ausgegeben werden kann, wobei diese insbesondere mit weiteren Informationen verbunden werden kann. Für solch eine Information kann beispielsweise ermittelt werden, was eine jeweilige Überbrückung einer jeweiligen Zelle für den Erreichbarkeitswert des Batterieparameters ermöglicht. So kann beispielsweise ferner ein Ranking erstellt werden, welche Zellen beziehungsweise welche Kombination von Zellen überbrückbar ist, um entsprechende Erreichbarkeitswerte zu erzielen. Dabei kann beispielweise auch eine Gegenüberstellung erfolgen, sodass erkennbar ist, was das Überbrücken der einen Zelle beispielsweise für den Erreichbarkeitswert der Kapazität und das Überbrücken der anderen Zellen beispielsweise für den Erreichbarkeitswert der Leistungsfähigkeit bedeutet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels des Verfahrens eine besonders effiziente Reparatur beziehungsweise Wartung der Traktionsbatterie ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the diagnostic unit has an output device and/or is connected to, or is connected to, a display device, so that the list and/or further information is output at the output device. In other words, the diagnostic unit is designed such that the list can be output at an output device, and this list can be combined with further information. For example, such information can be used to determine what effect bridging a particular cell has on the achievability value of the battery parameter. For example, a ranking can also be created showing which cells or combinations of cells can be bridged to achieve corresponding achievability values. A comparison can also be made, for example, so that it is clear what bridging one cell has on the achievability value of the capacity and bridging other cells has on the achievability value of the performance. This has the advantage that the method enables particularly efficient repair and maintenance of the traction battery.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt anhand der jeweiligen Zellzustandsgröße, einer aktuellen Schaltung, also anhand dessen welche Zellen bereits überbrückt sind, für jeden Strang des wenigstens einen Strangs, wobei insbesondere jeweils mehre Stränge ausgebildet sind, ein Bestimmen des Erreichbarkeitswerts des Batterieparameters. Mit anderen Worten wird, falls die Traktionsbatterie mehrere, insbesondere parallel geschaltete Stränge aufweist, für jeden Strang ein Erreichbarkeitswert des Batterieparameters beziehungsweise ein Erreichbarkeitswert des jeweiligen Strangparameters berechnet, sodass anhand dieser, insbesondere besonders einfach, der Batterieparameter beziehungsweise dessen Erreichbarkeitswert ermittelt werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders effizient ausgeführt werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, based on the respective cell state variable, a current circuit, i.e., based on which cells are already bridged, the following is carried out for each strand of the For at least one string, and in particular for multiple strings, the attainability value of the battery parameter is determined. In other words, if the traction battery has several strings, especially those connected in parallel, an attainability value of the battery parameter or an attainability value of the respective string parameter is calculated for each string, so that the battery parameter or its attainability value can be determined, particularly easily, based on these values. This offers the advantage that the method can be carried out with particular efficiency.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird eine Multifaktoroptimierung für mehrere Betriebsparameter und deren jeweilige Erreichbarkeitswerte durchgeführt. Mit anderen Worten wird bei dem Ermitteln eines Erreichbarkeitswerts berücksichtigt, welchen Einfluss eine dafür ermittelte Schaltungskonfiguration auf weitere beziehungsweise andere Batterieparameter hat. Somit werden die Änderungen mehrerer Parameter für ein entsprechendes Überbrückungsszenario berücksichtigt, sodass beispielsweise eine Schaltungskonfiguration an Attraktivität verlieren kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass insbesondere eine globale Empfehlung für eine Schaltungskonfiguration in Abhängigkeit von mehreren sich gegenseitig beeinflussbaren Batterieparametern abgegeben werden kann.In a further advantageous embodiment of the invention, multi-factor optimization is performed for several operating parameters and their respective achievability values. In other words, when determining an achievability value, the influence of a circuit configuration determined for this purpose on other battery parameters is taken into account. Thus, changes in several parameters for a corresponding bridging scenario are considered, so that, for example, a circuit configuration may become less attractive. This offers the advantage that, in particular, a global recommendation for a circuit configuration can be made depending on several mutually influencing battery parameters.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Diagnoseeinheit die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen.A second aspect of the invention relates to a diagnostic unit which is designed to perform a method according to the first aspect of the invention.
Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.Advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the first aspect of the invention, are to be regarded as advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the second aspect of the invention, and vice versa.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Diagnoseeinheit als Komponente einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Diagnoseeinheit, welche insbesondere dazu ausgebildet ist einen Algorithmus auszuführen, durch welchen die Schritte des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt werden können, eine Komponente und somit ein Bestandteil der Traktionsbatterie. Dabei kann die Diagnoseeinheit insbesondere eine Komponente des Batteriemanagementsystems der Traktionsbatterie sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Traktionsbatterie selbst das Verfahren durchführen kann und somit beim Erreichen einer Werkstatt über eine geeignete Schnittstelle beispielsweise gleich alle Daten für eine Reparatur bereitgehalten werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the diagnostic unit is configured as a component of a traction battery for a motor vehicle. In other words, the diagnostic unit, which is specifically configured to execute an algorithm by which the steps of the method according to the first aspect of the invention can be carried out, is a component and thus an integral part of the traction battery. The diagnostic unit can, in particular, be a component of the traction battery's battery management system. This offers the advantage that the traction battery itself can perform the method, and thus, upon arrival at a workshop, all data for a repair can be readily available via a suitable interface.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, welches dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchzuführen, und/oder welches eine Diagnoseeinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist istA third aspect of the invention relates to a motor vehicle which is designed to perform a method according to the first aspect of the invention and/or which has a diagnostic unit according to the second aspect of the invention.
Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des zweiten Aspekts und/oder dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.Advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the first aspect of the invention, are to be regarded as advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the second aspect and/or third aspect of the invention, and vice versa.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as those mentioned below in the figure description and/or shown in the figures alone, can be used not only in the combinations specified, but also in other combinations or individually, without departing from the scope of the invention.
Dabei zeigen:
-
1 ein schematisches Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Diagnose einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs; und -
2 eine schematische Ansicht der Traktionsbatterie, an welcher das Diagnoseverfahren durchgeführt werden kann.
-
1 a schematic flowchart for a procedure for diagnosing a traction battery of a motor vehicle; and -
2 a schematic view of the traction battery on which the diagnostic procedure can be performed.
Durch die Schaltung 12 können beispielsweise wenigstens eine logische Zelle beziehungsweise Logikzelle ausgebildet werden, welche eine parallele Verschaltung wenigstens zweier Zellen 14 darstellt. Zusätzlich oder alternativ können wenigstens ein Strang ausgebildet werden, welcher durch eine serielle beziehungsweise in Reihe Verschaltung von Zellen 14 und/oder logischen Zellen gebildet wird. Dabei können mehrere der Stränge in Serien und/oder parallel verschaltet sein.Circuit 12 can, for example, form at least one logic cell, which represents a parallel connection of at least two cells 14. Additionally or alternatively, at least one string can be formed, which is created by a series connection of cells 14 and/or logic cells. Several of these strings can be connected in series and/or parallel.
Bei der Traktionsbatterie 10 kann es passieren, dass einzelne Zellen 14, welche insbesondere als Lithiumionen- und/oder Natriumionenzellen ausgebildet sind, im Laufe der Zeit fehlerhaft werden. Darüber hinaus können Zellverbinder 18, durch welche insbesondere die Schaltung 12 realisiert wird, ebenfalls fehlerhaft werden und beispielsweise reißen, was zu einem Ausfall der Betriebsfähigkeit der Traktionsbatterie 10 führen kann.In the traction battery 10, individual cells 14, which are primarily lithium-ion and/or sodium-ion cells, may become defective over time. Furthermore, cell connectors 18, which primarily implement the circuit 12, may also become defective and, for example, break, which can lead to the traction battery 10 becoming inoperable.
Darüber hinaus kann sich beispielsweise aufgrund von einzelnen Zellen 14 beispielsweise eine Kapazität beziehungsweise beispielsweise eine Selbstentladung der Traktionsbatterie 10 im Laufe der Zeit ändern. So kann eine Reparatur oder eine Wartung vorteilhaft werden. Damit Werkstattpersonal die Reparatur beziehungsweise Wartung besonders effizient durchführen kann, wäre es wünschenswert, dass durch das hier vorgestellte Verfahren, welches die im Folgenden vorgestellten Schritte S1 bis S3 umfasst, dem Werkstattpersonal eine besonders vorteilhafte Diagnose bereitgestellt werden kann, sodass dieses die Reparatur besonders einfach ausführen können.Furthermore, the capacity or self-discharge of the traction battery 10 can change over time, for example, due to individual cells 14. This can make repair or maintenance advantageous. To enable workshop personnel to carry out repairs or maintenance particularly efficiently, it would be desirable for the procedure presented here, which comprises steps S1 to S3 below, to provide workshop personnel with a particularly advantageous diagnostic tool, thus simplifying the repair process.
Dazu wird im ersten Schritt S1 die wenigstens eine Zellzustandsgröße für jede Zelle 14 durch eine Diagnoseeinheit 20 erfasst.In the first step S1, at least one cell state parameter for each cell 14 is recorded by a diagnostic unit 20.
Im zweiten Schritt S2 erfolgt ein Bestimmen eines jeweiligen Einflusswerts der jeweiligen Zelle 14, der wenigstens einen logischen Zelle und/oder des wenigstens einen Strang auf einen Erreichbarkeitswert eines Batterieparameters anhand der erfassten Zellzustandsgrößen. Mit anderen Worten charakterisiert die Zellzustandsgröße den jeweiligen Zustand der Zelle, welcher Einfluss auf den Batterieparameter hat. Der Batterieparameter kann beispielsweise eine Gesamtkapazität beziehungsweise nutzbare Kapazität oder eine Energie beziehungsweise nutzbare Energie, eine Betriebsfähigkeit, eine Leistungsfähigkeit der Batterie oder eine Selbstentladerate der Batterie darstellen. Das heißt, der Zustand der jeweiligen Zelle hat Einfluss auf den Batterieparameter, wobei die Größe des Einflusses anhand des Einflusswerts in dem zweiten Verfahrensschritt S2 bestimmt wird.In the second step S2, the influence of each cell 14, at least one logical cell, and/or at least one string on the attainability value of a battery parameter is determined based on the recorded cell state variables. In other words, the cell state variable characterizes the respective state of the cell, which influences the battery parameter. The battery parameter can, for example, represent total capacity or usable capacity, energy or usable energy, operational capability, battery performance, or battery self-discharge rate. That is, the state of the respective cell influences the battery parameter, with the magnitude of the influence being determined based on the influence value in the second process step S2.
In einem dritten Schritt S3 erfolgt ein Ermitteln einer Schaltungskonfiguration anhand der ermittelten Einflusswerte und in Abhängigkeit von dem Erreichbarkeitswert, wobei die Schaltungskonfiguration die Schaltung vorgibt, durch welche der Batterieparameter den Erreichbarkeitswert annimmt.In a third step S3, a circuit configuration is determined based on the determined influence values and depending on the reachability value, whereby the circuit configuration specifies the circuit through which the battery parameter assumes the reachability value.
Dabei sei angemerkt, dass zusätzlich zu dem hier vorgestellten Verfahren ebenfalls die Diagnoseeinheit 20 vorgestellt wird, wobei die Diagnoseeinheit 20 dazu ausgebildet ist, beispielsweise mittels geeignetem Algorithmus einer elektronischen Recheneinrichtung beziehungsweise einer integrierten Schaltung, die Schritte des Verfahrens durchzuführen. Dabei ist die Diagnoseeinrichtung 20 vorteilhafterweise eine Komponente der Traktionsbatterie 10 und insbesondere auch eine Komponente des Batteriemanagementsystems 16, beziehungsweise über eine Kommunikationsschnittstelle mit diesem im Austausch. Dabei kann über eine weitere Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise einen CAN-Bus oder dergleichen, die Diagnoseeinheit 20 mit einer Ausgabeeinrichtung 22 verbunden werden kann. Ferner wird hier auch ein Kraftfahrzeug vorgestellt, welches dazu ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen und/oder eine Diagnoseeinheit 20 umfasst.It should be noted that, in addition to the procedure presented here, the diagnostic unit 20 is also introduced. The diagnostic unit 20 is configured to perform the steps of the procedure, for example, by means of a suitable algorithm of an electronic computing device or an integrated circuit. Advantageously, the diagnostic unit 20 is a component of the traction battery 10 and, in particular, also a component of the battery management system 16, or communicates with it via a communication interface. The diagnostic unit 20 can be connected to an output device 22 via another communication interface, such as a CAN bus or the like. Furthermore, a motor vehicle is also presented here, which is configured to perform the procedure and/or includes a diagnostic unit 20.
Es wird also ein Diagnosedienst bereitgestellt, durch welchen Werkstattpersonal beispielsweise über die Ausgabeeinrichtung 22 eine Schaltungskonfiguration angezeigt werden kann, durch welche das Werkstattpersonal weiß, welche Zellen 14 zu überbrücken sind, um den Batterieparameter, insbesondere vorteilhaft, zu beeinflussen. Dabei wird vorteilhafterweise anhand der Schaltungskonfiguration eine Liste abgeleitet, sodass dem Werkstattpersonal direkt eine Liste der zu überbrückender Zellen 14 angezeigt werden kann. Die Liste kann zusätzlich mit Informationen angereichert werden, welche es dem Werkstattpersonal erleichtern, sich zu entscheiden, welche Maßnahme zur Reparatur beziehungsweise Wartung der Traktionsbatterie 10 am sinnvollsten ist.A diagnostic service is provided, allowing workshop personnel, for example via output device 22, to view a circuit configuration. This configuration indicates which cells 14 need to be bridged to influence the battery parameters, particularly to a beneficial degree. Advantageously, a list is derived from the circuit configuration, so that the workshop personnel can directly view a list of the cells 14 to be bridged. This list can be further enhanced with information to help workshop personnel decide which repair or maintenance measure for the traction battery 10 is most appropriate.
Es folgt eine beispielhafte Liste mit Zusatzinformationen:
Im Folgenden wird jeweils für einen Typ an Batterieparametern ein mögliches Ausführungsbeispiel für Algorithmus für die Diagnose beziehungsweise die Diagnoseeinheit 20 vorgestellt. Durch den jeweiligen Algorithmus werden im Wesentlichen die Schritte gemäß
Für das erste Ausführungsbeispiel kann als Erreichbarkeitswert beim Ausfall der Batterie die Betriebsfähigkeit ermittelt werden:
- Hierzu werden Fehlerzustände des Batteriemanagementsystems, beispielsweise mit einer Liste, anhand welcher die Fehlzustände beziehungsweise deren zugehörige DTC-Nummer auf einzelner und/oder logischer Zellen zurückzuführen sind, und durch Überbrücken behoben werden können, abgeglichen.
- For this purpose, fault conditions of the battery management system are compared, for example with a list which indicates that the fault conditions or their associated DTC number can be traced back to individual and/or logical cells and can be rectified by bridging.
Beispiele für entsprechende Fehler von Zellen 14, welche die Betriebsfähigkeit beeinflussen können, sind abgerissene Zellverbinder 18, abgerissene Spannungssensoren der Zelle 14, welche dem Batteriemanagementsystem 16 zugeordnet sind. Ferne kann ein entsprechender Widerstand einer Zelle 14 über einem kritischen und/oder die Kapazität einer entsprechenden Zelle 14 ist unter einem kritischen Wert sein. Das Batteriemanagementsystem 16 kann die Fehlercodes für die jeweilige Zelle 14 ermitteln, wobei die betroffene Zelle 14 und Anweisungen zur Plausibilisierung sowie zur Reparatur, insbesondere zur Überbrückung der jeweiligen Zelle 14 anhand der Schaltungskonfiguration, an der Ausgabeeinrichtung 22 ausgegeben werden können. Examples of corresponding faults of cells 14 that can affect operability include broken cell connectors 18 and broken voltage sensors of cell 14, which are assigned to the battery management system 16. Furthermore, the resistance of a cell 14 may be above a critical value and/or the capacity of a cell 14 may be below a critical value. The battery management system 16 can determine the fault codes for the respective cell 14, and instructions for the affected cell 14, as well as for plausibility checks and repairs, in particular for bypassing the respective cell 14 based on the circuit configuration, can be output at the output device 22.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird als Batterieparameter Energie oder Kapazität beziehungsweise als zugehöriger Erreichbarkeitswert die nutzbare Energie beziehungsweise die nutzbare Kapazität der Traktionsbatterie 10 ermittelt:In the second embodiment, the battery parameter energy or capacity, or the associated reachability value, is determined as the usable energy or the usable capacity of the traction battery 10:
Dabei kann anhand einer Liste, welche dem Zustand der jeweiligen Zelle 14, beispielsweise ob diese bereits überbrückt sind oder nicht, der Anzahl der nicht-überbrückten Zellen n und deren geschätzter Kapazität ki folgender Algorithmus für jeden Strang der Traktionsbatterie 10 implementiert werden (mit SOCMax = maximal erlaubter Ladezustand, SOCMin = minimal erlaubter Ladezustand, SOCref = Referenzladezustand zur Angabe eines Leistungsfähigkeitskennwerts):
- 1. Die Liste wird nach aufsteigender Kapazität k(0)...k(n-1), wobei k(0)=min(k) ist, geordnet
- 2. Es wir die aktuell verfügbare Energie der Batterie E(0) berechnet wobei :
- 3. Optimierungsoptionen:
- (wobei Option1 die bevorzugte Variante ist da sie eine höhere Wahrscheinlichkeit hat das Optimum zu finden und Option 2 weniger Rechenzeit benötigt, aber Anfällig für die Anzeige einer zu kleinen Zahl an zu überbrückenden Zellen ist)
- 1. In einer Schleife wird solange die maximal entnehmbare Energie nach Überbrücken einer weiteren Zelle bestimmt, bis eine maximale Anzahl zu überbrückender Zellen jmax erreicht ist. Zusätzlich kann in derselben Schleife auch die Berechnung der Leistungswerte vorgenommen werden, um so den Einfluss der Reparaturmaßname auf diesen Batterieparameter mit in der Liste möglicher Reparaturmaßnamen auszugeben. j=0; while j<jmax; j=j+1
end Anschließend werden alle Werte verworfen, die nach dem Eintrag mit maximaler entnehmbarer Energie kommen. - (wobei Option1 die bevorzugte Variante ist da sie eine höhere Wahrscheinlichkeit hat das Optimum zu finden und Option 2 weniger Rechenzeit benötigt, aber Anfällig für die Anzeige einer zu kleinen Zahl an zu überbrückenden Zellen ist)
- 2. In einer Schleife wird solange die maximal entnehmbare Energie nach Überbrücken einer weiteren Zelle 14 bestimmt, bis diese zum ersten Mal kleiner als E(0) plus einem Schwellwert ks**, welcher größer gleich oder kleiner als 0 sein kann, ist. Zusätzlich kann in derselben Schleife auch die Berechnung der Leistungswerte vorgenommen werden, um so den Einfluss der Reparaturmaßname auf diesen Batterieparameter mit in der Liste möglicher Reparaturmaßnamen auszugeben. j=0; while or(j<1, E(l)≤E(0) + ks); j=j+1
end - 4. Nun wird eine Liste der Zellpositionen der Zellen bis j -1 zusammen mit dem Wert E(l), (E(l)-E(0)) bzw. (E(l)-E(0))/E(0) zwischengespeichert oder direkt ausgegeben, wobei E(I) der Energie entspricht bis zu der die Batterie potenziell verbessert werden kann (E(l)-E(0)), dem Betrag der potenziellen Verbesserung und (E(l)-E(0))/E(0) der prozentualen Verbesserung wenn alle Zellen 14 bis zu diesem Eintrag überbrückt werden.
- 5. Falls der Wert vorberechnet und gespeichert wurde, wird er auf Anforderung per Diagnose ausgegeben, ansonsten live berechnet.
- 1. The list is ordered according to ascending capacity k(0)...k(n-1), where k(0)=min(k).
- 2. The currently available energy of the battery E(0) is calculated where:
- 3. Optimization options:
- (where Option 1 is the preferred option because it has a higher probability of finding the optimum, and Option 2 requires less computing time but is prone to displaying too few cells to bridge)
- 1. In a loop, the maximum extractable energy after bridging another cell is determined until a maximum number of cells to be bridged, j<sub>max</sub>, is reached. Additionally, the power values can also be calculated in the same loop to determine the influence of the bridging process. The repair measure should include this battery parameter in the list of possible repair measures. j=0; while j<j max ; j=j+1
Finally, all values that follow the entry with maximum extractable energy are discarded. - (where Option 1 is the preferred option because it has a higher probability of finding the optimum, and Option 2 requires less computing time but is prone to displaying too few cells to bridge)
- 2. In a loop, the maximum extractable energy after bridging another cell 14 is determined until it is first less than E(0) plus a threshold value ks**, which can be greater than or equal to, or less than, 0. Additionally, the power values can also be calculated in the same loop to output the effect of the repair measure on this battery parameter in the list of possible repair measures. j=0; while or(j<1, E(l)≤E(0) + ks); j=j+1
end - 4. Now, a list of the cell positions of the cells up to j -1 is temporarily stored or directly output along with the value E(l), (E(l)-E(0)) or (E(l)-E(0))/E(0), where E(l) corresponds to the energy up to which the battery can potentially be improved (E(l)-E(0)), the amount of the potential improvement, and (E(l)-E(0))/E(0) the percentage improvement if all cells 14 up to this entry are bridged.
- 5. If the value has been pre-calculated and saved, it will be output on request via diagnostics; otherwise, it will be calculated live.
Dabei bedeutet: * Der Grad der Vereinfachung ist Anwendungsspezifisch. ** ks kann entweder festgelegt sein, oder dynamisch mit der Genauigkeit der Schätzung der Zellkapazitäten skaliert werden. Somit kann ks auch ein Vektor der Länge n sein.This means: * The degree of simplification is application-specific. ** ks can either be fixed or dynamically scaled with the accuracy of the cell capacity estimates. Thus, ks can also be a vector of length n.
Wird als Erreichbarkeitswert beziehungsweise zugehöriger Batterieparameter eine Leistungsfähigkeit der Batterie verändert, kann beispielsweise anhand der Leistungsfähigkeit bei einem Referenzladezustand als drittes Ausführungsbeispiels folgender Algorithmus durchgeführt werden:
- 1. Die Liste wird nach absteigendem Zellinnenwiderstand R(0)...R(n-1), wobei R(0)=max(R), geordnet
- 2. Es wird die aktuell verfügbare Leistungsfähigkeit der Batterie P(0) berechnet zum Beispiel über folgende Formel :
- 3. Optimierungsoptionen:
- (wobei Option1 die bevorzugte Variante ist da sie eine höhere Wahrscheinlichkeit hat das Optimum zu finden und Option 2 weniger Rechenzeit benötigt, aber Anfällig für die Anzeige einer zu kleinen Zahl an zu überbrückenden Zellen ist)
- 1. In einer Schleife wird solange die verfügbare Leistungsfähigkeit nach Überbrücken einer weiteren Zelle bestimmt bis eine maximale Anzahl zu überbrückender Zellen jmax erreicht ist. j=0; while j<k; j=j+1
end Anschließend werden alle Werte verworfen, die nach dem Eintrag mit maximaler Leistungsfähigkeit kommen. - 2. In einer Schleife wird solange die verfügbare Leistungsfähigkeit nach Überbrücken einer weiteren Zelle bestimmt, bis diese zum ersten Mal kleiner als P(0) plus einem Schwellwert ps**, welcher größer oder gleich 0 ist, ist. j=0; while or(j<1, P(l)≤P(0) + ps); j=j+1
end
- 1. In einer Schleife wird solange die verfügbare Leistungsfähigkeit nach Überbrücken einer weiteren Zelle bestimmt bis eine maximale Anzahl zu überbrückender Zellen jmax erreicht ist. j=0; while j<k; j=j+1
- (wobei Option1 die bevorzugte Variante ist da sie eine höhere Wahrscheinlichkeit hat das Optimum zu finden und Option 2 weniger Rechenzeit benötigt, aber Anfällig für die Anzeige einer zu kleinen Zahl an zu überbrückenden Zellen ist)
- 4. Nun wird eine Liste der Zellpositionen der Zellen l mit l =0 bis j -1 mit dem Wert P(l), (P(l)-P(0)) bzw. (P(l)-P(0))/P(0) zwischengespeichert oder direkt ausgegeben, wobei P(l) der Leistung entspricht bis zu der die Batterie potenziell verbessert werden kann (P(l)-P(0)), dem Betrag der potenziellen Verbesserung und (P(l)-P(0))/P(0) der prozentualen Verbesserung wenn alle Zellen bis zu diesem Eintrag überbrückt werden.
- 5. Falls der Wert vorberechnet und gespeichert wurde wird er auf Anforderung per Diagnose ausgegeben, ansonsten live berechnet.
- 1. The list is ordered according to descending cell internal resistance R(0)...R(n-1), where R(0)=max(R).
- 2. The currently available power of the battery P(0) is calculated, for example using the following formula:
- 3. Optimization options:
- (where Option 1 is the preferred option because it has a higher probability of finding the optimum, and Option 2 requires less computing time but is prone to displaying too few cells to bridge)
- 1. In a loop, the available processing power after bridging another cell is determined until a maximum number of cells to be bridged, j <sub>max</sub>, is reached. j<sub>max</sub> = 0; while j<k;j<sub>max</sub> = j + 1
Finally, all values that come after the entry with maximum performance are discarded. - 2. In a loop, the available power after bridging another cell is determined until it is first less than P(0) plus a threshold value ps**, which is greater than or equal to 0. j=0; while or(j<1, P(l)≤P(0) + ps); j=j+1
end
- 1. In a loop, the available processing power after bridging another cell is determined until a maximum number of cells to be bridged, j <sub>max</sub>, is reached. j<sub>max</sub> = 0; while j<k;j<sub>max</sub> = j + 1
- (where Option 1 is the preferred option because it has a higher probability of finding the optimum, and Option 2 requires less computing time but is prone to displaying too few cells to bridge)
- 4. Now, a list of the cell positions of cells l with l = 0 to j - 1 with the value P(l), (P(l)-P(0)) or (P(l)-P(0))/P(0) is temporarily stored or directly output, where P(l) corresponds to the power up to which the battery can potentially be improved (P(l)-P(0)), the amount of the potential improvement and (P(l)-P(0))/P(0) the percentage improvement if all cells up to this entry are bridged.
- 5. If the value has been pre-calculated and saved, it will be output via diagnostics on request; otherwise, it will be calculated live.
Dabei bedeutet: * Der Grad der Vereinfachung ist Anwendungsspezifisch. ** ps kann entweder festgelegt sein, oder dynamisch mit der Genauigkeit der Schätzung der Zellinnenwiderstände skaliert werden. Somit kann ps auch ein Vektor der Länge n sein.This means: * The degree of simplification is application-specific. ** ps can either be fixed or dynamically scaled with the accuracy of the cell internal resistance estimate. Thus, ps can also be a vector of length n.
Als weiteres Ausführungsbeispiel wird ein Algorithmus skizziert, welcher für die Selbstentladungsrate als Batterieparameter einen besonders niedrigen Erreichbarkeitswert ermöglichen sollte. Dabei wird ebenfalls anhand er Liste mit den Zuständen der Zellen, der Anzahl der nicht überbrückten Zellen und deren geschätzter Selbstentladung ein Algorithmus für jeden Strang der Batterie implementiert:
- 1. Die Liste wird nach absteigender Selbstentladung S(0)...S(n-1), wobei S(0)=max(S), geordnet
- 2. Der aktuelle Balancing bedarf wird durch S(0) gegeben
- 3. Nun wird die erste Zelle gesucht deren Selbstentladerate unter dem Schwellwert ss liegt. j=0; while or (j<1, S(j)<ss); j=j+1 end
- 4. Nun wird eine Liste der Zellpositionen der Zellen l mit l =0 bis j -1 ausgegeben, welche überbrückt werden müssen, um die Selbstentladung auf ein akzeptables Niveau abzusenken.
- 5. Falls der Wert vorberechnet und gespeichert wurde, wird er auf Anforderung per Diagnose ausgegeben, ansonsten live berechnet.
** ss kann entweder festgelegt sein, oder dynamisch mit der Genauigkeit der Schätzung der Selbstentladung skaliert werden. Somit kann ss auch ein Vektor der Länge n sein.As a further example, an algorithm is outlined which should enable a particularly low achievability value for the self-discharge rate as a battery parameter. Here, too, an algorithm is implemented for each string of the battery based on the list of cell states, the number of unbridged cells, and their estimated self-discharge:
- 1. The list is ordered according to descending self-discharge S(0)...S(n-1), where S(0)=max(S).
- 2. The current balancing requirement is given by S(0).
- 3. Now, the first cell whose self-discharge rate is below the threshold value ss is sought. j=0; while or (j<1, S(j)<ss); j=j+1 end
- 4. Now a list of the cell positions of cells l with l = 0 to j - 1 is output, which must be bridged to reduce the self-discharge to an acceptable level.
- 5. If the value has been pre-calculated and saved, it will be output on request via diagnostics; otherwise, it will be calculated live.
** ss can either be fixed or dynamically scaled with the accuracy of the self-discharge estimate. Thus, ss can also be a vector of length n.
Dabei ergibt sich die Tatsache, dass sich Überbrückungen einzelner Zellen 14 unterschiedlich auf die jeweiligen Batterieparameter auswirken. Daher wäre es von Vorteil, dass bei der Ermittlung der Schaltungskonfiguration mehrere Batterieparameter berücksichtigt werden. So kann sich eine für einen ersten der auswirkende Schaltungskonfiguration für einen zweiten der Batterieparameter negativ auswirken und dadurch an Attraktivität verlieren kann. Beispielsweise kann die Selbstentladungsrate auf Kosten der Kapazität gehen. Daher könnten entweder die Listen beziehungsweise Tabellen direkt mit den anderen vorausgesagten Parametern angereichert werden, beziehungsweise ein zweiter Diagnosedienst angeboten werden, der die Batterieparameter Energie, Leistung und Spannung eine konkreten Überbrückungsszenarios ausgibt, oder mittels einer Multifaktoroptimierung eine globale Empfehlung ausgibt.This reveals that bridging individual cells (14) has different effects on the respective battery parameters. Therefore, it would be advantageous to consider multiple battery parameters when determining the circuit configuration. A circuit configuration that benefits one battery parameter might negatively impact another, thus reducing its attractiveness. For example, the self-discharge rate can reduce capacity. Therefore, the lists or tables could either be directly enriched with the other predicted parameters, or a second diagnostic service could be offered that outputs the battery parameters energy, power, and voltage for a specific bridging scenario, or provides a global recommendation using multi-factor optimization.
Durch das hier vorgestellte Verfahren ist ein Diagnosetester mit Funktionalität zur Empfehlung von Reparaturmaßnahmen an Traktionsbatterien 10 gezeigt.The procedure presented here demonstrates a diagnostic tester with functionality for recommending repair measures on traction batteries 10.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- TraktionsbatterieTraction battery
- 1212
- Schaltungcircuit
- 1414
- Zellecell
- 1616
- BatteriemanagementsystemBattery management system
- 1818
- ZellverbinderCell connectors
- 2020
- DiagnoseeinheitDiagnostic unit
- 2222
- AusgabeeinrichtungOutput device
- S1S1
- Erster SchrittFirst step
- S2S2
- Zweiter SchrittSecond step
- S3S3
- Dritter SchrittThird step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 5 453 769 B2 [0004]JP 5 453 769 B2 [0004]
- JP 5 733 648 B2 [0004]JP 5 733 648 B2 [0004]
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-
2024
- 2024-05-29 DE DE102024001737.2A patent/DE102024001737A1/en active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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