用于检查电池状态的方法和检查装置与流程

本发明涉及一种用于检查在至少一个机动车的至少一个电池中的电池状态的方法。本发明的第二方面涉及一种用于检查在至少一个机动车的至少一个电池中的电池状态的检查装置。

背景技术

机动车的电池在其寿命期间经受多次充电和放电过程。为此由于温度波动以及由于车辆行驶运行出现负荷。这些因素导致可能出现不同类型的电池故障或电池缺陷，其在最不利的情况下可导致机动车的抛锚。在此背景下，特别关键的是纯电驱动的机动车的高压电池(动力电池)的失效。

由de102015005132a1已知一种用于检查电池的方法，在该方法中确定电池的单个单池的单池电压，并且自动比较所确定的单池电压与测试参数。由此可在转让之前在车辆维修车间中对更换的电池的安全性进行评估。

ep1037063a1说明了一种用于在电池组中进行故障识别的识别装置，其包括伏特计和安培计。故障识别借助确定电池组的内电阻来进行。

由de102013013471a1已知一种用于确定在多芯电池组中的引线阻抗(zuleitungsimpedanz)以识别出线路故障的方法。在此，如果在电池组中的不同的单池处的相应的电压差具有不同的正负号，则推出存在线路故障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种开头提及的类型的方法以及检查装置，其能够实现特别早地识别出电池故障。

该目的通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求10的特征的检查装置实现。本发明的有利的改进方案为从属权利要求的对象。根据本发明的方法的有利的设计方案在此还可看作检查装置的有利的设计方案，并且反之亦然。

本发明的第一方面涉及一种用于检查在至少一个机动车的至少一个电池中的电池状态的方法，该方法至少包括以下步骤：

a)确定在不同的时刻至少一个电池的至少两个电池单池的相应的单池电压值的单池电压差；

b)比较单池电压差与至少一个预定的、为至少两个电池单池分配的单池电压参考值，并确定在单池电压差和至少一个单池电压参考值之间的相应的偏差值；

c)确定至少一个电池的电池状态，其中，借助相应的偏差值确定电池状态的不允许的恶化是否来临。

这是有利的，因为通过确定电池状态的不允许的恶化是否来临，能够特别早地识别出可能发生的电池故障。通过根据步骤a)在不同的时刻确定单池电压差，在步骤b)中确定的偏差值同样与时间相关，由此，在步骤c)中执行的借助偏差值对电池状态的确定允许预测将来的偏差值的走向或大小。

电池可优选地构造为高压电池，其还可被称为动力电池。电池尤其可设计为锂离子电池(简称：li-io-电池)。然而，仅举例而言，电池还可设计为12v起动电池或48v起动电池。

电池可包括多个串联的电池单池。各电池单池可——由于在制造电池单池时的制造公差——例如在相应的电池单池的相应不同的接触电阻方面彼此不同。由此可得到相应不同的单池电压值，由此在不同的时刻形成单池电压差(步骤a))。因此，例如可在第一时刻以及在第二时刻在至少两个彼此不同的电池单池中例如通过直接的电压测量确定相应的单池电压值，并且从这些相应的单池电压值又确定相应的单池电压差。因此，在最简单的情况下，可借助两个电池单池的单池电压值在两个不同的时刻相应形成两个单池电压差。

在执行所述方法时，电池可处于其联接在机动车中的状态中。亦即可有利地在电池与机动车电联接期间执行所述方法。

优选地，在在电池和与电池耦联的车辆部件之间能量交换期间进行在步骤a)中的单池电压值的确定。仅举例而言，属于车辆部件的有机动车的用电器、例如电马达，或供能器、例如内燃机驱动的发电机。在能量交换期间可出现电压值的数值大小的特别明显的变化，并且因此有利地借助偏差值特别简单且可靠地识别出电池状态的恶化。

单池电压参考值例如可相应于在电池的崭新状态中至少两个电池单池的电压差。在崭新状态中的电压差还可被称为崭新状态电压差或理论电压差。

优选地，例如可提供或确定具有多个单池电压参考值(理论电压差)的参考组合特征曲线，其中，可存在在相应不同的运行条件下的单池电压参考值。这些运行条件的示例为在电池运行时的不同的电池温度、不同的荷电状态或不同的充电电流。与之相应地，参考组合特征曲线可多维地构造。运行条件设置得越多，参考组合特征曲线可具有的维度越多。

在步骤c)中确定至少一个电池的电池状态时，可总地借助电池状态的不允许的恶化推出可能的、显示出苗头的并因此将来的电池故障。在此，特别的优点是，该方法使得能够预测在可工作的电池中是否有失效(电池故障)来临。因此，可尤其可靠地提前确定作为电池状态的不允许的恶化的电池的即将来临的失效。由此可避免配有电池的机动车的抛锚并且提早更换电池。

该方法尤其使得能够在电池在机动车中运行期间检查电池。

在步骤c)中，例如还可执行相应的偏差值的插值。由此可有利地甚至提前确定或至少估计：何时、即在哪个将来的时刻会出现电池状态的不允许的恶化。由此可有利地特别早地召回机动车，以便例如更换电池。

在本发明的有利的改进方案中，在步骤b)中比较单池电压差与至少一个单池电压参考值时，考虑电池和/或机动车的至少一个为单池电压差以及单池电压参考值分配的共同的运行条件范围。这是有利的，因为例如由此可至少很大程度上排除电池的环境影响或负荷影响，由此单池电压差与至少一个单池电压参考值的比较特别有说服力。仅举例而言，属于这类环境影响的有例如(电池或机动车)的环境温度，并且属于负荷影响的有例如负载电流的大小。通过运行条件范围可为相应的单池电压差和至少一个单池电压参考值分类，即，分配相同的边界条件。

在本发明的另一有利的改进方案中，至少一个运行条件范围包括电池温度区间。这是有利的，因为通过预先给定电池温度区间，在比较单池电压差与至少一个单池电压参考值时可预先给定对于单池电压差和至少一个单池电压参考值来说共同的电池温度范围。由此可实现特别有说服力的比较，因为可至少在很大程度上排除歪曲比较的温度影响。仅举例而言，电池温度区间例如可覆盖-10℃至0℃或10℃至20℃的范围。

在本发明的另一有利的改进方案中，至少一个运行条件范围包括荷电状态区间。这是有利的，因为通过预先给定荷电状态区间，在比较单池电压差与至少一个单池电压参考值时可预先给定对于单池电压差和至少一个单池电压参考值来说共同的荷电状态范围。由此可实现特别有说服力的比较，因为可至少在很大程度上排除了歪曲比较的荷电状态影响。仅举例而言，还可被称为soc区间(soc＝stateofcharge，荷电状态)的荷电状态区间例如可覆盖电池的最大荷电量的30％至40％的范围或80％至90％的范围。

在本发明的另一有利的改进方案中，至少一个运行条件范围包括负载电流区间。这是有利的，因为通过预先给定负载电流区间，在比较单池电压差与至少一个单池电压参考值时可预先给定对于单池电压差和至少一个单池电压参考值来说共同的负载电流范围。由此可实现特别有说服力的比较，因为可至少在很大程度上排除了歪曲比较的负载状态影响。仅举例而言，负载电流区间例如可覆盖-20a至20a的范围或20a至100a的范围。

在本发明的另一有利的改进方案中，在步骤a)中，作为单池电压值，一方面考虑至少两个电池单池中的第一电池单池的最高电压值，并且另一方面考虑至少两个电池单池中的第二电池单池的最小电压值。这是有利的，因为由此可确定特别大的电压差异(spannungsspreizung)并且因此确定单池电压差的特别大的电压差数值，由此可总体上特别精确地确定电池状态。

与之相应地，第一电池单池可提供在电池的所有电池单池中的最大电压值，而第二电池单池可提供所有电池单池中的最低电压值。通过(在不同的时刻)确定在最高电压值和最小电压值之间的单池电压差，可与之相应地特别可靠地识别出单池电压差的改变、即单池电压差随时间的改变。因此，在最大电压值和最低电压值之间的这种值对相关性对于确定电池状态特别有说服力。

优选地，在所述方法的范围中，可在步骤a)中的确定之前确定至少两个电池单池的最高电压值和最小电压值。

在本发明的另一有利的改进方案中，在另一步骤d)中确定：相应的偏差值是否超过相应的预定的阈值，其中，如果相应的偏差值超过相应的预定的阈值，则提高/累加超过次数。这是有利的，因为通过阈值可预先给定相应的容差界限，通过该容差界限可至少在很大程度上避免在确定电池状态时的例如由于短时的电压峰值或测量异常(测量故障)引起的歪曲。超过次数可通过所谓的“计数器”来探测。在不同的时刻相应的偏差值每次超过相应的阈值时，超过次数(“计数器”)提高“1”。因此，可特别简单地从超过的频繁率确定电池状态的不允许的恶化的临近。

在本发明的另一有利的改进方案中，根据超过次数的数值大小和/或超过次数的与时间相关的数值变化梯度确定电池状态的临近的恶化的严重程度。这是有利的，因为由此实现对电池状态的即将临近的不允许的恶化特别早地做出反应。与之相应地，一旦数值达到或超过预定的超过次数限值(“计数器极限”)，那么例如可召回车辆。

特别有利的是，严重程度附加地或替代地借助与时间相关的数值变化梯度来确定，因为由此可考虑所述超过的时间进展，即，超过次数关于时间的变化。数值变化梯度的显著变化可在此指出电池状态的特别急剧的恶化。

在本发明的另一有利的改进方案中，确定至少两个结构相同的电池的电池状态，并且推出由结构相同的电池的结构类型决定的问题。这是有利的，因为由此还可识别出相同结构系列(电池系列)的电池的系列故障。由此还可召回具有迄今异常不明显的电池的车辆。

本发明的第二方面涉及一种用于检查在至少一个机动车的至少一个电池中的电池状态的检查装置，该检查装置至少构造用于，比较至少一个电池的至少两个电池单池的相应的单池电压值的在不同的时刻确定的单池电压差与至少一个预定的、为该至少两个电池单池分配的单池电压参考值，并且确定单池电压差和至少一个单池电压参考值之间的相应的偏差值。

检查装置可布置在车辆内部或固定地并因此在车辆外部布置。如果检查装置布置在车辆外部(例如在车辆制造商处)，那么可实现与机动车的后端通信。尤其如果检查装置固定地并且因此在车辆外部布置，检查装置可包括通信单元，通过通信单元可交换相应的车辆传感器和/或电池传感器的传感器数据。通过车辆传感器和/或电池传感器可确定单池电压值并且由此确定单池电压差。

如果检查装置布置在车辆内部，检查装置还可包括相应的传感器，通过传感器可确定单池电压值。在这种情况下，所有的方法步骤可通过检查装置执行。

通常，检查装置可包括用于执行方法步骤的计算单元。在步骤a)中，计算单元可驱控传感器，从而与之相应地借助于传感器在不同的时刻确定单池电压差。

属于本发明的还有根据本发明的检查装置的改进方案，其具有如已经结合根据本发明的方法的改进方案说明的那样的特征。出于该原因，根据本发明的检查装置的相应的改进方案在此未再次进行说明。

附图说明

下面说明本发明的实施例。对此：

图1示出了具有本方法的各方法步骤的流程图；

图2示出了机动车的示意性的图示，该机动车具有电池和多个电池单池，其中，在第一电池单池和第二电池单池处借助于相应的传感器确定相应的单池电压值，并且为了进行评估，将相应的单池电压值传递给外部的检查装置；并且

图3示出了组合特征曲线，在其中描绘出了不同的单池电压差随运行条件范围的变化，其中，运行条件范围分别包括电池温度区间以及负载电流区间。

具体实施方式

下文阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。在这些实施例中，实施方式所说明的零部件相应为本发明的单独的、可彼此独立地考虑的特征，其还相应彼此独立地改进本发明并且因此还可单独地或以不同于所示出的组合的组合看作本发明的组成部分。此外，所说明的实施方式还可通过本发明的已经说明的其他特征来补充。

在附图中，功能相同的元件相应设有相同的附图标记。

图1示出了具有方法的不同的步骤a)、b)、c)、d)的流程图，该方法用于检查在至少一个机动车15的至少一个电池10中的电池状态。电池10和机动车15示意性地显示在图2中。

在步骤a)中，确定在不同的时刻至少一个电池10的至少两个电池单池11、12的相应的单池电压值的单池电压差。电池单池11、12以及相应的传感器13、14同样在图2中示意性地示出。与此相应地，借助于第一传感器13测量第一电池单池11的第一单池电压值，并且借助于传感器14测量第二电池单池12的第二单池电压值。

在步骤a)中，作为单池电压值，一方面考虑在第一电池单池11处测得的最高电压值，并且另一方面考虑在第二电池单池12处测得的最小电压值。在此，最高电压值相当于电池10的所有电池单池的最大电压值，并且最小电压值相当于所有电池单池的最小电压值。

在步骤b)中，比较单池电压差与至少一个预定的、为至少两个电池单池11、12分配的单池电压参考值，并且确定单池电压差与至少一个单池电压参考值之间的相应的偏差值20、22、24、26。在图3中示例性地示出了偏差值20、22、24、26中的至少一些。

此外，在车辆外部的检查装置18中执行步骤b)，其中，表征相应的单池电压值的数据组从机动车15传递给检查装置18的通信单元16，并且最后借助于检查装置18的计算单元17来评估。除了这些表征单池电压值的数据组之外，车辆15还可在不同的时刻将相应的关于瞬时的负载状态、瞬时的电池温度和瞬时的负载电流的说明传送给检查装置18，并因此精确标明电池10的瞬时的(当前)运行点，由此使得能够实现为运行点分类。此外，为了可明确辨认电池10，可将还可被称为vin(vehicleidentificationnumber，车辆识别号)的底盘号传送给检查装置18。

在计算单元17中存储有具有多个单池电压参考值的参考矩阵，其中，相应比较偏差值20、22、24、26中的一个与相应的单池电压参考值。在此，为相应的偏差值20、22、24、26以及相应的单池电压参考值分别分配相同的运行条件范围30、32，在图3中仅仅示出了其中的一些运行条件范围。换句话说，在步骤b)中在比较单池电压差20、22、24、26与相应的单池电压参考值时，考虑电池10的并且附加地或替代地考虑机动车15的相应的为单池电压差20、22、24、26以及单池电压参考值分配的共同的运行条件范围30、32。

运行条件范围30、32相应包括电池温度区间40、42、负载电流区间50、52以及荷电状态区间。借助从机动车15传送给检查装置18的表征瞬时的负载状态、瞬时的电池温度和瞬时的负载电流的电池数据，可将瞬时的运行点分配给运行条件范围30、32中的一个，并因此可精确比较在该运行点出现的单池电压差(例如第一单池电压差20)与相应的单池电压参考值(分类)。在机动车15和例如在制造商那的检查装置18之间的数据交换一般可周期性地进行。

出于清晰明了的原因，还可被称为soc区间的荷电状态区间在此未示出，因为由此需要在图3中示出的组合特征曲线的看不清楚的多维图示。

在此，运行条件范围30适用于偏差值20及其相关的、出于清晰明了的原因在此未示出的单池电压参考值。在此，运行条件范围32适用于偏差值24及其相关的、出于清晰明了的原因在此同样未示出的单池电压参考值。

在该示例中，运行条件范围30包括：运行温度区间40，其在此在-10℃至0℃的温度区域上延伸；以及负载电流区间50，其在此在180a至150a的负载电流区域上延伸。如果瞬时的电池温度例如相应于-7℃的值，并且瞬时的负载电流例如相应于155a的值(在相应的时刻)，那么确定了该运行条件范围30的偏差值(在此：偏差值20)。

相反，在该示例中，运行条件范围32包括运行温度区间40以及负载电流区间52，其在此在150a至100a的负载电流区域上延伸。

如在图3中可看出的那样，存储有其他的运行温度区间，仅举例而言，其例如从10℃延伸至20℃或从20℃延伸至40℃。图3同样示出了，还存储有其他的负载电流区间，其例如从20a延伸至-20a或从-100a延伸至-200a。通过不同的正负号，可在电池10的充电和放电之间加以区分。

在步骤c)中，借助于检查装置18确定至少一个电池10的电池状态，其中，借助相应的偏差值20、22、24、26确定：电池状态的不允许的恶化是否来临。

在步骤d)中，借助于检查装置18确定：相应的偏差值20、22、24、26是否超过相应的预定的阈值，其中，如果相应的偏差值20、22、24、26超过相应的预定的阈值，则提高超过次数60、62、64、66。此外，可根据超过次数60、62、64、66的数值大小并且附加地或替代地根据超过次数60、62、64、66的与时间相关的数值变化梯度确定电池状态的临近的恶化的严重程度。

图3为偏差值20示出了40mv的示例性的取值，为偏差值22示出了35mv的示例性的取值，为偏差值24示出了27mv的示例性的取值，并且为偏差值26示出了7mv的示例性的取值。

超过次数的在图3中示出的数值指出了电池10的欧姆问题，即，例如在电池10的电池单池中的一个电池单池处的初始接触故障。这例如可在比较超过次数62、66的相应数值时识别出来，它们分配给相同的电池温度区间42(在此：0-10℃)。为负载电流区间50(180a至150a)分配的超过次数62的数值在此相应于值“20”。而为相比于负载电流区间50数额上更小的负载电流区间52(150a至100a)分配的超过次数66的数值相应于值“0”，因为在此临界的阈值没有被超过，并且与之相应地，在负载电流区间52的情况下存在电池10的未临界的、无故障的状态。

超过次数62的值“20”指出在高负载的情况下逐渐增加的并因此以不允许的方式变得更大的单池电压差，其表征所述的欧姆问题。

总之，本发明基于的认识是：在电池、尤其高压电池中的很多异常和初始故障通过单池电压值相对于彼此的不寻常的改变(例如以单池电压在负载下的“彼此漂移”和因此“彼此分离”的形式)呈现出来。还可被称为单池电压的差异/差距(spreizung)的单池电压差即使在高质量的电池中也是不均匀的，并且对于彼此结构相同的电池(共同的电池系列)即使在其相应的崭新状态下也不一样。因此，单池电压的差异近乎为表征相应的电池的“指纹”。

在在此提出的方法的范围中，可根据荷电状态(soc)、电池温度和负载电流来探测单池电压差。尤其在此可进行在机动车15与检查装置18或其通信单元16之间的在线数据交换。借助于检查装置18存储为不同的时刻分配的单池电压值，并且将其与之前的值(单池电压参考值)在相应相同的边界条件(具有相应的电池温度区间40、42、荷电状态区间和负载电流区间50、52的运行条件范围30、32)下进行比较，使得可识别随时间变化的不允许的偏差，并且借助于边界条件在电池10例如相对于客户来说有异常之前便已可进行第一原因估计。必要时，可据此预防性地在机动车15的召回的范围中对电池10采取维修措施，并且取回电池10以对其进行更精确的分析。