DE102009000057B4 - Overrange monitoring for modules in a system - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, gekennzeichnet durch die Schritte
- Auswerten eines ersten Ausgangssignals, das von einer ersten Serienschaltung von ersten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, und
- Auswerten eines zweiten Ausgangssignals, das von einer zweiten Serienschaltung von zweiten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher nicht-linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, wobei jeder zweite Sensor bei einer Bereichsüberschreitung ein Ausgangssignal erzeugt, das sich von dem entsprechenden Ausgangssignal des korrespondierenden ersten Sensors unterscheidet.

Method for monitoring a range violation of a certain property of modules of a system, preferably of battery cells of a battery system, characterized by the steps
- Evaluation of a first output signal, which is generated by a first series connection of first sensors with the same linear characteristic in the area to be monitored, one of which is provided for each module and detects the specific property of the module, and
- Evaluation of a second output signal, which is generated by a second series circuit of second sensors with the same non-linear characteristic in the area to be monitored, one of which is provided for each module and detects the specific property of the module, with each second sensor at a Overrange generates an output signal that differs from the corresponding output signal of the corresponding first sensor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 8.The present invention relates to a method of a device for monitoring a range violation of a specific property of modules of a system, preferably of battery cells of a battery system, according to the preambles of patent claims 1 and 8.

Bei Modulen eines Systems müssen oft einzelne Module hinsichtlich ihres Betriebszustandes, z.B. Temperatur, Druck, etc., überwacht werden. Hierfür sind in der Regel individuelle Sensoren für jedes einzelne Modul erforderlich.In the case of modules in a system, individual modules often have to be monitored with regard to their operating status, e.g. temperature, pressure, etc. This usually requires individual sensors for each individual module.

Zum Beispiel benötigt ein Batteriemanagementsystem für eine Lithium-Ionen-Batterie die Temperatur jeder einzelnen Zelle, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten und um den Zustand, z.B. State of Charge (SOC) und State of Health (SOH), jeder Zelle sicher bestimmen zu können. Bei Hybridfahrzeugen mit mehreren hundert Zellen stellt dies einen immensen Aufwand dar. Manche Hersteller gehen deshalb dazu über, nur die Temperatur von Modulen, d.h., Anordnungen aus mehreren Zellen, z.B. fünf bis zwanzig, zu messen. Hier stellt sich dann die Aufgabe, auszuwählen, an welchem Ort die Temperatur gemessen werden soll. Für die Sicherheitsüberwachung ist die wärmste Zelle entscheidend, für eine SOC-Bestimmung wäre ein Mittelwert über alle Zellen am sinnvollsten. Zur Mittelwertermittlung könnte die Abluft der Zellen benutzt werden, was allerdings nur funktioniert, falls ein Kühlgebläse aktiv ist, das Luft über die Zellen bläst. Eine andere Möglichkeit ist die rechnerische oder simulative Ermittlung eines Punktes mit einer mittleren Temperatur und die Anbringung eines Sensors an dieser Stelle. Zur Ermittlung der heißesten Zelle kann der theoretisch heißeste Punkt im Modul berechnet oder simulativ ermittelt werden, wonach dort ein Sensor angebracht wird. Diese Verfahren mit einer a priori Berechnung der Temperaturverteilung funktionieren allerdings nur, falls sich alle Zellen exakt gleich verhalten. Dies ist in der Realität aber nicht der Fall. Für den Fall, dass eine Zelle „thermisch davonläuft“, z.B. aufgrund eines Defekts, kann diese nicht sicher detektiert werden, wodurch ein erhebliches Sicherheitsrisiko besteht. Zur Erkennung eines solchen Defekts ist es bekannt, ein „Band“ mit vielen bestimmten, bei einer Grenztemperatur öffnenden „Temperatur-Schaltern“ auf den Zellen oder Modulen zu befestigen. Falls auf jede Zelle ein derartiger Sensor geklebt wird, kann sicher eine bestimmte Übertemperatur erkannt werden. Diese wird jedoch erst dann erkannt, wenn die maximale Temperatur bereits überschritten ist. Das Problem der geeigneten Mittelwertbestimmung der Temperatur bleibt erhalten.For example, a battery management system for a lithium-ion battery requires the temperature of each individual cell to ensure safe operation and to be able to reliably determine the condition, e.g. State of Charge (SOC) and State of Health (SOH) of each cell . In the case of hybrid vehicles with several hundred cells, this represents an immense effort. Some manufacturers are therefore starting to only measure the temperature of modules, i.e. arrangements made up of several cells, e.g. five to twenty. The task here is to select the location at which the temperature is to be measured. The warmest cell is decisive for security monitoring, for a SOC determination an average value across all cells would make the most sense. The exhaust air from the cells could be used to determine the mean value, but this only works if a cooling fan is active that blows air over the cells. Another possibility is to calculate or simulate a point with an average temperature and to attach a sensor at this point. To determine the hottest cell, the theoretically hottest point in the module can be calculated or determined by simulation, after which a sensor is attached there. However, these methods with an a priori calculation of the temperature distribution only work if all cells behave exactly the same. In reality, however, this is not the case. In the event that a cell "runs away thermally", e.g. due to a defect, it cannot be reliably detected, which poses a significant safety risk. To detect such a defect, it is known to attach a "tape" with many specific "temperature switches" that open at a limit temperature to the cells or modules. If such a sensor is glued to each cell, a certain excess temperature can be reliably detected. However, this is only recognized when the maximum temperature has already been exceeded. The problem of appropriately determining the mean value of the temperature remains.

Das Dokument US 2003 / 0 122 527 A1 offenbart die Verwendung von mindestens zwei Reihenschaltungen von Temperatursensoren, wobei die erste Reihenschaltung aus Temperatursensoren gleichen Typs mit nichtlinearer Kennlinie gebildet wird. Die zweite Reihenschaltung ist in gleicher Weise aufgebaut und enthält zusätzlich einen Temperatursensor mit linearer Kennlinie.The document U.S. 2003/0 122 527 A1 discloses the use of at least two series circuits of temperature sensors, the first series circuit being formed from temperature sensors of the same type with a non-linear characteristic. The second series connection is constructed in the same way and also contains a temperature sensor with a linear characteristic.

Das Dokument DE 100 11 233 B4 offenbart eine Verwendung mehrerer Reihenschaltungen, wobei diese jeweils Temperatursensoren gleichen Typs aufweisen und alternativ zur Verwendung von Sensoren mit nichtlinearer Kennlinie die Verwendung von Sensoren mit linearer Kennlinie vorgeschlagen wird.The document DE 100 11 233 B4 discloses the use of a plurality of series circuits, these each having temperature sensors of the same type and, as an alternative to using sensors with a non-linear characteristic, the use of sensors with a linear characteristic is proposed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass durch eine geschickte Kombination von verschiedenen Sensoren eine individuelle Überwachung von Defekten in modular aufgebauten System mit einem minimalen Aufwand an Sensoren erfolgt. Hierdurch werden Bereichsüberschreitungen einzelner Module entdeckt und geschätzt und die von den Sensoren ermittelte Eigenschaft der Module mit und ohne Bereichsüberschreitung bestimmt.The method according to the invention with the features of claim 1 and the device according to the invention with the features of claim 6 have the advantage that a clever combination of different sensors allows individual monitoring of defects in a modular system with a minimum number of sensors. As a result, over-ranges of individual modules are detected and estimated, and the property of the modules determined by the sensors with and without over-range is determined.

Demzufolge ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Auswerten eines ersten Ausgangssignals, das von einer ersten Serienschaltung von ersten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, und Auswerten eines zweiten Ausgangssignals, das von einer zweiten Serienschaltung von zweiten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher nicht-linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, wobei jeder zweite Sensor bei einer Bereichsüberschreitung ein Ausgangssignal erzeugt, das sich von dem entsprechenden Ausgangssignal des korrespondierenden ersten Sensors unterscheidet. Korrespondierend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, gekennzeichnet durch eine erste Serienschaltung von ersten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich linearer Kennlinie, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, die ein erstes Ausgangssignal erzeugt, eine ein zweites Ausgangssignal erzeugende zweite Serienschaltung von zweiten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich nicht-linearer Kennlinie, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, wobei jeder zweite Sensor bei einer Bereichsüberschreitung ein Ausgangssignal erzeugt, das sich von dem entsprechenden Ausgangssignal des korrespondierenden ersten Sensors unterscheidet, und eine Auswerteschaltung zur Auswertung des ersten und des zweiten Ausgangssignals zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung der Module des Systems.Accordingly, the method according to the invention for monitoring a range violation of a certain property of modules of a system, preferably of battery cells of a battery system, is characterized by the following steps: Evaluation of a first output signal, which comes from a first series circuit of first sensors with the same linear in the area to be monitored Characteristic curve is generated, one of which is provided for each module and detects the specific property of the module, and evaluation of a second output signal, which is generated by a second series connection of second sensors with the same non-linear characteristic curve in the area to be monitored, of which one is provided for each module and senses the particular characteristic of the module, with every other sensor producing an out-of-range output signal different from that distinguishes the output signal of the corresponding first sensor. Correspondingly, the device according to the invention for monitoring a range violation of a certain property of modules of a system, preferably of battery cells of a battery system, is characterized by a first series connection of first sensors with a linear characteristic in the area to be monitored, one of which is provided for each module and which detects a specific property of the module that generates a first output signal, a second series circuit of second sensors that generates a second output signal and has a non-linear characteristic in the area to be monitored, one of which is provided for each module and detects the specific property of the module, wherein every second sensor generates an output signal when the range is exceeded, which differs from the corresponding output signal of the corresponding first sensor, and an evaluation circuit for evaluating the first and the second output signal for monitoring ing an overrange of the modules of the system.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Besonders bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass der Schritt des Auswertens eines ersten Ausgangssignals eine Division des ersten Ausgangssignals mit der Anzahl der Module und einer Umsetzung des erhaltenen Quotienten anhand der linearen Kennlinie umfasst, um ein erstes Auswertesignal zu erzeugen. Durch diese Auswertung wird das erste Auswertesignal anhand einer Mittelwertbildung erzeugt, wobei das gemittelte Signal anhand der linearen Kennlinie umgesetzt wird.The method according to the invention is particularly preferably designed such that the step of evaluating a first output signal includes dividing the first output signal by the number of modules and converting the quotient obtained using the linear characteristic to generate a first evaluation signal. This evaluation generates the first evaluation signal based on an averaging, with the averaged signal being converted based on the linear characteristic.

Alternativ oder zusätzlich umfasst der Schritt des Auswertens eines zweiten Ausgangssignals erfindungsgemäß bevorzugt eine Erfassung des zweiten Ausgangssignals und eine Umsetzung des erfassten zweiten Ausgangssignals anhand der nicht-linearen Kennlinie, um ein zweites Auswertesignal zu erzeugen. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung wird erfindungsgemäß ein maximaler Erfassungswert ermittelt, wobei davon ausgegangen wird, dass nur ein Sensor mit Bereichsüberschreitung einen wesentlichen Betrag zum zweiten Ausgangssignal liefert und alle anderen zweiten Sensoren aufgrund der nichtlinearen Kennlinie einen vernachlässigbaren Beitrag liefern.Alternatively or additionally, the step of evaluating a second output signal preferably includes, according to the invention, detecting the second output signal and converting the detected second output signal using the non-linear characteristic in order to generate a second evaluation signal. A maximum detection value is determined according to the invention by this preferred embodiment, it being assumed that only one sensor that exceeds the range supplies a significant amount to the second output signal and all other second sensors supply a negligible contribution due to the non-linear characteristic.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst der Schritt des Auswertens eines ersten Ausgangssignals bevorzugt alternativ oder zusätzlich eine Division einer Differenz des ersten Ausgangssignals mit einem errechneten Ausgangssignal eines ersten Sensors bei einem Modul mit einer bestimmten Bereichsüberschreitung mit einer Differenz der Anzahl der Module mit Eins und eine Umsetzung des erhaltenen Quotienten anhand der linearen Kennlinie, um ein erstes Auswertesignal zu erzeugen. In diesem Fall liefert das erste Auswertesignal den ermittelten mittleren Erfassungswert der Module, bei denen keine Bereichsüberschreitung vorliegt, für den Fall, dass ein Modul mit Bereichsüberschreitung vorhanden ist.In the method according to the invention, the step of evaluating a first output signal preferably alternatively or additionally comprises dividing a difference between the first output signal and a calculated output signal from a first sensor in the case of a module with a certain range being exceeded with a difference in the number of modules by one and converting the obtained quotient based on the linear characteristic to generate a first evaluation signal. In this case, the first evaluation signal supplies the determined mean detection value of the modules for which there is no overrun, in the event that a module with overrun is present.

Weiter alternativ oder zusätzlich umfasst der Schritt des Auswertens eines zweiten Ausgangssignals erfindungsgemäß eine Subtraktion eines Produktes einer Differenz der Anzahl der Module mit Eins und einem errechneten Ausgangssignal eines zweiten Sensors bei einem Modul mit keiner Bereichsüberschreitung von dem zweiten Ausgangssignal und eine Umsetzung der erhaltenen Differenz anhand der nicht-linearen Kennlinie, um ein zweites Auswertesignal zu erzeugen. Das so erhaltene zweite Auswertesignal liefert einen bereinigten Wert der Bereichsüberschreitung, bei dessen Berechnung keine Vernachlässigung der Beiträge der zweiten Sensoren erfolgt, deren Module keine Bereichsüberschreitung aufweisen.Further alternatively or additionally, the step of evaluating a second output signal comprises, according to the invention, a subtraction of a product of a difference in the number of modules by one and a calculated output signal of a second sensor in the case of a module with no overrange from the second output signal and a conversion of the difference obtained using the non-linear characteristic to generate a second evaluation signal. The second evaluation signal obtained in this way provides a corrected value of the overrange, the calculation of which does not neglect the contributions of the second sensors whose modules do not have an overrange.

Erfindungsgemäß werden alternativ oder zusätzlich bevorzugt anhand der linearen Kennlinie, der nicht-linearen Kennlinie, des ersten Ausgangssignals, des zweiten Ausgangssignals, der Anzahl der Module und der Anzahl der Module, bei denen eine Bereichsüberschreitung vorliegt, ein pro Modul, bei dem keine Bereichsüberschreitung vorliegt, gemitteltes drittes Auswertesignal und ein pro Modul, bei dem eine Bereichsüberschreitung vorliegt, gemitteltes viertes Auswertesignal ermittelt Auf diese Weise können unter Kenntnis der Anzahl der Module, bei denen eine Bereichsüberschreitung vorliegt, gemittelte Werte der jeweiligen Erfassungssignale ermittelt werden.According to the invention, alternatively or additionally, based on the linear characteristic, the non-linear characteristic, the first output signal, the second output signal, the number of modules and the number of modules in which the range is exceeded, one per module in which the range is not exceeded is preferred , averaged third evaluation signal and a fourth evaluation signal averaged per module in which the range is exceeded.

Erfindungsgemäß sind die ersten und zweiten Sensoren bevorzugt temperaturabhängige Widerstände. Auf diese Weise kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Temperatur der Module mit und ohne Übertemperatur durch eine Auswertung von lediglich dem Ausgangssignal der ersten Serienschaltung von ersten temperaturabhängigen Widerständen und der zweiten Serienschaltung von zweiten temperaturabhängigen Widerständen ermittelt werden.According to the invention, the first and second sensors are preferably temperature-dependent resistors. In this way, using the method according to the invention, the temperature of the modules with and without excess temperature can be determined by evaluating only the output signal of the first series circuit of first temperature-dependent resistors and the second series circuit of second temperature-dependent resistors.

Alternativ oder zusätzlich ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass die lineare Kennlinie zumindest eine annähernd lineare Charakteristik aufweist, die gegenüber der nicht-linearen Kennlinie eine geringere Nicht-Linearität aufweist. Diese ist weiter bevorzugt signifikant geringer, also mit einfachen technischen Mitteln leicht zu unterscheiden.As an alternative or in addition, it is preferably provided according to the invention that the linear characteristic has at least one approximately linear characteristic, which has a lower non-linearity compared to the non-linear characteristic. This is more preferably significantly lower, ie easy to distinguish with simple technical means.

Die erfindungsgemäße Auswerteschaltung ist bevorzugt angepasst, das obige Verfahren auszuführen.The evaluation circuit according to the invention is preferably adapted to carry out the above method.

Erfindungsgemäß kann ein Modul neben einer Anordnung mehrerer Zellen auch lediglich eine einzelne Zelle umfassen.According to the invention, a module can also comprise only a single cell in addition to an arrangement of a plurality of cells.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

• 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von ersten und zweiten Sensoren, und
• 2 erfindungsgemäß mögliche Kennlinien-Charakteristiken von erfindungsgemäß bevorzugt als Sensoren eingesetzten temperaturabhängigen Widerständen.

An embodiment of the invention is described in detail below with reference to the accompanying drawings. Show in the drawing:

• 1 an inventive arrangement of first and second sensors, and
• 2 possible characteristic curve characteristics according to the invention of temperature-dependent resistors preferably used as sensors according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben.A preferred embodiment of the invention is described in detail below with reference to the figures.

Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Temperatur-Batterieüberwachung erläutert. Dieses Beispiel ist keine Einschränkung der erfindungsgemäßen Methodik einer individuellen Überwachung von Defekten in modular aufgebauten Systemen. Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden Temperaturbereichsüberschreitungen einzelner Module entdeckt und geschätzt. Zusätzlich wird die Temperatur der Module mit und ohne Bereichsüberschreitung bestimmt. Dies erfolgt erfindungsgemäßen mit minimalem Aufwand an Sensoren und auszuwertenden Signalen.The invention is explained below using the example of a battery temperature monitor. This example is not a limitation of the methodology according to the invention of an individual monitoring of defects in modular systems. In the exemplary embodiment described below, exceeding the temperature range of individual modules is detected and estimated. In addition, the temperature of the modules is determined with and without exceeding the range. According to the invention, this takes place with a minimum of sensors and signals to be evaluated.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwei Serienschaltungen von Widerständen, bevorzugt auf einer Folie oder als Kabelstrang, derartig angeordnet, dass immer zwei Widerstände pro zu überwachender Zelle angebracht werden. Eine Zelle kann auch als ein Modul verstanden werden. Ein Widerstand von den pro Zelle/Modul angebrachten Widerständen weist eine lineare Kennlinie und einer eine (stark) nicht-lineare Kennlinie auf, wobei alle Widerstände mit linearer Kennlinie zu einer ersten Serienschaltung verschaltet sind und alle Widerstände mit nicht-linearer Kennlinie zu einer zweiten Serienschaltung verschaltet sind. Es ist möglich, dass diese beiden Serienschaltungen mechanisch zusammen ausgeführt werden, wodurch immer nur ein Bauteil pro Zelle/Modul befestigt werden muss.In the exemplary embodiment described, two series circuits of resistors are arranged, preferably on a film or as a cable harness, in such a way that two resistors are always attached to each cell to be monitored. A cell can also be understood as a module. One of the resistors fitted per cell/module has a linear characteristic and one has a (strongly) non-linear characteristic, with all resistors with a linear characteristic being connected in a first series circuit and all resistors with a non-linear characteristic being connected in a second series circuit are connected. It is possible for these two series connections to be carried out mechanically together, which means that only one component per cell/module has to be attached.

Die erste Serienschaltung und die zweite Serienschaltung sind beispielhaft in 1 gezeigt, wobei hier eine Überwachung von vier Zellen/Modulen erfolgen soll, wobei also vier nicht-lineare Widerstände R_NL1, R_NL2, R_NL3 und R_NL4 zu der zweiten Serienschaltung verschaltet sind, und vier lineare Widerstände R_L1, R_L2, R_L3 und R_L4 zu der ersten Serienschaltung verschaltet sind.The first series circuit and the second series circuit are exemplified in 1 shown, with four cells/modules being monitored here, with four non-linear resistors R _NL1 , R _NL2 , R _NL3 and R _NL4 being connected to form the second series circuit, and four linear resistors R _L1 , R _L2 , R _L3 and R _L4 are connected to the first series circuit.

Durch eine geeignete Auswertung der Widerstandswerte der zwei Widerstandsserienschaltungen erfolgen die Bestimmungen der Module mit und ohne Bereichsüberschreitung und das Entdecken und Schätzen der Temperaturbereichsüberschreitungen einzelner Module.A suitable evaluation of the resistance values of the two resistor series circuits is used to determine the modules with and without exceeding the range and to discover and estimate the temperature range excesses of individual modules.

Zur Ermittlung der Temperaturmittelwerte wird erfindungsgemäß bevorzugt die Reihenschaltung der linearen Widerstände R_L1 bis R_L4 verwendet. Die Mittelwertbildung erfolgt durch eine Division des Summenwiderstands bzw. der resultierenden Summenspannung mit der Anzahl der Messwiderstände oder Zellen. Hierdurch wird ein arithmetischer Mittelwert bestimmt. Eine Umsetzung anhand der linearen Kennlinie erfolgt bevorzugt im Batteriemanagementsystem mit einem Controller und einem A/D-Wandler. Prinzipiell berechnet sich die gemittelte Temperatur also durch $${\text{T}}_{\text{Mean}}=\frac{{\displaystyle \sum {\text{R}}_{Lin}}}{M}$$

According to the invention, the series connection of the linear resistors R _L1 to R _L4 is preferably used to determine the mean temperature values. The mean value is formed by dividing the total resistance or the resulting total voltage by the number of measuring resistors or cells. This determines an arithmetic mean. Conversion based on the linear characteristic preferably takes place in the battery management system with a controller and an A/D converter. In principle, the average temperature is calculated by $${\text{T}}_{\text{mean}}=\frac{{\displaystyle \sum {\text{R}}_{Lin}}}{M}$$

Eine Maximalwertberechnung der Temperatur erfolgt über die zweite Serienschaltung, d.h., die nicht-linearen Widerstände. Für den Fall, dass in einer Zelle eine Übertemperatur auftritt, erhöht sich der Widerstandswert (sehr stark) nicht-linear mit der Temperatur. Somit hat der Sensor mit der höchsten Temperatur auch den höchsten Widerstandswert. Da die Kennlinie im interessierenden Bereich (stark) nicht-linear ist, kann anhand des Widerstandswerts auch die höchste Temperatur geschlossen werden. Die Widerstandswerte der anderen Sensoren können vernachlässigt werden.A maximum value of the temperature is calculated via the second series circuit, i.e. the non-linear resistors. In the event that an overtemperature occurs in a cell, the resistance value increases (very strongly) non-linearly with temperature. This means that the sensor with the highest temperature also has the highest resistance value. Since the characteristic curve is (strongly) non-linear in the area of interest, the resistance value can also be used to infer the highest temperature. The resistance values of the other sensors can be neglected.

Erfindungsgemäß kann außerdem anhand einer Mittelwertsbestimmung plausibilisiert werden, ob alle. Temperaturen in einem ähnlichen Bereich liegen oder ob es starke Abweichungen zwischen den Zellen gibt.According to the invention, a mean value determination can also be used to check whether all Temperatures are in a similar range or if there are large variations between cells.

Ein Schätzalgorithmus für einen Modul mit Übertemperatur sieht wie folgt aus: $${\vartheta }_N\left(i=0\right)\approx \frac{R_{lin}}{M}$$

$${\vartheta }_F\left(i\right)={ƒ}_{Rnonlin2\vartheta Module}\left[R_{non;in}-\left(M-1\right){ƒ}_{\vartheta Module2Rnonlin}\left({\vartheta }_N\left(i-1\right)\right)\right]$$

$${\vartheta }_N\left(i\right)={ƒ}_{RIin2}{}_{\vartheta Module2}\left[\frac{R_{lin}-{ƒ}_{\vartheta Module2Rlin}\left({\vartheta }_F\left(i\right)\right)}{M-1}\right]$$

$$\underset{i\to \infty }{{\vartheta }_N}=mean\left({\vartheta }_{Module}\right)|1\text{ Modul mit }\ddot{\text{U}}\text{bertemperatur}$$

$$\underset{i\to \infty }{{\vartheta }_N}=max\left({\vartheta }_{Module}\right)|1\text{ Modul mit }\ddot{\text{U}}\text{bertemperatur}$$

ƒ_{Rlin2ϑModule} = Sensorkennlinie eines linearen Einzeltemperaturwiderstands
ƒ_{Rnonlin2ϑModule} = Sensorkennlinie eines nichtlinearen Einzeltemperaturwidersstands
ϑ_N = Temperatur der Module mit Normaltemperatur
ϑ_F = Temperatur des heißesten Moduls
R_nonlin = Summenwiderstand Nichtlinearer Widerstandsschaltung
R_lin = Summenwiderstand lineare Widerstandsschaltung
M = Gesamtanzahl der ModuleAn estimation algorithm for a module with overtemperature looks like this: $${\vartheta }_N\left(i=0\right)\approx \frac{R_{lin}}{M}$$

$${\vartheta }_f\left(i\right)={ƒ}_{RnOnlin2\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le}\left[R_{nOn;in}-\left(M-1\right){ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2RnOnlin}\left({\vartheta }_N\left(i-1\right)\right)\right]$$

$${\vartheta }_N\left(i\right)={ƒ}_{RIin2}{}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2}\left[\frac{R_{lin}-{ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2Rlin}\left({\vartheta }_f\left(i\right)\right)}{M-1}\right]$$

$$\underset{i\to \infty }{{\vartheta }_N}=mean\left({\vartheta }_{MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le}\right)|1\text{module with}\ddot{\text{u}}\text{overtemperature}$$

$$\underset{i\to \infty }{{\vartheta }_N}=max\left({\vartheta }_{MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le}\right)|1\text{module with}\ddot{\text{u}}\text{overtemperature}$$

ƒ _{Rlin2ϑModule} = sensor characteristic of a linear individual temperature resistor
ƒ _{Rnonlin2ϑModule} = sensor characteristic of a non-linear individual temperature resistance
ϑ _N = temperature of the modules with normal temperature
ϑ _F = temperature of the hottest module
R _nonlin = total resistance Nonlinear resistance circuit
R _lin = total resistance linear resistance circuit
M = total number of modules

Wird unterstellt, dass sich die Zellen bzw. die zu überwachenden Module gleich verhalten und im Fehlerfall die Temperatur einzelner Zellen gleich von der der anderen Zellen abweicht, so kann anhand der Auswertung der nicht-linearen und der linearen Widerstandssumme bei bekannter Anzahl der Module mit niedriger und mit erhöhter Temperatur auf die Temperaturen der beiden Gruppen geschlossen werden. Die Anzahl der betroffenen Zellen wird hierbei durch andere Verfahren ermittelt. Bei Batteriezellen kann dies einfach anhand der Batteriespannung ermittelt werden, welche z.B. bei Lithium-Ionen-Batterien für jede Zelle angemessen werden muss. Die defekten Zellen zeigen ein anderes Spannungsverhalten. Bei andersartigen Systemen können andere Kriterien verwendet werden.If it is assumed that the cells or the modules to be monitored behave in the same way and, in the event of a fault, the temperature of individual cells deviates from that of the other cells, the evaluation of the non-linear and the linear resistance sum with a known number of modules with a lower and with increased temperature the temperatures of the two groups can be deduced. The number of affected cells is determined by other methods. In the case of battery cells, this can be easily determined using the battery voltage, which must be measured for each cell in the case of lithium-ion batteries, for example. The defective cells show a different voltage behavior. Other criteria may be used in other types of systems.

Hierzu ist folgendes Gleichungssystem zu lösen: $${\displaystyle \sum R_{Lin}}=\left(M-x\right)*{ƒ}_{\vartheta Module2Rlin}\left({\vartheta }_N\right)+x*{ƒ}_{\vartheta Module2Rlin\left({\vartheta }_F\right)}$$

$${\displaystyle \sum R_{Nonlin}}=\left(M-x\right)*{ƒ}_{\vartheta Module2Rnonlin}\left({\vartheta }_N\right)+x*{ƒ}_{\vartheta Module2Rnonlin\left({\vartheta }_F\right)}$$

To do this, the following system of equations must be solved: $${\displaystyle \sum R_{Lin}}=\left(M-x\right)*{ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2Rlin}\left({\vartheta }_N\right)+x*{ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2Rlin\left({\vartheta }_f\right)}$$

$${\displaystyle \sum R_{NOnlin}}=\left(M-x\right)*{ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2RnOnlin}\left({\vartheta }_N\right)+x*{ƒ}_{\vartheta MO\mathrm{i.e}\mathrm{and}le2RnOnlin\left({\vartheta }_f\right)}$$

Hierbei ist M die Anzahl der Module (pro Reihe) und x die Anzahl der Module mit gegenüber Normaltemperatur T_N erhöhter Temperatur T_F. Ist die Anzahl x der abweichenden Module ermittelt, so kann das obige Gleichungssystem z.B. per Nullstellensuche numerisch gelöst werden. Somit sind die Temperatur der Modulgruppe mit niedriger Temperatur und die der Modulgruppe mit hoher Temperatur berechenbar. Dieser Algorithmus kann alternativ zu den beiden Erstgenannten eingesetzt werden.Here, M is the number of modules (per row) and x is the number of modules with a temperature T _F that is higher than the normal temperature T _N . Once the number x of deviating modules has been determined, the system of equations above can be solved numerically, for example by searching for zeros. Thus, the temperature of the low-temperature module group and that of the high-temperature module group can be calculated. This algorithm can be used as an alternative to the first two.

Die 2 zeigt verschiedene mögliche Kennliniencharakteristiken der Widerstandsbänder, wobei 2a) einen linearen Widerstand über eine Temperatur ϑ zeigt, der in etwa eine Charakteristik ƒ_{ϑModule2Rlin} (ϑ) = 180 + 50 x ϑ aufweist, wobei ϑ in °C und R_lin, in Ω angegeben sind. Die 2b) zeigt die Charakteristik eines nicht-linearen Widerstandes R_nonlin über die Temperatur ϑ mit einer ungefähren Funktion ƒ_{ϑModule2Rnonlin} (ϑ) = (0,45 ϑ)² + 200, wobei ϑ in °C und R_nonlin in Ω angegeben sind. Die 2C) zeigt die Umkehrfunktion der 2A), die 2D) zeigt die Umkehrfunktion der 2B), die 2E) zeigt die Funktion R_nonlin über R_lin und die 2F) zeigt die Umkehrfunktion der 2e). the 2 shows various possible characteristics of the resistance bands, where 2a) shows a linear resistance over a temperature ϑ, which roughly has a characteristic ƒ _{ϑModule2Rlin} (ϑ) = 180 + 50 x ϑ, where ϑ is given in °C and R _lin , in Ω. the 2 B) shows the characteristic of a non-linear resistance R _nonlin over the temperature ϑ with an approximate function ƒ _{ϑModule2Rnonlin} (ϑ) = (0.45 ϑ) ² + 200, where ϑ is given in °C and R _nonlin in Ω. the 2C ) shows the inverse function of the 2A) , the 2D ) shows the inverse function of the 2 B) , the 2E) shows the function R _nonlin over R _lin and the 2F) shows the inverse function of 2e) .

Neben der vorstehenden schriftlichen Offenbarung der Erfindung wird hiermit explizit auf deren zeichnerische Darstellung in den 1 und 2 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure of the invention is hereby explicitly referred to the graphic representation in the 1 and 2 referenced.

Claims (11)

Verfahren zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, gekennzeichnet durch die Schritte - Auswerten eines ersten Ausgangssignals, das von einer ersten Serienschaltung von ersten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, und - Auswerten eines zweiten Ausgangssignals, das von einer zweiten Serienschaltung von zweiten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich gleicher nicht-linearer Kennlinie erzeugt wird, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, wobei jeder zweite Sensor bei einer Bereichsüberschreitung ein Ausgangssignal erzeugt, das sich von dem entsprechenden Ausgangssignal des korrespondierenden ersten Sensors unterscheidet.Method for monitoring a range violation of a certain property of modules of a system, preferably of battery cells of a battery system, characterized by the following steps - evaluating a first output signal, which is generated by a first series connection of first sensors with the same linear characteristic in the area to be monitored, from which one is provided for each module and detects the specific property of the module, and - evaluating a second output signal which is generated by a second series connection of second sensors with the same non-linear characteristic in the area to be monitored, one of which for each module is provided and detects the specific property of the module, with each second sensor generating an output signal when the range is exceeded, which differs from the corresponding output signal of the corresponding first sensor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens eines ersten Ausgangssignals eine Division des ersten Ausgangssignals mit der Anzahl der Module und eine Umsetzung des erhaltenen Quotienten anhand der linearen Kennlinie umfasst, um ein erstes Auswertesignal zu erzeugen.procedure after claim 1 , characterized in that the step of evaluating a first output signal comprises dividing the first output signal by the number of modules and converting the quotient obtained using the linear characteristic in order to generate a first evaluation signal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens eines zweiten Ausgangssignals eine Erfassung des zweiten Ausgangssignals und eine Umsetzung des erfassten zweiten Ausgangssignals anhand der nicht-linearen Kennlinie umfasst, um ein zweites Auswertesignal zu erzeugen.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the step of evaluating a second output signal comprises a detection of the second output signal and a conversion of the detected second output signal based on the non-linear characteristic in order to generate a second evaluation signal. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens eines ersten Ausgangssignals eine Division einer Differenz des ersten Ausgangssignals mit einem errechneten Ausgangssignal eines ersten Sensors bei einem Modul mit einer bestimmten Bereichsüberschreitung mit einer Differenz der Anzahl der Module mit Eins und eine Umsetzung des erhaltenen Quotienten anhand der linearen Kennlinie umfasst, um ein erstes Auswertesignal zu erzeugen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the step of evaluating a first output signal involves dividing a difference between the first output signal and a calculated output signal from a first sensor in the case of a module exceeding a specific range with a difference in the number of modules by one and one Conversion of the quotient obtained based on the linear characteristic includes to generate a first evaluation signal. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswertens eines zweiten Ausgangssignals eine Subtraktion eines Produkts einer Differenz der Anzahl der Module mit Eins und einem errechneten Ausgangssignal eines zweiten Sensors bei einem Modul mit keiner Bereichsüberschreitung von dem zweiten Ausgangssignal und eine Umsetzung der erhaltenen Differenz anhand der nicht-linearen Kennlinie umfasst, um ein zweites Auswertesignal zu erzeugen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the step of evaluating a second output signal involves subtracting a product of a difference in the number of modules by one and a calculated output signal from a second sensor in the case of a module with no overrange from the second output signal and converting the difference obtained based on the non-linear characteristic to generate a second evaluation signal. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der linearen Kennlinie, der nicht-linearen Kennlinie, des ersten Ausgangssignals, des zweiten Ausgangssignals, der Anzahl der Module und der Anzahl der Module, bei denen eine Bereichsüberschreitung vorliegt, ein pro Modul, bei dem keine Bereichsüberschreitung vorliegt, gemitteltes drittes Auswertesignal und ein pro Modul, bei dem eine Bereichsüberschreitung vorliegt, gemitteltes viertes Auswertesignal ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the basis of the linear characteristic, the non-linear characteristic, the first output signal, the second output signal, the number of modules and the number of modules in which a range is exceeded, one per module, in which the range is not exceeded, an averaged third evaluation signal and a fourth evaluation signal averaged for each module in which the range is exceeded. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sensoren temperaturabhängige Widerstände sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second sensors are temperature-dependent resistors. Vorrichtung zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung einer bestimmten Eigenschaft von Modulen eines Systems, vorzugsweise von Batteriezellen eines Batteriesystems, gekennzeichnet durch - eine erste Serienschaltung von ersten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich linearer Kennlinie, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, die ein erstes Ausgangssignal erzeugt, - eine ein zweites Ausgangssignal erzeugende zweite Serienschaltung von zweiten Sensoren mit in dem zu überwachenden Bereich nicht-linearer Kennlinie, von denen einer für jedes Modul vorgesehen ist und die bestimmte Eigenschaft des Moduls erfasst, wobei jeder zweite Sensor bei einer Bereichsüberschreitung ein Ausgangssignal erzeugt, das sich von dem entsprechenden Ausgangssignal des korrespondierenden ersten Sensors unterscheidet, und eine Auswerteschaltung zur Auswertung des ersten und des zweiten Ausgangssignals zur Überwachung einer Bereichsüberschreitung der Module des Systems.Device for monitoring when a range of a specific property of modules of a system, preferably battery cells of a battery system, is exceeded, characterized by - a first series connection of first sensors with a linear characteristic in the range to be monitored, one of which is provided for each module and the specific property of the Module detected, which generates a first output signal, - a second output signal generating second series circuit of second sensors with in the area to be monitored non-linear characteristic, one of which is provided for each module and the specific property of the module is detected, with each second sensor generating an output signal when a range is exceeded, which differs from the corresponding output signal of the corresponding first sensor, and an evaluation circuit for evaluating the first and the second output signal for monitoring a range violation of the modules of the system. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung angepasst ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.device after claim 8 , characterized in that the evaluation circuit is adapted, the method according to any one of Claims 1 until 7 to execute. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Sensoren temperaturabhängige Widerstände sind.device after claim 8 or 9 , characterized in that the first and second sensors are temperature dependent resistors. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Kennlinie zumindest eine annähernd lineare Charakteristik aufweist, die gegenüber der nicht-linearen Kennlinie eine geringere Nicht-Linearität aufweist.Device according to one of Claims 8 until 10 , characterized in that the linear characteristic has at least one approximately linear characteristic, which has a lower non-linearity compared to the non-linear characteristic.

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