DE102012224312A1

DE102012224312A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Zelle einer Batterie, Ermittlungsvorrichtung und Batterie

Info

Publication number: DE102012224312A1
Application number: DE102012224312.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wolf; Dietmar Vogt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: WO2014095279A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur (ϑ) mindestens einer Zelle (10) einer Batterie (20). Das Verfahren sieht die folgenden Schritte vor: Anlegen eines Anregungssignals (sa) an die Zelle (10); Erfassen eines Reaktionssignals (sr), das in der Zelle (10) durch das Anlegen erzeugt wird; und Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Anregungssignal (sa) und dem Reaktionssignals (sr). Es wird ein Temperaturwert vorgesehen, der die Temperatur (ϑ) wiedergibt, durch Anwenden einer vorgegebenen, für die Zelle typischen Abhängigkeit (100–120) zwischen Abweichungen und Temperaturwerten auf die Abweichung. Das Anregungssignal (sa) weist mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten auf. Das Reaktionssignal (sr) gibt die Signalantwort der mindestens einen Zelle (10) auf das Reaktionssignal (sr) wieder. Ferner wird eine entsprechende Ermittlungsvorrichtung (30) und Batterie (20) vorgeschlagen, die zur Ausführung des Verfahrens geeignet sind.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Temperaturüberwachung für elektrische Zellen.
Es ist bekannt, dass galvanische Zellen, insbesondere aufladbare Zellen, temporären oder dauerhaften Schaden nehmen können, wenn sie sich überhitzen. Aus der DE 23 54 178 C2 ist bekannt, einen Temperatursensor zu verwenden, um insbesondere beim Laden mit hohen Strömen eine Überhitzung von Zellen einer Batterie zu erkennen. Die Temperatursensoren stellen jedoch einen zusätzlichen Kostenfaktor dar.
Aus der US 2012/0155507 A1 ist bekannt, dass die Innentemperatur einer wiederaufladbaren Lithium-Ionenzelle gemessen werden kann, indem ein Sinusstrom an eine Zelle angelegt wird, und der Phasenversatz der sich ergebenden Sinusspannung erfasst wird. Die Temperatur ergibt sich aus einem bekannten Zusammenhang zwischen einer Anoden- oder Kathodentemperatur, der Frequenz des Sinusstroms und dem Phasensatz zwischen dem Sinusstromsignal und dem Sinusspannungsignal. Sowohl eine Sinusstromquelle als auch eine Vorrichtung zur Erfassung des Phasenversatzes erfordern jedoch einen hohen Schaltungsaufwand und hochpräzise Bauelemente.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der die Temperatur einer Zelle einer Batterie auf einfache Weise erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren, durch die Ermittlungsvorrichtung und durch die Batterie gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, eine Temperatur einer Zelle zu ermitteln, indem ein Anregungssignal mit unterschiedlichen Frequenzkomponenten um die Zelle anzuregen. Das sich ergebende Reaktionssignal wird dem Anregungssignal gegenübergestellt, und es wird eine Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal ermittelt. Die Abweichung und insbesondere die Stärke der Abweichung lassen sich unmittelbar auf die Temperatur abbilden, da die Abhängigkeit zwischen Abweichung und Temperatur vorbekannt ist und sich beispielsweise aus Versuchen ermitteln lässt. Es wurde erkannt, dass sich eine ausreichende Genauigkeit bei der Temperaturerfassung ergibt, wenn verteilte Frequenzkomponenten im Anregungssignal vorgesehen sind, so dass das Anregungssignal deutlich einfacher als ein monofrequentes Signal (= ein Sinussignal) erzeugen lässt. Insbesondere spielen bei der Erzeugung des Anregungssignals Störfaktoren wie Klirrfaktor, zeitliche Auflösung oder mangelnde Linearitäten in der Endstufe, welche das Anregungssignal erzeugt, keine Rolle. Ferner sind keine Phasenregelkreise zur Erfassung des Phasenversatzes notwendig, wie es bei Sinussignalen der Fall ist.
Stattdessen ermöglicht die Erfindung eine besonders einfache Erzeugung und Auswertung des zugehörigen Reaktionssignals beziehungsweise der Abweichung. Ferner ist keine analoge oder quasi-analoge Signalverarbeitung erforderlich. Vielmehr kann mit sehr einfachen, wertdiskreten und/oder zeitdiskreten Komponenten die Temperatur gemäß dem hier beschriebenen Verfahren ermittelt werden. Durch die geringe Komplexität, die das hier beschriebene Verfahren erfordert, ist eine Integration in bereits bestehende Komponenten einer Batterie möglich, wobei auch eine Realisierung mit einfachen bereits bestehenden Schaltungen oder Prozessoren möglich ist, die sich aufgrund ihrer geringen zeitlichen Auflösung oder mangelnden Amplitudenpräzision grundsätzlich nicht für die Erzeugung und Auswertung monofrequenter Signale eignen. Es können Signalformen verwendet werden, die sehr einfach herzustellen sind, so dass die Schaltung nicht an die Signalverarbeitung angepasst werden muss, sondern das durchgeführte Verfahren an bereitstehende Hardware angepasst werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die Kombinierbarkeit mit einer Ladungsausgleichseinrichtung, wobei das Anregungssignal von einer Einrichtung erzeugt werden kann, die auch zum Ladungsausgleich dient. Das Reaktionssignal kann mit Erfassungs- und Auswertungskomponenten erfasst werden, die auch zur Überwachung des Ladungsausgleichs oder zur Spannungserfassung dienen. Zudem können auch die gleichen Leitungen verwendet werden, wie sie auch zum Ladungsausgleich oder zur Erfassung einer Spannung oder eines Stroms verwendet werden, die beziehungsweise der mit der Zelle verknüpft ist. Damit lässt sich durch leichtes Modifizieren einer Ladungsausgleichsvorrichtung und/oder einer Spannungsüberwachung eine Vorrichtung realisieren, die das hier dargestellte Verfahren ausführen kann.
Es wird daher ein Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur mindestens einer Zelle einer Batterie beschrieben. Die Temperatur der Zelle ist hierbei die Temperatur der Kathode, der Anode und/oder des Elektrolyts. Abhängig von den Frequenzkomponenten kann eine angenäherte Durchschnittstemperatur innerhalb der Zelle, die Kathodentemperatur und/oder die Anodentemperatur erfasst werden.
Es ist vorgesehen, das Anregungssignal an die Zelle anzulegen. Hierbei wird das Anregungssignal an die Stromableiter der Zelle angelegt, beispielsweise durch Zuschalten einer Spannungsquelle, beispielsweise in Form einer aktiven Stromquelle, und/oder durch Zuschalten einer passiven Stromquelle im Sinne einer Stromsenke, beispielsweise durch das (veränderliche) Verbinden der Stromableiter über einen Ableitungswiderstand. Insbesondere kann das Anregungssignal erzeugt werden durch Variieren des Stroms, der Spannung und/oder des Widerstands der aktiven oder passiven Spannung- oder Stromquelle oder Stromsenke. Entweder das Zuschalten und/oder die genannten Signalquellen selbst erzeugen die erfindungsgemäß verwendeten Frequenzkomponenten des Anregungssignals. Das Anregungssignal kann somit aktiv durch Verbinden mit einer Strom- beziehungsweise Spannungsquelle erzeugt werden, oder passiv durch Zuschalten einer (negativen) Stromquelle bzw. Stromsenke beispielsweise in Form eines Widerstands. Zum Erzeugen der Frequenzkomponenten werden die Strom- beziehungsweise Spannungsquellen beziehungsweise Stromsenken auch wieder getrennt, entweder zum Beenden des Anlegens des Anregungssignals oder zum Erzeugen der Frequenzkomponenten des Anregungssignals.
Das Trennen und Verbinden ist ein Beispiel für die Variation der Verbindung zwischen Strom- oder Spannungsquellen oder Stromsenken einerseits und der mindestens einen Zelle andererseits und kann als wertdiskrete, insbesondere binäre Veränderung vorgesehen werden, oder als kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Veränderung mit zumindest abschnittsweise stetigem Verlauf. Zudem kann eine der Zellen für eine andere der Zellen eine Stromquelle, Stromsenke oder Spannungsquelle darstellen. Die Verbindung kann beispielsweise mit einem Schalterelement verändert werden oder durch einen veränderlichen Widerstand bzw. einer elektronischen Endstufe oder auch durch eine pulsweitenmodulierte Verbindung. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt zumindest ein Anteil von 50%, 70% oder 80% des Leistungsspektrum der betreffenden Pulsweitenmodulation über 300, 500 oder 1000 Herz. Ferner kann die Stromquelle, Stromsenke oder Spannungsquelle selbst schaltbar oder – allgemeiner – variierbar sein, wodurch das Anregungssignal erzeugt wird, oder eine von der Stromquelle, Stromsenke oder Spannungsquelle weg führende Verbindung kann variierbar vorgesehen sein.
Weiterhin wird das Reaktionssignal erfasst, welches sich durch das Anlegen in der Zelle ergibt. Das Reaktionssignal kann als Spannungs- oder Stromsignal ermittelt werden, oder auch als Signal, das den komplexen, reellen oder den imaginären Innenwiderstand der betreffenden Zelle wiedergibt. Das Reaktionssignal ergibt sich aus der frequenzabhängigen Impedanz der Batterie und dem Anregungssignal. Das Reaktionssignal tritt an den Stromableitern der Zelle auf, und entspricht im Falle eines Stromsignals der Stromkomponente, die aufgrund des Anlegens des Anregungssignals zur Zelle hin, oder von dieser wegfließt.
Ferner wird eine Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal ermittelt. Diese Abweichung ist quantitativ (etwa in Form einer Zeit, eines Zeitversatzes, einer Integrationsfläche, eines Kreuzkorrelationsergebnisses, einer Steigung oder einer anderen Größe) oder kann als Quantität angegeben werden, beispielsweise bei einer qualitativen Abweichung – etwa eine Änderung des zeitlichen Verlaufs bzw. der Verlaufsform –, die als ein Wert oder ein Wertetupel wiedergegeben werden kann. Die Abweichung betrifft insbesondere den zeitlichen Verlauf der jeweiligen Signale. Die Abweichung kann ermittelt werden, indem zumindest eines der Signale normiert wird mit einem Wert, der ein Skalar ist, oder der einen physikalischen Wert einschließlich einer physikalischen Einheit wiedergibt. Vorzugsweise wird die Abweichung ermittelt anhand eines Reaktionssignals und ggf. weiterhin anhand eines Anregungsignals.
Dieses Signal bzw. diese Signale können als numerischer Wert oder als numerische Werte wiedergegeben sein, beispielsweise als Binärwort oder Binärworte. Zudem kann insbesondere das Reaktionssignal vor dem Übermitteln oder im Rahmen des Ermittelns verstärkt werden. Die Abweichung kann erfasst werden anhand der Betrachtung des Reaktionssignals alleine (ggf. auch gegenüber einer vorgegebenen Referenz) und/oder anhand eines Vergleichs des Reaktionssignals mit dem Anregungssignal, beispielsweise durch bilden einer Signaldifferenz zwischen dem Reaktionssignal und dem Anregungssignal. Das Reaktionssignal und/oder das Anregungssignal können bei der Ermittlung der Abweichung als Wert oder Wertetupel (oder auch als Folge) wiedergegeben sein. Der Wert bzw. das Wertetupel gibt zumindest eine Signaleigenschaft des jeweiligen Signals wieder, insbesondere eine Eigenschaft des Signals im Frequenzbereich und/oder im Zeitbereich. Die Abweichung bzw. das Ergebnis des Vergleichs oder die Signaldifferenz können ebenso als Wert oder Wertetupel (oder auch als Folge) vorgesehen sein.
Es wird ferner ein Temperaturwert vorgesehen, der die Temperatur der Zelle wiedergibt, indem eine Abhängigkeit zwischen Signaldifferenzen und Temperaturwerten auf die Abweichung abgewendet wird. Die Abhängigkeit zwischen Abweichungen und Temperaturwerten ist vorgegeben und insbesondere für die Zelle typisch. Die Abhängigkeit ist insbesondere für die Zellchemie oder für den Zelltyp kennzeichnend. Zellen, die die gleiche chemische Zusammensetzung von Kathode und Anode aufweisen, haben den gleichen Zelltyp. Alternativ kann definiert sein, dass alle Zellen des gleichen Zelltyps sind, die das gleiche Haupt-Reduktionsmittel oder Haupt-Oxidationsmittel aufweisen. Beispielsweise können alle Lithium-basierten Zellen dem gleichen Zelltyp zugeordnet sein. Als Zellen können beispielsweise Li-basierte Zellen, Blei-Säure-Zellen, NiMH-Zellen oder auch andere Zellen verwendet werden. Die Batterie, welche die Zellen umfasst, ist vorzugsweise als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs (Elektro- oder Hybridfahrzeug, Elektrofahrrad, Elektroroller, usw.) oder auch als Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet.
Das Anregungssignal weist mehrere unterschiedliche Frequenzkomponenten auf. Diese können diskret oder kontinuierlich verteilt sein. Es gibt somit mehr als eine Frequenzkomponente, die mindestens 2%, 5%, 10%, 20% oder 50% der Gesamtleistung des Spektrums des Anregungssignals entspricht.
Das Reaktionssignal gibt die Signalantwort der mindestens einen Zelle auf das Reaktionssignal wieder. Die Signalantwort gibt ferner die Impedanz der Zelle für das Anregungssignal wieder, wobei diese Impedanz von der Frequenz der genannten Frequenzkomponenten abhängen kann. Die Signalantwort kann somit die Impedanz oder Reaktanz der Zelle wiedergeben. Alternativ gibt die Signalantwort eine einheitslose Größe wieder, welche eine Beziehung zwischen dem Reaktionssignal und dem Anregungssignal wiedergibt.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass das Anregungssignal ein Strom-, Spannungs- oder Impedanzsignal ist. Ebenso ist das Reaktionssignal ein Strom-, Spannungs- oder Impedanzsignal. In spezifischen Ausführungsformen ist das Anregungssignal ein Stromsignal, und das Reaktionssignal ist ein Spannungssignal oder ein Impedanzsignal. In weiteren Ausführungsformen ist das Anregungssignal ein Spannungssignal und das Reaktionssignal ist ein Stromsignal oder ein Impedanzsignal. In beiden Fällen kann das Reaktionssignal auch den zeitlichen Verlauf einer Impedanz oder einer Reaktanz der Zelle wiedergeben. Das Ändern eines Widerstands (schalten oder ansteuern), der an der Zelle angelegt ist, um diese verfahrensgemäß anzuregen, wird als Impedanzsignal bezeichnet und kann auch als Stromsignal aufgefasst werden, da durch Ändern der Impedanz ein veränderlicher Stromfluss als Anregunssignal erzeugt wird. Das Reaktionssignal kann als Impedanz gemessen werden, insbesondere als Impedanzverlauf.
Der Widerstand oder dessen Verbindung zur Zelle kann binär oder auch in zwei Stufen, in mehreren Stufen, quasikontinuierlich oder kontinuierlich geändert werden. Der schaltbare oder veränderbare Widerstand kann insbesondere von einem Transistor wiedergegeben werden, dessen Durchgangswiderstand dem (veränderlichen) Widerstand entspricht, und dessen Steueranschluss zum Einstellen der Änderung bzw. zum Schalten verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Anregungssignal mindestens einen Sprung auf. Das Reaktionssignal entspricht der Signalantwort auf diesen mindestens einen Sprung. Der Sprung entspricht etwa einem Wechsel von einem ersten Amplitudenwert auf einen zweiten, anderen Amplitudenwert. Der erste Amplitudenwert kann größer oder kleiner als der zweite Amplitudenwert sein. Der erste oder der zweite Amplitudenwert können einem Wert von Null entsprechen. Ferner kann der erste und/oder der zweite Amplitudenwert positiv oder negativ sein. Insbesondere können beide Amplituden positiv oder negativ sein. Besonders bevorzugt ist ein Sprung von einem ersten Amplitudenwert größer Null auf eine Amplitude von Null oder ein Sprung von einer Amplitude von Null auf einen positiven Amplitudenwert.
Eine beispielhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Änderungsgeschwindigkeit der Amplitude während der Änderung und insbesondere während des Sprungs vorzugsweise größer als 50, 70 oder 90 Prozent der Differenz zwischen den Amplitudenwerten bezogen auf eine Zeitspanne von nicht mehr als 100 µs, vorzugsweise nicht mehr als 50 µs besonders bevorzugt von nicht mehr als 1 µs ist. Je nach Zellentyp können die Änderungsgeschwindigkeit und somit auch die Zeitspanne, auf die sich die Änderung bezieht, stark variieren. Die Zeitspanne kann beispielsweise auch nicht mehr als 1s, 100ms, oder 10 ms betragen oder kann auch nicht mehr als 100 ns, 10 ns oder 1 ns betragen. Die Änderungsgeschwindigkeit steigt insbesondere mit der Ionenmobilität für unterschiedliche Zelltypen. Die Ionenmobilität kann durch den Ionenstrom zu einer Elektrode oder von einer Elektrode weg bezogen auf einen angelegten Potentialunterschied der Elektroden oder bezogen auf eine elektrische Feldstärke an einer oder an beiden Elektroden bzw. zwischen den Elektroden definiert werden.
Eine derartige Änderung bzw. Sprung, insbesondere eine Änderung in Form einer Sprungfunktion, führt automatisch zu den mehreren Frequenzkomponenten. Ferner ist ein Sprung besonders einfach zu erzeugen, beispielsweise durch Schalten. Dieses Schalten ist vorzugsweise elektronisch und kann insbesondere von einem Halbleiterbauelement vorgesehen werden. Die Änderung kann monoton steigend oder linear sein, kann eine Sprungfunktion oder einen Diracstoß nachbilden, kann aperiodisch sein, oder kann eine negativ-exponentielle Funktion nachbilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Signaldifferenz auf eine einzelne Flanke des Anregungssignals. Diese Flanke entspricht vorzugsweise dem genannten Sprung. Das Reaktionssignal gibt eine Relaxationsantwort der mindestens einen Zelle wieder, wobei die Relaxationsantwort insbesondere die innere elektrochemische und/oder elektrostatische Reaktion der Zelle auf den Sprung bzw. auf die Flanke und allgemein auf das Anregungssignal wiedergibt.
Alternativ bezieht sich die Signaldifferenz auf ein als Binärsignal vorgesehenes Anregungssignal. Das Anregungssignal ist hierbei ein Binärsignal mit mehreren Flanken bzw. mit mehreren Sprüngen, wie sie vorangehend genannt sind. Der Schritt des Anlegens des Anregungssignals, der Schritt des Erfassens des Reaktionssignals und/oder der Schritt des Ermittelns der Signaldifferenz können einen Filterungsschritt aufweisen. Dieser Filterungsschritt entspricht einen Tiefpass- oder Bandpassfiltern des betreffenden Signals, d. h. des Anregungssignals, des Reaktionssignals und/oder der Signaldifferenz. Das gefilterte Signal weist mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten auf, wie es hierin beschrieben ist. Wenn zur Anregung ein Binärsignal mit mehreren Sprüngen oder Flanken verwendet wird, steht eine größere Signalenergie und insbesondere stehen mehrere Sprünge zur Auswertung auf einmal bereit, so dass die Abweichung einen besseren Störsignalabstand haben kann als bei der Verwendung von einzelnen Flanken zur Auswertung. Das Binärsignal weist vorzugsweise eine Periodizität auf, die mehrere einzelne Flanken des Binärsignals umgreift, insbesondere mehr als 2, 4, 16, 64, 256 oder mehr. Wenn die Abweichung als Korrelation von Anregungssignal und Reaktionssignal ermittelt wird, ergibt sich durch die höhere Periodizität der genannte höhere Störabstand.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Anregungssignal als Binärsignal vorgesehen ist und sich die Signaldifferenz auf dieses Binärsignal bezieht, und nicht nur auf einzelne Flanken des Binärsignals. Das Binärsignal kann ein Rauschsignal sein, insbesondere ein Pseudorauschsignal. Insbesondere kann das Pseudorauschsignal mit einem rückgekoppelten Schieberegister erzeugt werden, das beispielsweise die genannte Periodizität gewährleistet. Ferner ist vorgesehen, dass mindestens 50 %, 70 %, 80 % oder 90 % aller Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken des Binärsignals nicht kleiner als eine erste vorgegebene Zeitdauer ist. Diese Zeitdauer kann in einer beispielhaften Ausführungsform mindestens 1 µs, 10 µs, 100 µs, 0,5 ms, 1 ms, 2 ms, 5 ms oder mehr betragen. Ferner sind die genannten Zeitintervalle vorzugsweise nicht größer als eine vorgegebene weitere Zeitdauer. Die vorgegebene weitere Zeitdauer kann 100 µs, 500 µs, 1 ms, 2 ms, 5 ms, 10 ms, 20 ms oder 25 ms betragen. Die vorgegebene weitere Zeitdauer ist vorzugsweise größer als die erste vorgegebene Zeitdauer. In einer besonderen Ausführungsform trifft dies für im Wesentlichen 100 % aller Zeitintervalle zu, oder für zumindest 20%, 40%, 60%, 80%, 90% oder 95% aller Zeitintervalle. Diese Bedingung kann mit einem rückgekoppelten Schieberegister und einer ggf. nachgeschalteten Puncturing-/Paddingeinrichtung erzeugt werden, wobei die Puncturing-/Paddingeinrichtung Flanken löscht, die in weniger als 0,5 ms nach der vorangehenden Flanke an einem Ausgang des Schieberegisters erscheinen. Ferner kann diese Einrichtung eine Flanke einfügen, wenn statt der vorangehenden Flanke, die das Schieberegister ausgibt, mehr als 20 oder 25 ms vergangen sind. Die Werte 0,5 ms und 25 ms sind lediglich beispielhaft. Statt 0,5 ms können auch Werte von 0,1, 0,2 oder 1 ms verwendet werden. Anstatt des Werts von 25 ms können auch Werte von 15, 20, 25, 30 oder 35 ms verwendet werden. Als Puncturing wird das gezielte Löschen oder Auslassen von einzelnen Impulsen oder von Impulsgruppen bezeichnet. Als Padding wird das gezielte Einfügen einzelner Impulse oder von Impulsgruppen in ein Signal bzw. in eine Impulsfolge bezeichnet. Die Begriffe Puncturing und Padding werden gemäß dem Begriffsinhalt verwendet, den diese Begriffe auf dem Gebiet der Informatik und der diskreten Signalverarbeitung bzw. der Nachrichtentechnik haben.
Das Rauschsignal kann ferner erzeugt werden durch Abrufen einer Wertetabelle, welche die Amplituden oder Auftrittzeitpunkte der Flanken wiedergibt, wobei die Liste zur Erzeugung des Binärsignals wiederholt abgerufen werden kann. Die Verwendung eines Schieberegisters ist lediglich beispielhaft, stattdessen können auch Lösungen vorgesehen sein, bei der ein entsprechender Programmcode und ein zugehöriger Prozessor, auf denen dieser abläuft, diese Funktion vorsehen. Durch die genannten Bedingungen für die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Flanken des Binärsignals wird erreicht, dass die sich ergebende Signaldifferenz besonders aussagekräftig für die Temperatur ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Signaldifferenz ermittelt durch Kreuzkorrelation des Anregungssignals und des zugehörigen Reaktionssignals oder umgekehrt. Ferner kann das Reaktionssignal mit einem Referenzsignal korreliert werden, das zumindest eine Signaleigenschaft des Anregungssignals wiedergibt. Das Korrelationsergebnis der Kreuzkorrelation wird beim Schritt des Ermittelns des Temperaturwerts als Signaldifferenz verwendet. Hierbei gibt die Abhängigkeit einen Zusammenhang zwischen Korrelationsergebniswerten und den Temperaturwert wieder. Das Korrelationsergebnis wird insbesondere repräsentiert durch einen Zeitversatz eines Maximums des Korrelationsergebnisses zu einem Nullpunkt der Zeitachse, die die Basis der Kreuzkorrelation bildet. Alternativ wird die Amplitude des Maximums des Korrelationsergebnisses als Abweichung verwendet, so dass der Wert des Korrelationsmaximums durch die Abhängigkeit einer bestimmten Temperatur gegenübergestellt ist. Weiterhin kann die Fläche des Korrelationsergebnisses und somit die Leistung als Signaldifferenz verwendet werden, vorzugsweise die Fläche des Korrelationsergebnisses bis zu einem vorgegebenen, maximalen Zeitversatz der Korrelation. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der maximalen Zeitversatz 10, 15, 20, 25 oder 30 ms beträgt, bevorzugt 35, 50 oder 70 ms. Weitere beispielhafte Ausführungsformen sehen einen maximalen Zeitversatz von 1 µs, 10 µs, 50 µs, 100 µs oder 1 ms vor. Zudem können beispielhafte Ausführungsformen einen maximalen Zeitversatz von 100 ms, 1s, 2s oder mehr vorsehen. Der maximale Zeitversatz kann sich nach der Ionenmobilität des betreffenden Zellentyps richten und ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass innerhalb des maximalen Zeitversatzes die Relaxation in der Zelle und insbesondere an den Elektroden zu 50, 80 oder 90 % abgeschlossen ist. Bei Zelltypen mit hoher Ionenmobilität bei Normalbedingungen (etwa: bei einer Temperatur von 20°C) ist der Zeitversatz kleiner als bei Zelltypen mit im Vergleich hierzu geringerer Ionenmobilität. Hierbei ist unter anderem relevant, dass die erstgenannte Ionenmobilität größer als die zweitgenannte Ionenmobilität ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Abweichung ermittelt wird durch Erfassen eines Zeitversatzes zwischen dem Anregungssignal (oder einem Zeitpunkt, der dieses kennzeichnet) einerseits und dem zugehörigen Reaktionssignal andererseits. Der Zeitversatz wird beim Schritt des Ermittelns (bzw. Vorsehens) des Temperaturwerts als Abweichung verwendet. Der Zeitversatz kann insbesondere wiedergegeben sein durch eine Zeitkonstante, die sich durch den Schnitt einer Tangente des Reaktionssignals mit der Zeitachse bildet. Die Tangente wird vorzugsweise an einem Zeitpunkt des Reaktionssignals angelegt, der unmittelbar auf eine Flanke des Reaktionssignals folgt. Die Zeitkonstante gibt die Zeitkonstante der Relaxationsantwort wieder. Der Zeitversatz kann ferner wiedergegeben sein durch den Zeitpunkt, an dem das Reaktionssignal zumindest einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt oder unterschreitet, wie im Folgenden dargelegt ist. Der Zeitversatz kann ferner erfasst werden mittels eines Matched-Filters, das gemäß dem Anregungssignal oder einem Referenz-Reaktionssignal ausgebildet ist. Die zeitliche Abweichung gegenüber dem Anregungssignal bzw. dem Referenz-Reaktionssignal, welches eine bestimmte Temperatur wiederspiegeln kann, wird als Abweichung zur Temperaturermittlung verwendet. Die Abweichung gegenüber dem Referenz-Reaktionssignal entspricht der Differenz zwischen der zu erfassenden Zellentemperatur und der bestimmten Temperatur, die von dem Referenz-Reaktionssignal repräsentiert wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Abweichung ermittelt wird durch Vergleichen des Reaktionsergebnisses mit 1, 2 oder mehreren Schwellwerten. Die Schwellwerte entsprechen jeweils einen Amplituden- bzw. Regelwert. Der mindestens eine Zeitversatz zwischen dem Sprung des Anregungssignals und dem Überqueren des mindestens einen Schwellwerts durch das zugehörige Reaktionssignal wird als Signaldifferenz verwendet. Die Schwellwerte geben wieder, wie weit der Relaxationsprozess der Zelle fortgeschritten ist. Der zugehörige Zeitversatz gibt wieder, wie lange der Relaxationsprozess der Zelle benötigt, um einen bestimmten Grad an Vollständigkeit (wiedergegeben durch die Schwellwerte) zu erreichen.
In einer besonders einfachen Ausführungsform wird nur ein Schwellwert verwendet, wobei die Verwendung von zwei unterschiedlichen Schwellwerten oder mehreren Schwellwerten ggf. ein präziseres Ergebnis ermöglichen. Wenn mehrere Schwellwerte verwendet werden, dann ergeben sich mehrere Zeitversätze. Die Zeitversatze (pro Schwellwert ein Zeitversatz) werden einem Temperaturwert gegenübergestellt, so dass die Abhängigkeit einen Schwellwert mehrere Zeitversatze zuordnet. Alternativ kann jeder Zeitversatz einzeln einer Temperatur gegenüber gestellt werden, so dass sich mehrere Abhängigkeiten ergeben. Für jeden Schwellwert ergibt sich eine Abhängigkeit. Die so durch mehrere Schwellwerte ermittelten Temperaturwerte können kombiniert werden, beispielsweise durch Mittelwert- oder Medianbildung oder durch Sortieren oder auch mittels eines Best-fit-Anpassungsverfahren, das den wahrscheinlichsten Temperaturwert den mehreren Zeitversätzen zuordnet. Weiterhin können bei der Verwendung von mehreren Schwellwerten die Schwellwerte unterschiedlichen Auftrittsorten der jeweiligen Temperatur zugeordnet sein, da beispielsweise die Anodentemperatur eine andere Abhängigkeit von dem Zeitversatz aufweist, als die Kathodentemperatur. Es können dadurch mehrere Abhängigkeiten vorgesehen sein, wobei jede Abhängigkeit für einen bestimmten (anderen) Punkt innerhalb der Zelle beispielsweise für die Anode und für die Kathode, signifikant ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Abweichung ermittelt wird durch Integration der Fläche des Reaktionssignals ab dem Zeitpunkt des Sprungs des Anregungssignals. Die Fläche wird beim Schritt des Vorsehens des Temperaturwerts als Abweichung verwendet. Die Integration ist eine zeitliche Integration. Diese kann insbesondere realisiert werden mittels Aufsummieren mehrerer Amplitudenwerte ab dem Zeitpunkt des Sprungs. Die Integration kann beendet werden, wenn das Reaktionssignal einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Die letztgenannte Möglichkeit kann zur Unterdrückung von Rauschsignalen bei geringen Amplituden dienen.
Die vorangehend genannten Möglichkeiten zeigen unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten auf, die je nach Anwendungsbereich gewählt werden können. Ferner kann abgewogen werden zwischen besonders einfacher Realisierung und hoher Präzision des Verfahrens. Die vorangehend genannten Möglichkeiten sehen vor, dass zur Erfassung der Abweichung das Reaktionssignal und gegebenenfalls auch das Anregungssignal im Zeitbereich betrachtet wird bzw. werden. Es wird somit der zeitliche Verlauf des Reaktionssignals mit dem zeitlichen Verlauf des Anregungssignals (oder einer daraus abgeleiteten Referenz) verglichen. Merkmale, die zum Vergleich der beiden Signale verwendet werden, d. h. die zum Ermitteln der Abweichung verwendet werden, sind hierbei die Steigung des Reaktionssignals, oder Steigungen des Reaktionssignals an verschiedenen Zeitpunkten, Amplitudenwerte des Reaktionssignals die beispielsweise mit mindestens einem Schwellwert ermittelt werden, Zeitpunkte, an denen das Reaktionssignal bestimmte Merkmale aufweist, etwa eine bestimmte Steigung oder eine bestimmte Amplitude, oder Ähnlichkeiten im Verlauf, die durch Kreuzkorrelation von Anregungssignal und Reaktionssignal ermittelt werden. Anstatt des Anregungssignals kann auch eine Referenz verwendet werden, die zumindest eine Signaleigenschaft des Anregungssignals wiedergibt. Die Signaleigenschaft ist insbesondere eine Eigenschaft des Anregungssignals im Zeitbereich oder in Frequenzbereich.
Eine weitere Möglichkeit ist die Erfassung der Abweichung anhand des Spektrums des Reaktionssignals. Hierbei wird das Reaktionssignal im Frequenzbereich betrachtet. Insbesondere wird das Reaktionssignal mit dem Anregungssignal im Frequenzraum verglichen.
Eine weitere Ausführungsform sieht daher vor, dass die Abweichung ermittelt wird durch Vergleichen eines Pegels mindestens einer Frequenzkomponente des Reaktionssignals mit einem Pegel mindestens einer Frequenzkomponente des Anregungssignals der gleichen Frequenz. Die Abweichung ergibt sich aus dem Resultat des Vergleichs der Pegel der Frequenzkomponenten. Hierbei wird ein Teil des Spektrums der beiden Signale (Anregungssignal und Reaktionssignal) herausgegriffen und die jeweiligen Pegel werden miteinander verglichen. Hierbei wird entweder nur eine einzelne Frequenz des Reaktionssignals und des Anregungssignals betrachtet oder es wird ein Frequenzbereich des Reaktionssignals mit einem entsprechenden Frequenzbereich des Anregungssignals verglichen. Es werden insbesondere Leistungen des Anregungssignals und des Reaktionssignals verglichen, die diese für eine bestimmte Frequenz oder für einen bestimmten Frequenzbereich (oder für mehrere Frequenzbereiche) aufweisen. Es können auch einzelne Frequenzkomponenten für mehrere, einzelne Frequenzen des Anregungssignals und des Reaktionssignals verglichen werden. Mit Pegel wird insbesondere die Leistung des Signals für die Frequenz oder für den Frequenzbereich bezeichnet, anhand dessen die beiden Signale miteinander verglichen werden. Die genannte Ausführungsform vergleicht eine Frequenzkomponente (oder eine Menge von Frequenzkomponenten) des Reaktionssignals mit einer Frequenzkomponente oder einer Menge von Frequenzkomponenten des Reaktionssignals. Anstatt des Vergleichs mit den Frequenzkomponenten des Anregungssignals kann auch mit Referenzwerten vergleichen werden, die Eigenschaften des Spektrums des Anregungssignals wiedergeben.
Eine weitere Möglichkeit ist es, zwei Frequenzkomponenten des Reaktionssignals in Beziehung zueinander zu setzen, um daraus die Abweichung zu ermitteln. (Da das Reaktionssignal die unmittelbare Folge des Anregungssignals ist, wird bei diesem Vergleich indirekt auch das Anregungssignal berücksichtigt, so dass die Abweichung der beiden Signale betrachtet wird, auch wenn nur das Spektrum des Reaktionssignals betrachtet wird.) Die Abweichung wird durch Erfassen des Pegel- oder Leistungsunterschiedes von Frequenzkomponenten des Reaktionssignals ermittelt. Dies betrifft insbesondere zwei oder auch mehrere verschiedene Frequenzen oder Frequenzbereiche des Reaktionssignals. Die Frequenzkomponenten, deren Pegelunterschiede erfasst werden, weisen unterschiedliche Frequenzen auf. Es wird der Pegelunterschied für bestimmte Frequenzkomponenten des Reaktionssignals mit einem entsprechenden Pegelunterschied der Frequenzkomponenten dieser Frequenzen im Anregungssignal verglichen (oder mit Werten, die Eigenschaften dieser Frequenzkomponenten des Anregungssignals oder auch entsprechende Referenzen wiedergeben). Da die Pegel und die Pegelunterschiede der Frequenzkomponenten im Anregungssignal bekannt sind, kann dieses Vergleichen auch vorgesehen werden durch Betrachten des Pegelunterschieds des Reaktionssignals alleine.
Ferner kann der Spektralverlauf des Reaktionssignals auch auf andere Weise ausgewertet werden, beispielsweise durch Vergleichen mit Spektrumsverläufen, die bestimmten Temperaturen zugeordnet sind. Bei der größten Ähnlichkeit des Spektrums des Reaktionssignals mit einem der Spektren, die Temperaturen zugeordnet sind, wird das Spektrum mit der größten Ähnlichkeit zum Spektrum des Reaktionssignals ermittelt und die zugehörige, damit verknüpfte Temperatur wird als Temperaturwert vorgesehen. Als Maß der Ähnlichkeit kann mindestens ein Korrelationsergebnis verwendet werden, eine Differenz oder eine Kombination mehrerer Differenzen, oder auch Ergebnisse von Algorithmen zur bestmöglichen Anpassung oder eine Methode der kleinsten Fehlerquadrate verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Anregungssignal über mindestens eine Leitung angelegt. Über die Leitung fließt auch mindestens ein Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich zwischen den Zellen. Die Leitung erhält damit eine doppelte Funktion, wodurch sich die Verkabelung deutlich verringert, beispielsweise im Vergleich zu Batterien, in denen jede Zelle oder einige Zellen einen Temperatursensor aufweisen, dessen Messsignale getrennt zu übertragen sind. Der Ausgleichsstrom kann von einer Zelle abfließen oder dieser zugeführt werden, beispielsweise ausgehend von einer zentralen Stromsenke oder Stromquelle. Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Ausgleichsstrom über die Leitung, über welche auch das Anregungssignal angelegt wird, zwischen verschiedenen Zellen fließen. Eine weitere Möglichkeit ist es, das Reaktionssignal über eine Leitung zu übertragen, über die auch der Ausgleichsstrom fließt. Insbesondere kann die Leitung, über die das Reaktionssignal übertragen wird, auch dazu verwendet werden, das Anregungssignal anzulegen. Diese Leitung entspricht vorzugsweise der Leitung, über die auch der mindestens eine Ausgleichsstrom fließt.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das Anregungssignal erzeugt wird mittels einer Endstufeneinrichtung, die auch den Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich zwischen den Zellen erzeugt. Die Endstufeneinrichtung erzeugt ein sich änderndes Strom- oder Spannungssignal, wobei die Änderung dem hier beschriebenen Anregungssignal entspricht. Die Endstufeneinrichtung kann elektronische Schalter oder (elektronisch) veränderliche Widerstände umfassen, insbesondere Transistoren, um den Ausgleichsstrom sowie das Anregungssignal zu erzeugen. Somit weist auch eine derartige Endstufeneinrichtung eine doppelte Funktion auf, wie auch die vorangehend erläuterte Leitung. Die Endstufeneinrichtung kann von einer Signalquelle angesteuert werden, die ein Signal erzeugt, das in der Endstufeneinrichtung zum Anregungssignal umgewandelt wird. Ferner kann die Signalquelle ein Steuersignal erzeugen, dass von der Endstufeneinrichtung in den Ausgleichsstrom gewandelt wird. Die Endstufeneinrichtung kann in dem Signalgenerator integriert sein. Der Signalgenerator kann insbesondere von einem Mikroprozessor vorgesehen sein, auf dem ein entsprechendes Programm abläuft, das die hier beschriebenen Funktionen realisiert, insbesondere das Erzeugen des Ausgleichsstroms und das Erzeugen des Anregungssignals.
Als Anregungssignal kann ferner eine Änderung einer Last betrachtet werden, die von der Batterie betrieben wird. Beispielsweise ein Zuschalten (oder ein Ändern des angeforderten Stroms) einer Last kann einen Sprung, insbesondere ein Stromsprung erzeugen. Als Last kann hierbei eine Komponente des Bordnetzes oder allgemein eine elektrische Last des Fahrzeugs (insbesondere eines wie hier offenbarten Kraftfahrzeugs) bezeichnet werden, die von Zellen der Batterie versorgt wird. Der sich ergebende Spannungssprung entspricht dann dem Reaktionssignal. Auf diese Weise kann auf einen zusätzlichen Signalgenerator verzichtet werden, da die Strom- oder Spannungssprünge von Lasten überwacht werden und als Anregungssignal verwendet werden, um diese mit dem sich ergebenden Reaktionssignal zu vergleichen. Mit anderen Worten kann eine veränderliche Last als Stromgenerator zur Erzeugung des Anregungssignals betrachtet werden. Das Anregungssignal kann mittels eines Stromsensors zur Erfassung des Zellen- oder Batteriestroms ermittelt werden. Das Reaktionssignal kann als Veränderung(en) des Potentials einer oder mehrerer Zellen (jeweils) erfasst werden. Das Anregungssignal kann ferner als Spannungsänderung vorgesehen werden, dass von einer Änderung einer Last stammt, die von der Batterie bzw. den Zellen betrieben wird. Das Reaktionssignal entspricht der sich ergebenden Änderung des Stroms, der durch die mindestens eine Zelle fließt.
Es kann somit vorgesehen sein, dass das Anregungssignal durch Änderungen der Lastverhältnisse im Bordnetz, das an die Zellen angeschlossen ist, bedingt sind, wobei die Änderungen durch Steuerungen oder Regelungen außerhalb des hier vorgeschlagenen Verfahrens auftreten, wie vorangehend beschrieben ist. Das Anregungssignal wird daher (passiv) überwacht und zur hier beschriebenen Temperaturerfassung verwendet.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Änderungen der Lastverhältnisse im Bordnetz gezielt durch das hier beschriebene Verfahren hervorgerufen werden. Das Anlegen des Anregungssignals kann daher vorgesehen werden, indem gezielt zumindest eine Last oder ein Verbraucher im Bordnetz direkt oder indirekt zu einer Änderung veranlasst wird. In diesem Fall wird ein Steuersignal abgegeben, das das Anregungssignal wiedergibt oder zumindest einen Zeitpunkt, an dem das Anregungssignal auftritt bzw. zumindest einen Sprung oder Impuls aufweist. Das Steuersignal kann von dem hier beschriebenen Signalgenerator abgegeben werden. Das Steuersignal wird von einer Steuerung oder Regelung umgesetzt, das zumindest einen Verbraucher oder Last ansteuert, der bzw. die von den Zellen versorgt wird, deren Temperatur zu erfassen ist. Diese Steuerung oder Regelung kann beispielsweise von einer zentralen Steuerungseinheit umgesetzt werden. Als Beispiel kann eine elektrische Heizung an- und/oder ausgeschaltet werden, wobei dieses Schalten das Anregungssignal erzeugt, welches auf die Zellen wirkt.
Wenn ein Sollwert vorgesehen ist, mit dem die Last oder der Verbraucher angesteuert werden soll, wobei der Sollwert etwa die Leistung oder den Strom oder einen anderen Betriebsparameter wiedergibt, kann vorgesehen sein, dass dieser Sollwert gemäß einem Anregungssignal wie es hier beschrieben ist, abgeändert wird, und die Last oder der Verbraucher mit dem abgeänderten Sollwert angesteuert wird. Vorzugsweise weicht der abgeänderte Sollwert nicht mehr als 50 %, 20 %, 10 %, 5 % oder vorzugsweise 2 % oder 1 % von dem vorgegebenen Sollwert ab. Diese Abweichung bezieht sich insbesondere auf Sollwerte, die über ein Zeitfenster gemittelt werden. So kann beispielsweise ein kurzer Impuls oder eine Gruppe von Impulsen vorgesehen sein, mit denen ein vorgegebener Sollwert moduliert wird, wobei der Verbraucher bzw. die Last mit dem modulierten Sollwert betrieben wird. Im Falle einer elektrischen Heizung würde eine Pulsmodulation den Betrieb der Heizung nur unwesentlich ändern, sofern die Pulsmodulation die Heizung mit einer Leistung ansteuert, die im Wesentlichen (d.h. mit einer Abweichung wie oben genannt) der vorgegebenen Leistung entspricht.
Auch kann zwischen aufeinander folgenden Schritten des Anlegens des Anregungssignals ein Mindestzeitdauer vorgesehen sein, die insbesondere ein Vielfaches der Dauer des Anlegens ist, etwa ein Vielfaches von mindestens 10, 20, 50, 100 oder 1000. Dadurch würde auch bei Abweichungen von nicht mehr als 50% oder 20% während dem Anlegen des Anregungssignales der Betrieb der Last nicht wesentlich geändert werden. Auch eine Änderung des vorgegebenen Sollwerts von 50 % oder mehr würde nicht merklich den Betrieb des Last ändern, wenn diese Änderung nur eine Zeitdauer andauert, die ein Bruchteil der Zeitdauer ist, in der sich die Änderung wiederholt und das Anregungssignal erneut angelegt wird.
Als Last oder Verbraucher, deren vorgegebener Sollwert zum Anlegen des Anregungssignals geändert wird, eignen sich Lasten und Verbraucher, deren Betrieb durch die Änderung gemäß dem Anregungssignal nicht wesentlich beeinflusst wird. Als Lasten und Verbraucher eignen sich zahlreiche elektrische Verbraucher, beispielsweise eine elektrische Heizung, elektromechanische Aktuatoren, elektrische Beleuchtung oder andere Komponenten. Vorzugsweise werden als Last Komponenten verwendet, die bei Fehlfunktion nicht unmittelbare zu Schaden führen können. Ferner werden vorzugsweise Komponenten als Last verwendet, deren Betrieb durch einen Impuls in der Ansteuerung nicht dauerhaft oder temporär gestört wird. Im Falle von Fahrzeugen eignen sich als Last eine elektrische Heizung, Aktuatoren zur Bedienung von Komforteinheiten wie elektrisch verstellbare Sitze und insbesondere träge Aktuatoren, die bei einer Ansteuerung im Bereich von 100, 50, 10, 5 oder 1 ms keine wesentliche mechanische Veränderung bewirken, die Innenbeleuchtung, ein elektrischer Traktionsantrieb, oder andere Lasten, insbesondere mit einem trägen Reaktionsverhalten, deren Betrieb bei Änderungen im genannten Millisekundenbereich im Wesentlichen unverändert bleibt. Die Trägheit kann sich bei Aktuatoren durch Massen ergeben, die von diesen bewegt werden, bei elektrischen Temperierungselementen (etwa eine elektrische Heizung) durch Wärmekapazitäten ergeben, die mit diesen gekoppelt sind. Die Lasten weisen vorzugsweise eine Trägheit im Ansprechverhalten auf, die eine größere Zeitkonstante aufweist, als die Dauer des Anlegens des Anregungssignals bzw. als die Dauer von Impulsen im Anregungssignal.
Die Ermittlungsvorrichtung kann einen Ausgang für ein Signal aufweisen, das die Änderung des Sollwerts (und somit Merkmale des Anregungssignals) oder zumindest den Zeitpunkt der Änderung wiedergibt. Der Ausgang ist eingerichtet, an ein Modul, das die Steuerung oder Regelung der Last realisiert, angeschlossen zu werden. Der Ausgang kann eingerichtet sein, an einen Datenbus wie etwa einen CAN-Bus angeschlossen zu werden. Der vorangehend beschriebene Ausgang kann in zumindest einem weiteren Ausgang der Ermittlungsvorrichtung integriert sein. Die Ausgänge können als ein gemeinsames körperliches Element vorgesehen sein, etwa eine Steckbuchse oder eine andere elektromechanische Kontakteinheit.
Es kann ein gemeinsames Anregungssignal an mehrere oder an alle Zellen angelegt werden, während mehrere Reaktionssignale jeweils an einer oder an mehreren Zellen individuell erfasst werden. Den zellenspezifischen Reaktionssignalen wird jeweils das gemeinsame Anregungssignal (oder entsprechende Referenzen) gegenübergestellt. Es kann somit ein Signalgenerator vorgesehen sein, der für alle oder für eine Untergruppe der Zellen ein gemeinsames Anregungssignal erzeugt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ermittlungsvorrichtung zur Ermittlung einer Temperatur mindestens einer Zelle einer Batterie vorgeschlagen. Die Temperatur, sowie die Zelle und die Batterie entsprechen den jeweiligen Größen bzw. Komponenten des hier beschriebenen Verfahrens. Die Ermittlungsvorrichtung umfasst einen Signalgenerator, insbesondere den hier beschriebenen Signalgenerator. Der Signalgenerator ist eingerichtet zur Erzeugung eines Anregungssignals, insbesondere des hier anhand des Verfahrens beschriebenen Anregungssignals. Das Anregungssignal, zu dessen Erzeugung der Signalgenerator eingerichtet ist, weißt mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten auf. Die Frequenzkomponenten entsprechen insbesondere den anhand des Verfahrens beschriebenen Frequenzkomponenten.
Eine Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung der Ermittlungsvorrichtung ist eingerichtet zum Erfassen eines Reaktionssignals, das von der Zelle erzeugt wird. Dieses Reaktionssignal, zu dessen Erfassung die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung eingerichtet ist, entspricht insbesondere dem hier anhand des Verfahrens beschriebenen Reaktionssignals.
Eine Abweichung-Ermittlungseinrichtung der Ermittlungsvorrichtung ist eingerichtet zur Ermittlung einer Abweichung zwischen dem Anregungssignal und dem Reaktionssignal. Die Abweichung, zu dessen Ermittlung die Abweichung-Ermittlungseinrichtung eingerichtet ist, entspricht insbesondere der Abweichung, wie sie anhand des hier beschriebenen Verfahrens verwendet wird.
Die Ermittlungsvorrichtung umfasst eine Abbildungseinrichtung, die der Abweichung-Ermittlungseinrichtung nachgeschaltet ist.
Die Abbildungseinrichtung sieht die Abbildung vor, wie sie hier anhand des Verfahrens beschrieben wird. Die Abbildungseinrichtung ist mit mindestens einer vorgegebenen, für die Zellen typischen Abhängigkeit zwischen Signaldifferenzen und Temperaturwerten ausgestattet.
Schließlich umfasst die Ermittlungsvorrichtung eine Ausgabeschnittstelle, die der Abbildungseinrichtung nachgeschaltet ist. Die Ausgabeschnittstelle ist zur Ausgabe eines Temperaturwertes eingerichtet, insbesondere in Form eines elektrischen Signals, etwa in Form eines Digitalsignals.
Der Signalgenerator kann zur Ausgabe eines einzelnen Sprungsignals eingerichtet sein, beispielsweise in Form eines Kippschalters, oder kann eine binäre, ternäre, amplitudendiskrete oder amplitudenkontinuierliche Rauschquelle sein, insbesondere eine Pseudorauschen-Quelle, beispielsweise ein rückgekoppeltes Schieberegister oder ein entsprechendes Äquivalent in Form eines Computerprogramms, welches auf einen Mikroprozessor abläuft.
Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung kann einen Korrelator aufweisen, der insbesondere eingerichtet ist zur Kreuzkorrelation des Anregungssignals mit dem zugehörigen Reaktionssignal. Ferner kann die Abweichung-Ermittlungseinrichtung eine Zeiterfassungseinheit aufweisen zur Erfassung eines Zeitversatzes, wie es hier im Rahmen des Verfahrens beschrieben ist. Zudem kann die Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung einen Komparator oder mehrere Komparatoren aufweisen, die einen Schwellwerteingang haben oder die mehrere Schwellwerteingänge haben. Die Schwellwerte des Komparators entsprechen den hier beschriebenen Schwellwerten, und können innerhalb des Komparators gespeichert sein oder in einem Speicher, der mit dem Komparator verbunden ist.
Ferner kann die Abweichung-Ermittlungseinrichtung einen Integrator aufweisen, wobei in einem einfachen Fall der Komparator als zeitdiskretes Addiererelement vorgesehen sein kann, welches in einem Speicher neu hinzukommende Werte zu einer Summe hinzuaddiert. Die Summe entspricht dem Integral und insbesondere der Fläche des Reaktionssignals, wenn das Reaktionssignal dem Integrator zugeführt wird.
Zudem kann die Abweichung-Ermittlungseinrichtung im Frequenzbereich arbeiten und beispielsweise eine Fourier-Transformationseinheit aufweisen. Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung kann insbesondere einzelne Frequenzkomponenten des Reaktionssignals und/oder des Anregungssignals miteinander vergleichen, wobei sich die Frequenzkomponenten auf mindestens eine diskrete Frequenz oder auf mindestens einen Frequenzbereich beziehen. Ferner kann die Abweichung-Ermittlungseinrichtung eine Subtraktionseinheit umfassen, die zur Erfassung des hier beschriebenen Pegelunterschiedes eingerichtet ist.
Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung sowie der Signalgenerator können insbesondere als Mikroprozessor vorgesehen sein, auf dem ein Programm zur Realisierung der Funktionen abläuft. Zur Abgabe von Signalen weist eine Digital/Analog-Wandlereinheit auf. Zur Aufnahme von Signalen, beispielsweise zur Erfassung des Reaktionssignals oder auch des Anregungssignals kann der Mikroprozessor einen Analog/Digital-Wandler aufweisen.
Schließlich kann die Abweichung-Ermittlungseinrichtung und/oder die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung oder auch der Signalgenerator einen Tiefpass oder einen Bandpass aufweisen. In diesem Fall ist der Tiefpass bzw. der Bandpass ein Teil der Ermittlungseinrichtung bzw. des Signalgenerators und gibt das Reaktionssignal, das Anregungssignal und/oder die Abweichung ab.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Ermittlungsvorrichtung eine Ladungsausgleichseinrichtung. Die Ladungsausgleichseinrichtung weist eine Endstufeneinrichtung auf, die zum Erzeugen eines Ausgleichsstroms für die mindestens eine Zelle eingerichtet ist. Der Ausgleichsstrom bzw. die Endstufeneinrichtung entspricht dem Ausgleichsstrom bzw. der Endstufe, wie sie hier anhand des Verfahrens beschrieben ist. Der Signalgenerator ist mit der Endstufeneinrichtung ansteuernd verbunden. In einer spezifischen Ausführungsform dient der Signalgenerator auch zur Erzeugung des Ausgleichssignals, in denen der Signalgenerator eingerichtet ist zur Abgabe eines Steuersignals, um die Endstufeneinrichtung des Ausgleichstroms anzusteuern. Die Endstufeneinrichtung umfasst einen elektronischen Schalter, einen Transistor oder Ähnliches und kann insbesondere den abgegebenen Strom gesteuert ändern und insbesondere zwischen zwei Pegeln schalten. Die Endstufeneinrichtung oder der Signalgenerator kann auch in einem DC/DC-Wandler vorgesehen sein, der einen Ausgang aufweist, welcher mit den Zellen der Batterie direkt oder auch indirekt verbunden ist und der insbesondere eingerichtet ist, Strom und/oder das Anregungssignal an die Zellen abzugeben. Die Endstufeneinrichtung kann eine Ausgangsstufe des DC/DC-Wandlers sein, die mit dem Ausgang des DC/DC-Wandlers verbunden ist.
Eine Ausführungsform der Ermittlungsvorrichtung sieht vor, dass diese ferner mindestens eine Leitung oder Messschnittstelle umfasst. Über diese Leitung oder Messschnittstelle ist die mindestens eine Zelle mit dem Signalgenerator bzw. mit der Endstufeneinrichtung verbunden. Ferner ist die mindestens eine Zelle über diese mindestens eine Leitung mit einer Ladungsausgleichseinrichtung verbunden. Die Ladungsausgleichseinrichtung ist eingerichtet, einen Ausgleichsstrom, der zu der mindestens einen Zelle führt oder von dieser wegführt, zu erzeugen. Die Ladungsausgleichseinrichtung entspricht insbesondere der hier beschriebenen Ladungsausgleichseinrichtung.
Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung kann insbesondere realisiert werden mittels einer Messeinheit der Ladungsausgleichseinrichtung, über die die Ladungsausgleichseinrichtung einen Strom, eine Spannung oder ein Potential der Zelle erfasst. Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung und die Messeinrichtung der Ladungsausgleichseinrichtung können somit als dieselbe Komponente ausgebildet werden, wobei sich die beiden hier beschriebenen Funktionen (Ladungsausgleich und Reaktionssignal-Erfassung) durch unterschiedliche Verwendung des Signals realisieren lassen.
In einem einfachen, beispielhaften Fall wird eine Ladungsausgleichseinrichtung mit einer Messeinrichtung vorgesehen, wobei die von der Messeinrichtung erfassten Signale nicht nur zur Steuerung oder Regelung des Ladungsausgleichs verwendet werden, sondern auch weitergeleitet werden und wie hier beschrieben verfahrungsgemäß als Reaktionssignal weiterverarbeitet werden. Dies lässt sich durch eine bloße Anzapfung erreichen oder auch dadurch, dass entsprechende Messwerte im Speicher abgelegt werden, der nicht nur von einer Ladungsausgleichssteuerung abgerufen wird, sondern auch von der hier beschriebenen Ermittlungsvorrichtung zur Ermittlung der Temperatur abgerufen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Batterie mit mehreren Zellen beschrieben, die ferner eine Ermittlungsvorrichtung umfasst, wie sie hier beschrieben ist.
Es wird daher eine Batterie mit mehreren Zellen beschrieben, welche einen Signalgenerator umfasst. Der Signalgenerator ist eingerichtet zur Erzeugung eines Anregungssignals, das mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweist. Der Signalgenerator kann insbesondere dem hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschriebenen Signalgenerator entsprechen. Der Signalgenerator ist über Leitungen mit den Zellen verbunden. Diese Leitungen führen insbesondere zu den Stromableitern der Zellen. Stromableiter der Zellen sind Leiter, die elektrisch mit den Elektroden der Zellen verbunden sind, vorzugsweise direkt.
Die Batterie umfasst ferner eine Reaktionssinal-Erfassungseinrichtung, insbesondere wie sie hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschrieben ist. Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung ist eingerichtet zum Erfassen eines Reaktionssignals, das von der Zelle erzeugt wird. Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung ist zum Erfassen des Reaktionssignals mit den Leitungen verbunden.
Die Batterie umfasst ferner eine Abweichung-Ermittlungseinrichtung, insbesondere wie sie hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschrieben ist. Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung ist eingerichtet zur Ermittlung einer Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal und insbesondere einer Abweichung zwischen dem Anregungssignal und dem Reaktionssignal, für alle Zellen, für mindestens eine Untergruppe von Zellen oder für einzelne Zellen. Hierbei kann das Reaktionssignal von mehreren Zellen gleichzeitig stammen, so dass das Reaktionssignal die gemeinsame Relaxationsantwort der mehreren Zellen wiedergibt.
Die Batterie umfasst ferner eine Abbildungseinrichtung, die insbesondere der Abbildungseinrichtung entspricht, wie sie hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschrieben ist. Die Abbildungseinrichtung ist der Abhängigkeit-Ermittlungseinrichtung nachgeschaltet. Die Abbildungseinrichtung ist mit einer Abhängigkeit zwischen Abweichungen und Temperaturwerten ausgestattet, wobei die Abhängigkeiten vorgegeben sind und insbesondere für die Art der Zelle typisch sind. Die Art der Zelle bestimmt sich durch die Zusammensetzung der Kathode und der Anode und insbesondere durch den Hauptbestandteil, beispielsweise Lithium.
Die Batterie umfasst ferner eine Ausgabeschnittstelle, insbesondere eine Ausgabeschnittstelle, wie sie hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschrieben ist. Die Ausgabeschnittstelle ist der Abbildungseinrichtung nachgeschaltet. Die Ausgabeschnittstelle ist zur Ausgabe eines Temperaturwertes eingerichtet, insbesondere des Temperaturwerts, der von der Abbildungseinrichtung abgegeben wird.
Alternativ (oder in Kombination) mit der Ausgabeschnittstelle weist die Batterie eine Auswertungseinrichtung auf. Diese ist der Abbildungseinrichtung nachgeschaltet. Die Auswertungseinrichtung umfasst einen Vergleicher sowie einen Temperaturgrenzwert oder zumindest einen Eingang, an dem ein Temperaturgrenzwert empfangen werden kann, insbesondere einem Speicher, der in der Batterie vorliegen kann. Die Auswertungseinrichtung ist eingerichtet, ein Fehlersignal auszugeben. Die Auswertungseinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, das Fehlersignal an eine Strombegrenzungseinrichtung der Batterie abzugeben, beispielsweise an einen Mikrocontroller und/oder an einen Schütz innerhalb des Strombusses der Batterie oder an Ansteuereinrichtungen, die den Schütz ansteuert. Die Auswertungseinrichtung ist eingerichtet, ein Fehlersignal dann auszugeben und vorzugsweise nur dann auszugeben, wenn ein von der Abbildungseinrichtung (oder von der Ausgabeschnittstelle) abgegebener Temperaturwert den Temperaturgrenzwert übersteigt.
Eine Ausführungsform der Batterie sieht vor, dass diese ferner eine Ladungsausgleichseinrichtung umfasst. Die Ladungsausgleichseinrichtung entspricht insbesondere der hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschriebenen Ladungsausgleichseinrichtung.
Die Ladungsausgleichseinrichtung ist mit den Zellen verbunden, vorzugsweise über die hier beschriebenen Leitungen. Die Leitungen führen zu Anzapfungen zwischen den Zellen untereinander oder zwischen den Zellen und einem Strombus der Batterie. Die Ladungsausgleichseinrichtung weist eine Endstufeneinrichtung auf, insbesondere die hier anhand der Ermittlungsvorrichtung beschriebenen Endstufeneinrichtung. Die Endstufeneinrichtung ist eingerichtet, einen Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich zwischen den Zellen zu erzeugen. Die Endstufeneinrichtung ist ferner eingerichtet, dass Anregungssignal zu erzeugen, das an die Zellen angelegt wird. Hierbei wird die Endstufeneinrichtung für zwei Funktionen verwendet, nämlich zum Ladungsausgleich und zur Erzeugung des Anregungssignals.
Die Leitungen werden ebenso für zwei Funktionen verwendet, nämlich die Übertragung des Ausgleichsstroms zum Ladungsausgleich sowie zum Anlegen des Anregungssignals.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung über diese Leitungen mit den Zellen verbunden ist, dass auch die Funktion des Übertragens des Reaktionssignals ebenso von diesen Leitungen realisiert wird.
Die Ladungsausgleichseinrichtung kann ferner eine Messeinrichtung aufweisen, die vorzugsweise über die genannten Leitungen mit den Zellen verbunden ist. In diesem Fall kann die Messeinrichtung auch als Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung verwendet werden, wobei die Messeinrichtung und die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung als dieselbe Messeinrichtung oder Erfassungseinrichtung vorgesehen sind.
Das hier beschriebene Verfahren kann mittels eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einen Prozessor ausgeführt wird, wobei der Prozessor insbesondere die hier beschriebenen Schnittstellen aufweist. Die hier beschriebene Verarbeitung des Reaktionssignals und/oder des Anregungssignals kann ebenso vor dem Mikroprozessor in Kombination mit dem Computerprogramm realisiert werden. Es können jedoch auch Teilschritte oder Teilfunktionen von einer nicht fest verdrahteten Schaltung realisiert werden, die digital oder analog sein kann. Insbesondere das Filtern kann vorgesehen werden mittels einer festverankerten Schaltung die Kompensatoren und/oder Induktivitäten aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ausführungsform einer Batterie sowie einer Ermittlungsvorrichtung wie sie hier beschrieben ist;
2a–2d zeigen Ausführungsformen einer Abweichung-Ermittlungseinrichtung wie sie hier beschrieben ist;
3a, 3b zeigen weitere Ausführungsformen der hier beschriebenen Abweichung-Ermittlungseinrichtung;
4a–4g zeigen Ausführungsformen des hier beschriebenen Signalgenerators sowie Ausführungsformen von Reaktionssignalen, wie sie gemäß dem hier beschriebenen Verfahren verwendet werden;
5 zeigt Ausführungsformen von Abhängigkeiten, wie sie hier beschrieben werden und
6 zeigt Reaktionsantworten bzw. Reaktionssignale zur näheren Erläuterung von Ausführungsformen der hier beschriebenen Gegenstände.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt Zellen 10 einer Batterie 20 sowie eine Ermittlungsvorrichtung 30. In der dargestellten Ausführungsform ist die Ermittlungsvorrichtung 30 in der Batterie 20 integriert, wobei diese beiden Komponenten jedoch auch in anderen Ausführungsformen getrennt voneinander vorgesehen sein können. Im letztgenannten Fall ergibt sich eine Schnittstelle zwischen der Ermittlungsvorrichtung und den Zellen 10 zur Verbindung der Batterie und der Ermittlungsvorrichtung. Die Ermittlungsvorrichtung 30 umfasst einen Signalgenerator 40. Der Signalgenerator 40 ist zur Erzeugung eines Anregungssignals eingerichtet, wie es hier beschrieben ist. Die Ermittlungsvorrichtung 30 umfasst ferner eine Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50. Der Reaktions-Erfassungseinrichtung 50 ist eine Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 nachgeschaltet. Ferner umfasst die Ermittlungseinrichtung 30 eine Abbildungseinrichtung 70, welche der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 nachgeschaltet ist. Die Ermittlungsvorrichtung 30 umfasst schließlich eine Ausgabeschnittstelle 80, welche der Abbildungseinrichtung 70 nachgeschaltet ist.
Weitere optionale Komponenten der in 1 dargestellten Ermittlungsvorrichtung (und somit der Batterie) sind eine Ladungsausgleichseinrichtung 90, die mit einer Endstufeneinrichtung 92 ausgestattet ist, sowie eine Auswertungseinrichtung 96, der eine optionale Strombegrenzungseinrichtung 98 nachgeschaltet ist.
Die Zellen 10 sind in Serie geschaltet. Jede Zelle weist zwei Stromableiter auf, die in bekannter Weise zur Spannungsaddition in Reihe miteinander verbunden sind. Es können auch mehrere parallel geschaltete Zellen miteinander in Serie geschaltet sein. Zur seriellen Verbindung der Zellen 10 sind deren Stromableiter zur Addition der Zellenspannungen miteinander verbunden. Die einzelnen Verbindungen zwischen den Zellen und auch zu einem positiven und negativen Strombus 12a, b zur Ableitung des Gesamtstroms der Zellen 10 weisen jeweils einen Abgriff auf. An mehrere dieser Abgriffe oder an alle Abgriffe sind jeweils Leitungen 14 angeschlossen, die zur Zellenüberwachung dienen. Zwischen den Zellen und dem jeweiligen Strombus sind keine zusätzlichen Abgriffe vorgesehen, stattdessen kann der Strombus selbst als Abgriff zur Potentialerfassung verwendet werden.
Über die Leitungen 14 sind die Zellen 10 mit der Ermittlungseinrichtung 30 verbunden. Hierzu kann eine elektrische Schnittstelle vorgesehen sein, etwa eine Steckkontaktschnittstelle über die die Leitungen 14 die Zellen 10 mit der Ermittlungsvorrichtung 30 verbinden. Zur besseren Darstellbarkeit sind in der 1 die Leitungen 14 gebündelt als (Signal-)Bus wiedergegeben.
Der Signalgenerator 40 ist mit zumindest einer dieser Leitungen verbunden. Hierbei kann der Signalgenerator 40 direkt mit allen Leitungen 40 verbunden sein oder kann über einen Multiplexer oder einen Auswahlschalter mit den Leitungen verbunden sein, um eine oder mehrere Leitungen zur Verbindung mit dem Signalgenerator 40 auszuwählen.
Der Signalgenerator 40 ist eingerichtet, ein Anregungssignal zu erzeugen, wobei die Übermittlungsrichtung mit einem Pfeil dargestellt ist, der von dem Signalgenerator 40 weg führt. Der Signalgenerator 40 kann hierbei selbst das Anregungssignal erzeugen, dass an die Zellen 10 angelegt wird, oder kann ein Signal erzeugen, dass über Endstufen oder Treiber oder Ausgangsstufen das Anregungssignal erzeugt, welches dann an die Zellen 10 angelegt wird. Da die Signalform und der Zweck gleich sind, wird in weiteren nicht unterschieden zwischen einem Anregungssignal, das unmittelbar von dem Signalgenerator 40 erzeugt wird und an die Zellen 10 angelegt wird, und einem Signal, dass von dem Signalgenerator 40 erzeugt wird und verstärkt an die Zellen 10 angelegt wird. In einer einfachen Ausführungsform ist der Signalgenerator 40 ein elektronischer Kippschalter, der für ein oder mehrere Zellen das bzw. die Anregungssignale erzeugt. Der in 1 dargestellte Signalgenerator 40 kann als Stromquelle mit veränderliche Stromabgabe angesehen werden. Alternativ kann der Signalgenerator 40 eine Spannungsquelle sein, die in der Abgabespannung veränderlich ist.
Der Signalgenerator überträgt über die Leistungen 14 (und ggf. über einen Multiplexer und/oder über mindestens eine Endstufe) das Anregungssignal an die Zellen 40. Bei mehreren Zellen kann ein gemeinsames Anregungssignal verwendet werden, wobei bei einer unterschiedlichen Kontaktierung, wie es etwa 1 darstellt, auch mehrere unterschiedliche Anregungssignale von dem Signalgenerator 40 erzeugt werden können, die jeweils an die Zellen einzeln angelegt werden.
Mit den Leitungen 14 ist ferner die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 direkt oder indirekt angeschlossen. Die Signalrichtung des Reaktionssignals ist mit einem Pfeil dargestellt, der zu der Reaktions-Erfassungseinrichtung 50 hinführt (insbesondere ausgehend von den Leitungen 14). Das Reaktionssignal kann ein Spannungssignal oder ein Stromsignal sein. Im Fall eines Spannungssignals entspricht das Reaktionssignal dem Pegel (verstärkt, gedämpft und/oder gefiltert), der an den Leitungen 14 anliegt bzw. das an den einzelnen Stromableitern der Zellen 10 anliegt. Im Falle eines Stromsignals entspricht das von der Reaktions-Erfassungseinrichtung 50 erfasste Signal einer Stromstärke, die den Strom wiedergibt, welcher zwischen den Zellen 10 und den Signalgenerator 40 (bzw. dessen Endstufen) fließt. Zum Abgreifen des Reaktionssignals an den Leitungen 14 kann ein Shunt-Widerstand, ein Hallsensor, ein induktiver Abgriff an den Leitungen 14 oder ein anderer Stromsensor verwendet werden. Das sich von diesen Stromerfassungskomponenten ergebende Signal wird verstärkt, gedämpft und/oder gefiltert an die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 weitergeleitet. In der Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 kann das Reaktionssignal aufbereitet werden, beispielsweise durch Verstärken, Dämpfen, Filtern oder durch Analog/Digital-Wandlung oder auch durch andere Signalverarbeitungsprozesse. Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 gibt ein Signal ab, das dem Reaktionssignal entspricht. Da das von der Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 abgegebene Signal dem Signal entspricht, welches ursprünglich die Zellen 10 abgeben, wird im Weiteren nicht zwischen diesen Signalen unterschieden. Beispielsweise im Falle eines Reaktionssignals, das als Spannung wiedergegeben ist, kann die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 auch eine einfache Weiterleitung sein, ggf. mit oder ohne Dämpfung oder auch Verstärkung. Es würde sich eine im Wesentlichen Identität zwischen dem Signal ergeben, dass von den Zellen 10 über die Leitungen 14 abgegeben wird, und dem Signal, dass der Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60 als Reaktionssignal zugeführt wird.
Die in 1 dargestellte Ermittlungsvorrichtung umfasst ferner eine Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung. Diese ist eingerichtet zur Ermittlung der Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal (oder einer entsprechenden vorgegebenen Referenz) und insbesondere zu Ermittlung einer Signaldifferenz zwischen dem Anregungssignal und dem Reaktionssignal, die als Abweichung betrachtet werden kann. Das Reaktionssignal wird von der Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 an die Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 geliefert. Optional wird auch das Anregungssignal an die Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60 geliefert, vorzugsweise von dem Signalgenerator 40. Da Signalform und/oder das Timing (beispielsweise Austrittszeitpunkt mindestens einer Flanke) oder das Spektrum des Anregungssignals bekannt sein kann oder eine vordefinierte Referenz, die mindestens ein Signalmerkmal des Anregungssignal wiedergibt, vorgegeben sein kann, ist es möglich, dass nur das Reaktionssignal an die Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60 angelegt wird. In dem letztgenannten Fall liegt die Information über den Verlauf, das Timing oder das Spektrum des Reaktionssignals oder auch die Referenz bereits in der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 vor (ohne explizite Erfassung des aktuellen Anregungssignals). Aus diesem Grund ist die Verbindung zwischen dem Signalgenerator 40 und der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 optional und in 1 gestrichelt dargestellt. Die Signalermittlungseinrichtung ist in den 2a–2d und 3a–3b beispielhaft dargestellt.
Der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 ist die Abbildungseinrichtung 70 nachgeschaltet. Die Abbildungseinrichtung 70 erhält von der Abweichung-Ermittlungseinrichtung die Abweichung, vorzugsweise in Form eines Werts oder in Form von mehreren Werten oder auch in Form eines Signals, dass digital oder analog sein kann. In der Abbildungseinrichtung 70 ist mindestens eine Abhängigkeit vorgesehen, zwischen Abweichungen und Temperaturen, insbesondere zwischen Abweichungs- oder Signaldifferenzwerten und Temperaturwerten.
Die Abbildung kann vorgesehen sein als einen Parametersatz, wobei die Parameter die Abhängigkeit definieren, beispielsweise in Form einer Annäherungsfunktion. Weiterhin kann die Abbildung vorgesehen sein durch eine Look-up-Tabelle, in der Signaldifferenzen Temperaturwerten gegenübergestellt sind. In der Abbildungseinrichtung 70 können mehrere Abhängigkeiten vorgesehen sein oder eine mehrdimensionale Abhängigkeit, die nicht nur Signaldifferenzen und Temperaturwerten gegenüberstellt, sondern auch den Zusammenhang zwischen den Temperaturwerten und Signaldifferenzen abhängig von dem Zelltyp oder Typ der Batterie wiedergibt. Es können ferner mehrere Abhängigkeiten vorgesehen sein zwischen Signaldifferenz und Temperatur, wobei die Abhängigkeiten für verschiedene Ladezustände oder Alterungszustände der Batterie bzw. der Zelle (oder auch für verschiedene Zelltypen oder Zellauslegungen) vorgegeben sind. Die Abhängigkeiten für mehrere Ladezustände, Alterungszustände oder Zelltypen oder Zellauslegungen können in einer mehrdimensionalen Abhängigkeit zusammengefasst werden, dass hier nicht zwischen mehreren Abhängigkeiten und einer mehrdimensionalen Abhängigkeit unterschieden wird. Zellauslegungen können definiert sein durch eine Nenn-Kapazität, einen Nenn-Spitzenabgabestrom, Nenn-Spitzenladestrom, einen Nenn-Dauerabgabestrom einen Nenn-Dauerladestrom, einen Nenn-Innenwiderstand, einen Nenn-Temperaturbereich, durch einen Nenn-Temperaturgrenzwert, durch einen Anwendungsbereich und/oder durch eine Nenn-Abgabespannung.
Die in 1 dargestellte Ermittlungsvorrichtung 30 weist ferner eine Ausgabeschnittstelle 80 auf. Diese kann als eigene elektromechanische Schnittstelle (etwa ein Steckverbindungselement) oder logische Schnittstelle vorgesehen sein, oder auch als eine interne Schnittstelle einer Gesamtsystemeinrichtung, in der die Ermittlungsvorrichtung 30 integriert ist. Die Schnittstelle kann insbesondere als Speicherplatz eines Arbeitsspeichers vorgesehen sein, in den ein Wert geschrieben wird. Die Ausgabeschnittstelle 80 ist der Abbildungseinrichtung 70 nachgeschaltet und ist eingerichtet, den Temperaturwert einer Zelle oder mehreren Zellen abzugeben. Die von der Ausgabeschnittstelle 80 abgegebenen Informationen sind als nach links weisender Pfeil dargestellt, der von der Ausgabeschnittstelle ausgeht. Die Daten können so externen Vorrichtungen zugeführt werden. Hierzu kann ein Datenbus vorgesehen sein, etwa ein CAN-Bus, der die Informationen übermittelt.
Alternativ oder in Kombination zu der Ausgabeschnittstelle 80 kann die Abbildungseinrichtung 70 eingerichtet sein, einen Temperaturwert an eine Auswertungseinrichtung 96 abzugeben. Die Auswertungseinrichtung 96 umfasst einen Vergleicher 97, der einen Temperaturgrenzwert 98 erhält, sowie einen Temperaturwert von der Abbildungseinrichtung 70. Der Vergleicher vergleicht den Temperaturwert mit dem Temperaturgrenzwert 98 und gibt bei Überschreiten ein Übertemperatursignal ab. Dieses kann einer Anzeige zugeführt werden, kann einem allgemeinen Steuergerät zugeführt werden, oder kann einer Strombegrenzungseinrichtung 99 zugeführt werden. Die Strombegrenzungseinrichtung 99 ist vorzugsweise in der Batterie 20 vorgesehen, etwa innerhalb des Strombus‘ 12a der Zellen 10 bzw. der Batterie 20. Die Verbindung zwischen Auswertungseinrichtung 96 und Strombegrenzungseinrichtung 99 ist mit gestrichelter Linie dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die ebenso anhand von 1 erläutert werden kann, umfasst die Ermittlungsvorrichtung 30 eine Ladungsausgleichseinrichtung 90. Diese ist über die Leitungen 14 mit den einzelnen Zellen 10 verbunden, insbesondere mit den Verbindungen zwischen den Stromableitern der Zellen 10. Die Ladungsausgleichseinrichtung 90 umfasst eine Endstufeneinrichtung 92. Diese wird angesteuert durch eine Ladungsausgleichssteuereinheit 93 der Ladungsausgleichseinrichtung 90. Die Ladungsausgleichssteuereinheit 93 ist eingerichtet, die Endstufeneinrichtung 92 zu schalten und ist insbesondere ferner eingerichtet, Strom und/oder Spannungswerte der Zellen 10 zu erfassen, insbesondere auszuwerten und insbesondere auch gemäß der Auswertung einen Ladungsausgleich über die Endstufeneinrichtung 92 zu steuern.
Der Signalgenerator 40 ist ferner ansteuernd mit der Endstufeneinrichtung 92 verbunden, um diese zur Erzeugung eines Anregungssignals, wie es hier beschrieben ist, anzusteuern.
Alternativ (zur besseren Klarheit nicht dargestellt) kann der Signalgenerator 40 und die Ladungsausgleichssteuereinheit 93 durch eine gemeinsame Einheit vorgesehen sein, die sowohl den Ladungsausgleich als auch die Erzeugung des Anregungssignals ausführt. Diese Einheit kann insbesondere ein Mikroprozessor sein, der auch weitere Funktionen aufweisen kann, beispielsweise die Zellüberwachung hinsichtlich Strom, Spannung, Alterung und/oder Ladungszustand. Falls die Endstufeneinrichtung 92 auch die Erzeugung bzw. Umsetzung des Anregungssignals übernimmt, sind keine Leitungen 14 zwischen den Zellen und dem Signalgenerator notwendig, da die Endstufeneinrichtung 92 das Anregungssignal realisiert.
Der Signalgenerator 40 und/oder die Endstufeneinrichtung 92 bzw. die Ladungsausgleichssteuereinheit 93 kann so direkt oder indirekt mehrere Zellen 10 über die Leitungen 14 mit allen gemeinsam oder mit individuellen Anregungssignalen beaufschlagen. Bei mehreren Anregungssignalen können diese über die Leitungen gemeinsam an die Zellen 10 angelegt werden, oder es kann ein Multiplexer vorgesehen sein, der ein Anregungssignal abwechselnd an verschiedene Zellen 10 an die Leitungen 14 anlegt. In diesem Sinne ist auch die als Signalbus dargestellte Verbindung der Leitungen 14 zu verstehen, wobei diese individuelle Leitungen sein können, über die individuelle Anregungssignale angeregt werden (bzw. Reaktionssignale erfasst werden) oder es kann ein Multiplexer vorgesehen sein, der über eine Leitung Anregungssignal erhält und an die Zellen 10 weiter gibt. In gleicher Weise kann ein Demultiplexer vorgesehen sein, der die Reaktionssignale nacheinander oder gleichzeitig erfasst und diese zeitlich gepuffert oder ungepuffert an die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 einzeln oder in Untergruppen weitergibt.
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform ist in der Ladungsausgleichseinrichtung 90 auch die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 integriert. Die Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 kann einheitlich vorgesehen sein mit einer Zellenzustandserfassungseinrichtung, die die über die Leitungen 14 übertragenen Signale hinsichtlich Ladungszustand und/oder Gesundheitszustand der Zellen 10 überwacht. Diese Signale werden von den Zellen 10 über die Leitungen übertragen.
Die 1 zeigt ferner die Batterie 20, in der die Zellen 10 sowie die oben anhand der 1 beschriebenen Komponenten integriert sind, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse. Insbesondere die Ladungsausgleichseinrichtung 90 und der Signalgenerator können in dem gleichen Gehäuse vorgesehen sein. Die Ladungsausgleichseinrichtung 90 kann ferner zusammen mit der Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung 50 und/oder mit der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 und ggf. auch mit der Abbildungseinrichtung 70 in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen sein, in dem sich auch die Zellen befinden. Ein derartiges Gehäuse weist zum Einen eine Stromschnittstelle für die Strombusse 12a, b auf, sowie ggf. eine Schnittstelle 80.
Anstatt der Ausgabeschnittstelle 80 kann auch die Auswertungseinrichtung 96 vorgesehen sein, die vorzugsweise ebenso in einem gemeinsamen Gehäuse mit den Batterien 10 integriert vorgesehen ist.
Ebenso kann die Strombegrenzungseinrichtung 99 in einem gemeinsamen Gehäuse mit den Zellen 10 vorgesehen sein. Es kann eine Schnittstelle der Auswertungseinrichtung 96 vorgesehen sein, die das Signal der Auswertungseinrichtung 96 an externe Geräte abgeben kann.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass kein eigener Signalgenerator zur Temperaturerfassung vorgesehen ist, sondern der von den Zellen abgegebene Strom als Anregungssignal erfasst wird. Eine Änderung dieses Stroms entspricht dem Anregungssignal. Die Änderung kann durch eine Änderung in der Last erzeugt werden, die von den Zellen versorgt wird. Eine derartige Ausführungsform kann anhand der 1 dargestellt werden, wobei der Signalgenerator 40 und die von diesem weg führenden Verbindungen entfallen. Stattdessen kann eine Anregungssignal-Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, die diese Änderungen im angegebenen Strom der Zellen überwacht und die Stromänderungen in der Last als Anregungssignal erfasst. Eine derartige Anregungssignal-Erfassungsvorrichtung wäre mit der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 verbunden, etwa über die gestrichelt dargestellte Verbindung, die zum der Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60 führt. An der Stelle des Signalgenerators 40 würde in einer entsprechenden Darstellung die Anregungssignal-Erfassungsvorrichtung treten. Aus Klarheitsgründen ist in 1 keine Anregungssignal-Erfassungsvorrichtung explizit dargestellt, wobei das Rechteck mit dem Bezugszeichen 40 eine Anregungssignal-Erfassungsvorrichtung zur Erläuterung der Ausführungsform dieses Absatzes darstellen kann. Eine Laständerung kann als Lastsprung auftreten, wobei die zugehörige Änderung aufgrund der Form des Sprungs automatisch zu einem Anregungssignal führt, das unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweist, wie es hier beschrieben ist.
In den 2a–d sind verschiedene beispielhafte Abweichung-Ermittlungseinrichtungen dargestellt. Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60a der 2a umfasst einen Korrelator 62 mit einem ersten Eingang 64a zur Aufnahme des Anregungssignals und einem zweiten Eingang 65a zur Erfassung des Reaktionssignals auf. Der Korrelator 62 umfasst ferner einen Ausgang 66a, der das Korrelationsergebnis des Reaktionssignals und des Anregungssignals abgibt, vorzugsweise an die nachgeschaltete Abbildungseinrichtung 70. Das Korrelationsergebnis am Ausgang 66a bildet die Abweichung. In dem Eingang 64a, 65a und/oder in dem Ausgang 66a können Filter vorgesehen sein, die in 2 als gestrichelte Rechtecke dargestellt sind. Diese Filter sind vorzugsweise Tiefpassfilter oder Bandpassfilter. Die Tiefpassfilter haben in einer beispielhaften Ausführungsform eine Grenzfrequenz von 10, 20, 50 Herz oder auch von 100, 150, 200, 250 oder 300 Hz. Weiterhin kann die Grenzfrequenz 500, 1000, 5000, 10000 Herz oder auch 100 oder 200 oder auch 500 kHz betragen. Die obere Grenze des Bandpassfilters kann der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters entsprechen, und die untere Grenzfrequenz des Bandpassfilters kann in einer beispielhaften Ausführungsform bei 0.5 Hz, 1 Hz, 2 Hz, 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz oder 40 Hz liegen oder auch bei 50 Hz, 100 Hz, 200 Hz, 500 Hz, 1 kHz, oder auch beispielsweise bei 2 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 50 kHz oder 100 kHz. Die Grenzfrequenzen sind an die Ionenmobilität in der Zelle bzw. an den Elektroden angepasst und sind vorzugsweise derart ausgewählt, dass Änderungen im Reaktionssignal, die einen Relaxationsprozess bei Normalbedingung (etwa Zellentemperatur 20 °C) wiedergeben, ein Frequenzspektrum haben, das zumindest zu 10%, 20%, 50% oder 80% in den Durchlassbereich des Filters fallen. Die Grenzfrequenzen sowie die hier angegebenen Zeitdauern und Spektren sind an die Ionenmobilitäten anzupassen, die für den betreffenden Zelltyp in einem Temperaturmessfenster liegen.
Eine weitere Ausführungsform einer Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60b mit einem Subtraktor 62b, der zwei Eingänge 64b, 65b aufweist. An die genannten Eingänge werden das Reaktionssignal und das Anregungssignal angelegt. Der Subtraktor 62b bildet die Differenz zwischen diesen beiden Signalen und gibt die Differenz an einen Integrator 66b ab. Der Integrator 66b integriert die Differenz des Anregungssignals und des Referenzsignals und gibt das dritte Signal als Abweichung in Form eines Signals oder eines Werts ab. Es können Filter und/oder Dämpfungs- oder Verstärkungselemente vorgesehen sein, die in der 2b mit gestrichelten Rechtecken dargestellt sind. Beispielsweise kann zumindest einem der Eingänge 64b, 65b eine Dämpfungsschaltung oder eine Verstärkungsschaltung umfassen, um die Pegel der beiden Signale aneinander anzugleichen, bevor diese an den Subtraktor 62b abgegeben werden. Schließlich kann zwischen dem Subtraktor 62b und dem Integrator 66b ein Filter vorgesehen sein und/oder ein Dämpfungselement. Falls zumindest eines der in 2b dargestellten gestrichelten Rechtecke als Filter vorgesehen ist, so weist dieser Filter Eigenschaften wie die in 2a dargestellten Filter auf. Der Subtraktor 62b zieht von dem Anregungssignal das Reaktionssignal ab, oder umgekehrt. Der Integrator 66b wird vorzugsweise zurückgesetzt, wenn die Abweichung vollständig ermittelt wurde bzw. wenn der Temperaturwert durch Anwenden der Abhängigkeit vorgesehen wurde.
Die 2c zeigt eine weitere mögliche Abweichung-Ermittlungsvorrichtung 60c mit einer Zeitversatzerfassungsvorrichtung 62c. Diese weist zwei Eingänge 64c, 65c auf, an die das Anregungssignal bzw. das Reaktionssignal angelegt werden. Anstatt des Anregungssignals kann auch ein Triggersignal angelegt werden, das zumindest einen Zeitpunkt des Auftretens einer Flanke oder einer Änderung im Anregungssignal wiedergibt. In der Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 62c kann ein Zähler und ein Taktgenerator vorgesehen sein, der den Zeitversatz anhand eines Zählwerts ermittelt. Hierzu weist die Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 62c eine Einheit auf, mit der der Auftrittszeitpunkt des Reaktionssignals und insbesondere der Auftrittszeitpunkt einer bestimmten Amplitude oder Steigung oder eines Zeitsignalverlaufs des Reaktionssignals erfasst werden kann. Beispielsweise kann ein bestimmter Verlauf verglichen werden mit dem Reaktionssignals mittels eines Match-Filters oder ähnlichem. Die Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 62c weist einen Ausgang 66c auf, an dem ein Wert abgegeben wird oder ein Signal, dass den Zeitversatz zwischen dem Anregungssignal und dem Reaktionssignal wiedergibt. Anstatt des Anregungssignals kann in den hier beschriebenen Ausführungsformen ein Triggersignal vorgesehen werden, das einen Zeitpunkt des Auftretens einer Änderung im Anregungssignal wiedergibt, oder die einen Zeitpunkt eines Schaltbefehls oder Änderungsbefehls wiedergibt, wobei dieser Befehl eine Last ansteuert, die von den Zellen versorgt wird. Da das Ansteuern zur Änderung der Last führt, wodurch sich wiederum eine Änderung des von den Zellen abgegebenen Stroms ergibt, gibt der Befehl eine zeitliche Information des Anregungssignals wieder. Hierbei wird das Anregungssignal von der sich ändernden Last erzeugt, so dass Befehl direkt zum Auftreten des Anregungssignals führt. Der Zeitpunkt des Befehls gibt die Änderung wiedergibt, die das Anregungssignal definiert. Gegebenenfalls wird ein vorbekannter Zeitversatz zwischen Auftreten des Befehls und der resultierenden Laständerung bei der Ermittlung der Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal berücksichtigt.
Die 2b zeigt eine weitere Abweichung-Ermittlungsvorrichtung 60b, die als spezifische Ausführungsform der Abweichung-Ermittlungsvorrichtung 60c der 2c angesehen werden kann. Über einen ersten Eingang 64d wird das Anregungssignal eingegeben. Anstatt des Anregungssignals kann auch ein Triggersignal oder ein Zeitpunktsignal vorgesehen sein, dass den Zeitpunkt des Auftretens des Anregungssignals wiedergibt. Grundsätzlich kann die Signaldifferenz-Ermittlungsvorrichtung 60d auch getaktet sein, so dass der Eingang 64d, wie er in 2 dargestellt ist, entfallen kann. Die Abweichung-Ermittlungsvorrichtung 60d der 2d umfasst ferner einen Komparator 62d mit einem Amplitudengrenzwert 63d. Falls der Amplitudengrenzwert 63d nicht eine Eigenschaft des Komparators 62d ist oder in diesem gespeichert ist, kann dieser in einer Speicherzelle abgelegt sein, der mit dem Komparator verbunden ist. Die letztgenannte Möglichkeit ist in 2d mit gestrichelter Linie dargestellt. Eine Zeitversatzerfassungsvorrichtung 64d erfasst die Zeitdifferenz zwischen dem Austrittszeitpunkt des Anregungssignals, vgl. optionalen Eingang 64d, mit dem Zeitpunkt, an dem der Komparator 62d erfasst, dass der Schwellwert 63d von dem Reaktionssignal überschritten oder unterschritten wurde. Die erfasste Zeitdifferenz wird als Signaldifferenz an einem Ausgang 66d abgegeben.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst die in 2d dargestellte Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60d weitere Komparatoren 62d‘, 62d‘‘ mit zugehörigen Schwellwerten 63d‘, 63d‘‘. Die Schwellwerte 63d‘ und 63d‘‘ unterscheiden sich untereinander und gegenüber den Schwellwert 63d. Auch die Komparatoren 62d‘ und 62d‘‘ erfassen, wenn das Reaktionssignal, welches am Eingang 65d der Abweichung-Ermittlungsvorrichtung 60d vorliegt, den betreffenden Grenzwert 63d‘, 63d‘‘ überschreitet oder unterschreitet.
Die Abweichung-Ermittlungseinrichtung kann einen Komparator 62d, zwei Komparatoren 62d und 62d‘ oder mehrere Komparatoren umfassen. Mittels des einen Komparators oder der mehreren Komparatoren wird erfasst, wann ein bestimmter Amplitudenwert oder -bereich des Reaktionssignals erreicht wird, so dass diese Zeitpunkte Eigenschaften des Signalverlauf des Reaktionssignals wiedergeben. Da der Verlauf des Anregungssignals vorbestimmt bzw. bekannt ist, muss dieses nicht notwendigerweise der Abweichung-Ermittlungsvorrichtung zugeführt werden. Vielmehr gibt bereits das Reaktionssignal die Abweichung gegenüber dem Anregungssignal wieder, so dass auch das Reaktionssignal alleine die Differenz oder Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal wiedergeben kann. Die Abweichung gegenüber dem Anregungssignal ist mit anderen Worten bereits in dem Reaktionssignal enthalten, da das Reaktionssignal auf dem Anregungssignal basiert und darüber hinaus gemäß der zu erfassenden elektrochemischen Zelleneigenschaften (etwa der Ionenmobilität an den Elektroden), die die Temperatur wiedergeben, Abweichungen aufweist.
Die Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 64d gibt vorzugsweise für jeden Komparator einen Zeitwert oder ein Zeitsignal aus, der bzw. das kennzeichnet, wann der Komparator das Über- oder Unterschreiten des zugehörigen Schwellwerts erfasst hat. Der jeweilige Zeitversatz wird abgegeben an dem Ausgang 66d oder an weiteren Ausgängen, wie sie in 2b gestrichelt dargestellt sind. Die weiteren optionalen Zeitausgänge, welche gestrichelt dargestellt sind, dienen lediglich zur Darstellung der grundsätzlichen Vorgehensweise und stellen keine physikalische Umsetzung dar. Vorzugsweise gibt die Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 64d alle Zeitversatzwerte auf der gleichen Leitung oder über den gleichen Kanal aus.
Bei mehreren Komparatoren kann eine Abhängigkeit der Signaldifferenz (d. h. des Zeitversatzes) für jeden Komparator bzw. für jeden Schwellwert einen Temperaturwert zugeordnet werden. Hierbei kann die Abhängigkeit mehrdimensional sein und für jeden Komparator eine eigene Unterabhängigkeit zwischen Zeitversatz und Temperatur vorsehen. Weiterhin kann die Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung 64b mindestens einen Zeitversatz zwischen mindestens zwei Komparatoren als Signaldifferenz abgeben. Wie bereits erwähnt, kann für jede der Signaldifferenzen eine Abhängigkeit vorgesehen sein. Die sich für die verschiedenen Abhängigkeiten ergebenden Temperaturen können miteinander kombiniert werden, beispielsweise durch Auswahl oder Mittelung, insbesondere durch gewichtete Mittelung oder auch durch Medianbildung. Ferner kann bei der Verwendung von mehreren Abweichungen ein Satz mehrerer Abweichungen nur einem Temperaturwert zugeordnet sein, so dass die Abhängigkeit eine mehrdimensionale Eingangsgröße aufweist und mit der einzelnen Temperatur nur eine einzelne Ausgabegröße aufweist.
Die 2a–d zeigen Abweichung-Ermittlungseinrichtungen, die im Zeitbereich arbeiten. Die 3a und 3b zeigen Abweichung-Ermittlungseinrichtungen, die im Frequenzraum arbeiten. Dies zeigt, dass das Reaktionssignal im Zeitbereich und gleichermaßen auch im Frequenzbereich erfindungsgemäß verarbeitet werden kann.
Die in 3a dargestellte Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60e umfasst zwei Eingänge 64e und 65e, einen für das Reaktionssignal und einen für das Anregungssignal. Der Eingang für das Anregungssignal ist optional und daher gestrichelt dargestellt. Die Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60e umfasst einen Spektralanalysator, der das Reaktionssignal am Eingang 65e oder Frequenzkomponenten hiervon in den Frequenzbereich überführt. Ein Spektrumsvergleicher 63e ist dem Spektralanalysator 62e nachgeschaltet und ermittelt Spektralunterschiede zu dem Anregungssignal. Hierzu kann das Anregungssignal an einem Eingang 64e an den Spektrumsvergleicher 63e angelegt werden. Alternativ ist die Information über das Spektrum des Anregungssignals bereits in der Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60e vorhanden und es wird nur Spektralinformation des Reaktionssignals gegenüber vorbestimmten Werten (welche das Anregungssignal repräsentieren) bewertet. Hierzu vergleicht der Spektrumsvergleicher 63e einzelne Frequenzkomponenten oder einen Frequenzbereich des Spektrums, wie es von dem Spektralanalysator 62e geliefert wird, mit vorbekannten Werten. Es kann das gesamte Spektrum des Reaktionssignals in dem Spektrumsvergleicher 63e zur Auswertung herangezogen werden. Alternativ werden nur einzelne Frequenzen oder mindestens ein Frequenzbereich des Reaktionssignals von dem Spektrumsvergleicher 63e zur Auswertung herangezogen. Es kann ein Frequenzbereich für das Reaktionssignal und gegebenenfalls auch für das Anregungssignal herangezogen werden. Ferner können zwei oder mehrere Frequenzen oder Frequenzbereiche zur Auswertung (d.h. zur Erfassung der Abweichung) herangezogen werden.
Falls das Anregungssignal 64e dem Spektrumsvergleicher 63e zugeführt wird, dann kann in dem Eingang 64e ein Filter vorgesehen sein, der als ein gestricheltes Rechteck in 3a dargestellt ist. Der Filter kann die Eigenschaften der Filter aufweisen, wie sie in den 2a–2d dargestellt sind. Der Filter kann ferner Dämpfungs- oder Verstärkungseigenschaften aufweisen, um den Pegel des Anregungssignals an den Pegel des Reaktionssignals anzupassen. Diese Eigenschaften können mit den Eigenschaften eines der hier beschriebenen Filter kombiniert sein. Ferner kann ein entsprechender Filter dem Spektralanalysator 62e vorgeschaltet sein. Der Spektralanalysator kann als eine Einrichtung ausgestaltet zur Durchführung einer Fourier-Transformation ausgebildet sein.
In einem einfachen Fall ist der Spektrumsvergleicher 63e ein Bandpass oder weist das Verhalten von mehreren Bandpässen mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen bzw. Durchlassfrequenzbereichen auf, um so einzelne Frequenzbereiche oder Frequenzkomponenten aus dem Reaktionssignal zur Erfassung zu verwenden. Der Pegel des Reaktionssignals wird von dem Spektrumsvergleicher 63e herangezogen, der sich für die einzelnen Frequenzbänder des Filters ergibt. Falls als Spektralanalysator 62e ein Filter verwendet wird, so weist dieser eine Bandpasscharakteristik auf mit einer unteren Grenzfrequenz, wie sie oben genannt ist, und einer oberen Grenzfrequenz, wie sie ebenso für die Filter der 2a–d genannt ist. Die Breite des Bandpasses (definiert durch einen Leistungsabfall durch einen Leistungsabfall von 1/√2 des maximalen Verstärkungsfaktor des Filters) kann auch schmaler gewählt werden, etwa mit einer Breite von 5, 10, 20 oder 100 Hz zwischen der oberen und der unteren Grenzfrequenz. Bei der Verwendung von schmaleren Bandpässen mit einer Breite von weniger als 50 oder 20 Hz können mehrere Durchlassbereiche vorgesehen sein.
Während sich in der 3a der Spektrumsvergleicher mit dem Verhältnis mindestens eines Spektralanteils im Reaktionssignal zu einem entsprechenden Anteil im Anregungssignal beschäftigt, zeigt die 3b einen Ansatz, bei dem Spektralanteile innerhalb des Reaktionssignals zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, um die Abweichung vorzusehen. Während in 3a der Spektrumsvergleicher 63e ein Verhältnis oder eine Differenz zwischen Frequenzkomponenten des Anregungssignals und des Reaktionssignals als Abweichung abgibt, wird in dem in 3b dargestellten Ansatz als Abweichung ein Verhältnis oder eine Differenz von verschiedenen Signalkomponenten (d. h. bei verschiedenen Frequenzen) des Reaktionssignals verwendet.
Die in 3b dargestellte Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60f umfasst einen Spektralanalysator 62f, der wie der in 3a dargestellte Spektralanalysator ausgestaltet sein kann. Die in 3b dargestellten Abweichung-Ermittlungseinrichtung 60f umfasst einen Spektralanalysator 60f, der für mindestens zwei Frequenzen oder Frequenzbereiche f1, f2 die Leistung des Reaktionssignals in diesem Frequenzbereich oder für diese Frequenzen wiedergibt. Die mehreren Ausgänge des Spektralanalysators 62f geben damit unterschiedliche Pegel wieder, die jeweils die Signalstärke für bestimmte Frequenzen f1, f2 oder für bestimmte Frequenzbereiche wiedergeben. Diese Pegel können mit A und B bezeichnet werden.
In einem Spektrumsvergleicher 63f, der den Spektralanalysator 62f nachgeschaltet ist, werden die Pegel unterschiedliche Frequenzen F1, F2 oder unterschiedlicher Frequenzbereich miteinander in Beziehung gesetzt, beispielsweise durch eine Verhältnisbildung oder durch eine Differenz. Der sich ergebende Vergleichswert des Spektrumvergleichers 63f wird an einem Ausgang der Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung 60f als Abweichung abgegeben. Zuvor kann das Vergleichsergebnis des Spektrumsvergleicher 63f auch mit einem vorgegebenen Wert (d.h. mit einer Referenz) verglichen werden oder mit einem entsprechenden Vergleichswert, der sich für das Anregungssignal ergibt, siehe Spektralanalysator und Spektrumsvergleicher der 3b, die mit gestrichelter Linie dargestellt sind. Ein Differenzbildner 64f erfasst den Unterschied zwischen dem Verhältnis der Frequenzkomponenten des Reaktionssignals und dem entsprechenden Verhältnis für das Anregungssignal. Bei mehreren Frequenzen oder Frequenzbereichen können mehrere jeweilige Unterschiede ermittelt werden. Die Unterschiede können als Abweichung zwischen Reaktionssignal und Anregungssignal verwendet werden.
Wie bereits bemerkt, können die betreffenden Werte für das Anregungssignal vorgegeben sein, da dieses nach Vorgaben erzeugt wird und somit bekannt ist. Im Vergleich zu den Spektralanalysator 62e der 3a gibt der Spektralanalysator 62f der 3b Werte für mehrere Frequenzen oder Frequenzbereiche als Abweichungen ab, und ist beispielsweise als Bandpass mit mehreren Durchlassbereichen ausgestaltet.
Die 4a–g zeigen Ausführungsformen für Signalgeneratoren sowie die zugehörigen Anregungssignale, zu deren Erzeugung die betreffenden Signalgeneratoren ausgestaltet sind. Der Signalgenerator 40a erzeugt einen einzelnen Spannungs- oder Stromsprung. Dieser kann abwärts gerichtet oder aufwärts gerichtet sein. Ferner kann sich dieser von einem Null-Pegel zu einem bestimmten positiven Pegel oder auch zu einem negativen Pegel erstrecken. In spezifischen Ausführungsformen erstreckt sich das vom Signalgenerator 40a erzeugte Signal von einem negativen zu einem positiven Pegel, wobei diese insbesondere symmetrisch zur Nulllinie sein können. Im einfachsten Fall ist der Signalgenerator 40a jedoch eingerichtet, einen ersten Pegel von Null und einen positiven Pegel oder auch einen negativen Pegel zu erzeugen.
Der Signalgenerator 40a kann aktiv sein und daher eine eigene Strom- oder Spannungsquelle darstellen, oder kann passiv sein beispielsweise in Form eines schaltbaren Widerstands oder in Form eines veränderlichen Widerstands, beispielsweise in Form des Durchgangwiderstands eines Transistors. Der Signalgenerator 40a umfasst vorzugsweise eine Treiberschaltung oder eine Endstufeneinrichtung, wobei die Endstufeneinrichtung identisch sein kann mit der Einheit, die die Signalform erzeugt. Besonders bevorzugt entspricht der Signalgenerator der 4a einer Einheit, die zum Erzeugen eines Ausgleichsstroms für zumindest eine Zelle verwendet werden kann.
Der Signalgenerator der 4b mit dem Bezugszeichen 40b erzeugt als Anregungssignal eine Folge von Spannungs- oder Stromsprüngen. Diese können hinsichtlich ihrer Amplitude ausgeschaltet sein, wie die Spannungs- oder Stromsprünge, welche von dem Signalgenerator 40a erzeugt werden. Vorzugsweise haben alle Spannungssprünge, die von dem Signalgenerator 40b erzeugt werden, denselben oberen und unteren Pegel (bzw. Amplitudenwert). Die Signalgeneratoren 40a und 40b sind in einfachen Ausführungen nur eingerichtet, zwei unterschiedliche Pegel herbeizuführen, wobei einer dieser Pegel Null sein kann. Auch der Signalgenerator 40b kann aktiv oder passiv ausgestaltet sein, wobei im Falle von passiver Ausgestaltung ein schaltbarer Widerstand als Signalgenerator vorgesehen sein kann. Dies trifft auch für andere Signalgeneratoren zu, die nur einen veränderlichen oder schaltbaren Strom erzeugen, der von der Zelle weg führt. Die 4c zeigt einen Signalgenerator 40c, der als Anregungssignal eine aufsteigende Flanke erzeugt, hierbei springt die Amplitude nicht so schnell wie möglich von einem unteren Wert auf einen oberen Wert, sondern es wird ein gezielter Verlauf erzeugt. Diese kann beispielsweise hervorgerufen werden durch eine Tiefpassfilterung, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 100, 150, 200 oder 300 Hz. Insbesondere kann der Signalgenerator 40c mit einem Schaltelement und einem Filter vorgesehen werden. Der Signalgenerator 40c erzeugt einen einzelnen Impuls pro Ermittlungsschritt, kann jedoch auch modifiziert vorgesehen werden, um mehrere Signalpulse pro Ermittlungsschritt zu erzeugen, wie der Signalgenerator 40b.
Der Signalverlauf des Signalgenerators 40c kann der Impulsantwort eines Tiefpassfilters erster, zweiter oder höherer Ordnung entsprechen.
Der Signalgenerator 40d der 4d ist eingerichtet, nur einen einzelnen Impuls pro Ermittlungsschritt zu erzeugen, wie die Signalgeneratoren 40a und 40c. Der Signalgenerator 40d ist zur Erzeugung eines einzelnen Dreieckimpulses vorgesehen, beispielsweise ein symmetrischer Dreieckspuls oder auch ein asymmetrischer Sägezahnpuls. Auch hier kann das Signal von einem Nullpegel ausgehen, oder kann gegenüber der Zeitachse in Amplitudenrichtung verschoben sein. Die Steigung bzw. Steigungen des Pulses, der vom Signalgenerator 40d erzeugt wird, weisen ein Spektrum auf, dessen Leistung zumindest 30, 50, 80 oder 90 % innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegt. Der Frequenzbereich hat in einer beispielhaften Ausführungsform eine untere Grenze von 0.1, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 200 oder 500 Hz oder auch von 1 kHz, 2kHz, 5 kHz oder 10 kHz und einer obere Grenze von 10, 20, 30, 50, 100, 200, 500 Hz oder auch von 1 kHz, 2kHz, 5 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 200 kHz oder 500 kHz. Eine beispielhafte Ausführungsform sieht eine untere Grenze von 10, 20, 30, 40, 50 oder 80 Hz vor und einer obere Grenze von 120, 150, 180, 200, 250, 300, 350 oder 400 Hz oder auch 600, 800 oder 1200 Hz, beispielsweise abhängig vom Zelltyp, von dem Ladezustand, einer gewünschten Temperaturmessspanne und/oder der Alterung der Zelle. Die Grenzen sind vorzugsweise an die Relaxationsgeschwindigkeit angepasst, die sich aus dem Zelltyp ergibt. Die Relaxationsgeschwindigkeit kann von der Ionenmobilität abhängig sein. Ggf. kann der Signalgenerator einen Bandpass- oder Tiefpassfilter aufweisen (wie er auch in den 2a–d dargestellt ist), um das erzeugte Signal vor der Abgabefrequenz zu filtern. Das von einem derartigen Filter erzeugte Signal weist ein Spektrum auf, wie es vorangehend genannt wurde.
Die 4e zeigt einen weiteren Signalgenerator 40e, der ein wert- und/oder zeitdiskretes Signal erzeugt. Es handelt sich um ein rückgekoppeltes Schieberegister (in 4e nur schematisch angedeutet), welches pro Ermittlungsschritt mehrere Pulse erzeugt, insbesondere eine Vielzahl von Pulsen. Pro Ermittlungsschritt kann der Signalgenerator 40e eine Anzahl von Pulsen erzeugen, die mindestens der Periodizität der rückgekoppelten Schieberegisters entsprechen. Dem rückgekoppelten Schieberegister kann eine Puncturing-/Paddingeinrichtung nachgeschaltet sein, welche einen Puls, der zu dicht auf einen vorangehenden Puls folgt, unterdrückt, oder der einen Impuls hinzufügt, wenn seit dem vorangehenden Puls bzw. seit der letzten vergangenen Flanke zu viel Zeit verstrichen ist. Dadurch wird gewährleistet, dass zwei aufeinanderfolgende Flanken einen Abstand von mindestens 0,5 ms und nicht mehr als 25 ms aufweisen. Dadurch lässt sich das Spektrum des Anregungssignals geeignet für Temperaturerfassung von Zellen anpassen. Ferner kann das Spektrum angepasst werden, indem dem Signalgenerators 40e ein Bandpass- oder Tiefpassfilter nachgeschaltet wird, wie es hier beschrieben ist. Der Signalgenerator 40e erzeugt ein binäres Signal, d. h. ein Signal mit genau zwei unterschiedlichen Pegeln, abgesehen von kurzen und daher zu vernachlässigenden Übergangsphasen. Der Signalgenerator kann grundsätzlich jedoch auch ein Ternärsignal erzeugen anstatt eines Binärsignals. Für die Flanken des Ternärsignals ergeben sich die gleichen Voraussetzungen wie für das hier beschriebene Signal, dass von dem Signalgenerator 40e erzeugt wird.
Die 4f zeigt einen Signalgenerator 40f eingerichtet zur Erzeugung einer Signalfolge, insbesondere einer Folge von Diracstößen. Der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Impulsen kann konstant sein oder kann mindestens 0,5 ms und nicht mehr als 25 ms betragen. Die Signalfolge kann erzeugt werden durch Abrufen einer Werteliste, die die Austrittszeitpunkte der betreffenden Impulse wiedergibt, wobei diese Liste zyklisch ausgelesen wird. Dem Impulsgenerator kann ein Tiefpass oder ein Bandpass nachgeschaltet sein, der die Eigenschaften der Filter aufweist, wie sie in den 2a–2d dargestellt sind. Anstatt eines Tief- oder Bandpasses kann eine Puncturing-/Paddingeinrichtung vorgesehen sein, wie sie hier beschrieben ist. Diese kann durch das rechte, innere Rechteck des 40f dargestellt werden, das auf das linke, innere Rechteck der Figur nachgeschaltet ist. Das linke, innere Rechteck kann ein Impulsgenerator sein, der Impulse wie oben beschrieben erzeugt. Der Impulsgenerator kann Impulse erzeugen, von denen einige nicht mehr als 0,5 ms und/oder mehr als 25 ms auseinanderliegen, wobei der Filter und insbesondere die Puncturing-/Paddingeinrichtung das Spektrum des erzeugten Signals nochmals ändert, um das Anregungssignal auszugeben.
Der Signalgenerator 40g der 4g erzeugt ein Signal mit einer oberen Grenzfrequenz fg. Das Spektrum ist kontinuierlich verteilt. Innerhalb des Spektrums können zwei Frequenzbereiche 41a, b vorgesehen sein, die auch zur Auswertung des Reaktionssignals verwendet werden. Ein weiteres, alternatives Signal des Signalgenerators 40g weist ein Spektrum 42 auf, dass sich von einer ersteren, unteren Grenzfrequenz fu bis zu der oberen Grenzfrequenz fg‘ erstreckt. Das Spektrum 42 erstreckt sich um mindestens 10, 20 oder 25 Hz bis zu maximal 150, 200 oder 300 Hz. Die Spektren können insbesondere durch Bandpassfilterung oder Tiefpassfilterung erzeugt werden. Als Ausgangssignal kann ein Rauschsignal verwendet werden, insbesondere ein wertkontinuierliches Rauschsignal, dass Tiefpass oder Bandpass gefiltert wird, um zu einem der Spektren zu gelangen, wie es 4g darstellt. Der betreffende Tiefpass oder Bandpass hat eine Übertragungsfunktion, die einem der in 40g dargestellten Spektren entspricht.
Die 5 zeigt mehrere Abhängigkeiten 100, 110, 120 zwischen einer Abweichung und der Temperatur ϑ. Die Abhängigkeiten 100, 110 sind beispielhaft für mehrere verschiedene Zelltypen, wobei jedoch die Abhängigkeiten 100 und 110 für unterschiedliche Ladungszustände oder Alterungszustände (oder andere Eigenschaften) der Batterie vorgegeben sein können. Die Abhängigkeit 120 ist im Gegensatz zu den wertkontinuierlichen Abhängigkeiten 100, 110 wertdiskret und umfasst mehrere Bereiche, in denen eine konstante Temperatur für bestimmte der Signaldifferenzen vorgesehen sind. Die Abhängigkeit 120 kann hinterlegt sein durch mehrere Werte w1, w2 usw. denen bestimmte einzelne Temperaturwerte gegenübergestellt sind. Hierbei kann die Abhängigkeit 120 in Richtung der Temperaturachse äquidistante Temperaturwerte aufweisen, denen jeweils ein Wert w der Signaldifferenz gegenübergestellt ist. Das Temperaturintervall kann beispielsweise 0.1, 0.5, 1, 2 oder 5 Kelvin betragen.
Die einzeln auf der Abszisse aufgetragenen Abweichungen sind untereinander am Ende der Abszisse in 5 dargestellt. Grundsätzlich können die Abweichungen einen Differenzwert zwischen einem erfassten Anregungssignal und einem erfassten Reaktionssignal wiedergegeben. Alternativ ist jedoch das Anregungssignal bekannt und somit auch die betreffende Bezugsgröße für das Reaktionssignal. Anstatt des Anregungssignals kann daher ein vorbekannter Wert, etwa eine vordefinierte Referenz, herangezogen werden, um die Abweichung zu bilden. Weiterhin kann das Anregungssignal bereits in dem Reaktionssignal vorliegen, beispielsweise wenn das Spektrum des Reaktionssignals betrachtet wird, welches auf dem Spektrum des Anregungssignals beruht und durch die Zelle(n) verändert wird. Es kann ein Wert, der eine Eigenschaft nur des Reaktionssignals wiedergibt, als Abweichung betrachtet werden, da der zeitliche Verlauf und das Spektrum des Reaktionssignals grundsätzlich auf dem Anregungssignal beruht.
Die Abweichung kann als zeitliche Verschiebung τ vorgesehen sein, die sich durch Korrelation des Reaktionssignals mit dem Anregungssignal ergibt. Die Größe τ ist hierbei die zeitliche Verschiebung, zu dem ein bestimmtes Merkmal in dem Kreuzkorrelationssignal des Anregungs- und des Reaktionssignals auftritt, etwa eine Spitze oder ein Maximum. Die Abweichung bezieht sich somit auf ein Korrelationsergebnis. Anstatt mit dem Anregungssignal korreliert zu werden, kann das Reaktionssignal auch mit einer vordefinierten Referenz korreliert werden. Die Referenz kann für eine bestimmte Abhängigkeit konstant sein, wobei bei mehreren Abhängigkeit oder einer mehrdimensionalen Abhängigkeit unterschiedliche, vorzugsweise konstante Referenzen verwendet werden. Die Referenz kann sich mit dem Zelltyp, Ladezustand, Alterungszustand der Batterie bzw. der Zelle (oder auch für verschiedene Zelltypen oder Zellauslegungen) ändern. Zellauslegungen können definiert sein durch eine Nenn-Kapazität, einen Nenn-Spitzenabgabestrom, Nenn-Spitzenladestrom, einen Nenn-Dauerabgabestrom einen Nenn-Dauerladestrom, einen Nenn-Innenwiderstand, einen Nenn-Temperaturbereich, durch einen Nenn-Temperaturgrenzwert, durch einen Anwendungsbereich und/oder durch eine Nenn-Abgabespannung. Für die Beziehung dieser Größen zu der Referenz kann eine Abbildungsfunktion zwischen zumindest einer dieser Größen und der Referenz vorgegeben werden.
Die Abweichung kann ferner ein Zeitversatz ∆t sein zwischen den Anregungssignal und dem zugehörigen Reaktionssignal. Ein derartiger Zeitversatz ∆t kann ermittelt werden durch Erfassung der Zeit, die zwischen dem Beginn oder einer Flanke des Anregungssignals und dem Beginn oder einer Flanke des Reaktionssignals verstreicht. Um den Beginn des Reaktionssignals zu erfassen, kann beispielsweise ein spezieller Filter verwendet werden (beispielsweise ein Matched-Filter eingerichtet zur Erfassung der Flanke) oder auch ein Komparator, der bei Überschreiten oder Unterschreiten eines Schwellwerts davon ausgeht, dass zu diesem Zeitpunkt das Reaktionssignal beginnt bzw. eine Flanke aufweist.
Weiterhin kann die Abweichung wiedergegeben sein durch einen Zeitversatz ∆T1, der einen Zeitversatz zwischen dem Strom des Anregungssignals und dem Überqueren des mindestens einen Schwellwerts durch das Reaktionssignal wiedergibt. Hierbei können mehrere Werte als Zeitversatz vorgesehen sein, wenn mehrere Schwellwerte vorgegeben sind, beispielsweise ein erster Zeitversatz ∆T1, der bis zum Überqueren eines ersten Schwellwerts verstreicht, und einen Zeitversatz ∆T2, der bis zum Überqueren eines weiteren, zu unterschiedlichen Schwellwerts verstreicht. Die Werte ∆T1 und ∆T2 usw. können kombiniert werden zu einem einzigen Zeitversatz, beispielsweise durch gewichtete Mittelung oder Medianbildung, um auf die Abhängigkeit angewandt zu werden. Stattdessen können jedoch auch mehrere Abhängigkeiten vorgesehen sein, vorzugsweise für jeden Schwellwert eine Abhängigkeit, um so aus mehreren Werten, die einen jeweiligen Zeitversatz eines individuellen Schwellwerts wiedergeben, einer zugehörigen Abhängigkeit zuzuordnen und jeweils einen Temperaturwert pro Abhängigkeit zu erreichen. Die jeweiligen Temperaturwerte sind als Zwischenwerte zu betrachten und können ebenfalls wieder zu einem Temperaturwert als Ausgabegröße kombiniert werden. Die Kombination kann durch (ggf. gewichtetes) Mitteln oder Medianbildung vorgesehen werden.
Die Abweichung kann ferner vorgesehen sein durch Integration der Fläche des Reaktionssignals, insbesondere der Fläche ab dem Sprung des Anregungssignals oder ab dem Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts bis zum Erreichen eines weiteren Schwellwerts. Eine derartige Fläche gibt die Leistung ∆P unter dem Zeitverlauf wieder und kann als Abweichung betrachtet werden, insbesondere wenn das Anregungssignal einen Sprung aufweist, der zudem (integrierbaren) Verlauf des sich ergebenden Reaktionssignals führt. Diese Leistung kann als ∆P betrachtet werden. Weiterhin kann eine Leistung für einen Frequenzbereich angewählt werden, wobei auch diese Leistung als ∆P bezeichnet werden kann. Alternativ wird die Leistung ∆P zu einer Leistung in Beziehung gesetzt, die die Leistung des Anregungssignals wiedergibt, so dass ∆P ein Verhältniswert sein kann und daher dimensionslos dargestellt wird.
Eine weitere Möglichkeit ist die Betrachtung des Reaktionssignals bzw. auch des Anregungssignals im Frequenzbereich. Hierbei kann die Signaldifferenz das Verhältnis sein zwischen der Stärke einer Frequenzkomponente im Anregungssignal Sa für eine Frequenz f1 bezogen auf eine Signalstärke Sr des Reaktionssignals für die gleiche Frequenz f1. Statt einzelnen Frequenzen f1 können auch Frequenzbereiche verwendet werden. Die sich ergebende Abweichung kann wiedergegeben sein durch Sa(f1)/Sr(f1), wobei Sa die Signalstärke bzw. Pegelstärke oder auch Leistung des Anregungssignals für die Frequenz f1 ist, und Sr die entsprechende Signalstärke oder Leistung des Reaktionssignals für die gleiche Frequenz f1. Basierend auf der entsprechenden Abhängigkeit kann auch der Kehrwert Sr/Sa verwendet werden. Falls die Signalstärken bzw. Leistungen für einen Frequenzbereich verwendet werden, beziehen sich Sa und Sr auf den gleichen Frequenzbereich.
Schließlich kann die Abweichung ermittelt werden durch Erfassen des Pegelunterschieds von Frequenzkomponenten des Reaktionssignals, wobei die Frequenzkomponenten unterschiedliche Frequenzen oder Frequenzbereiche betreffen. In gleicher Weise kann auch der Pegelunterschied von Frequenzkomponenten des Anregungssignals erfasst werden oder auch vorgegeben werden. Die Abweichung ergibt sich durch den Vergleich, d. h. durch eine Verhältnisbildung oder eine Differenzbildung des Pegelunterschieds, der sich für das Reaktionssignal ergibt, bezogen auf den Pegelunterschied, der sich für das Anregungssignal, wobei für das Anregungssignal die gleichen Frequenzen oder Frequenzbereiche herangezogen werden. Das Verhältnis der Pegel für unterschiedliche Frequenzkomponenten der jeweiligen Signale gibt deren Spektrumsverlauf teilweise wieder, so dass aus Änderungen in diesem Spektrumsverlauf unmittelbar auf die Temperatur geschlossen werden kann. Schließlich kann als Abweichung eine Steigung herangezogen werden, entweder ein Steigungsverlauf oder eine Steigung an zumindest einem bestimmten Zeitpunkt, der sich beispielsweise durch einen bestimmten vorgegebenen Amplitudenwert des Reaktionssignals ergibt. Die Steigung für einen bestimmten Zeitpunkt t1 des Reaktionssignals sr(t) (im Zeitbereich) wird nach der Zeit abgeleitet, so dass sich sr(t)/dt ergibt. Es kann der zeitliche Verlauf dieser Ableitung, die Steigung an bestimmten Zeitpunkten oder nur an einem bestimmten Zeitpunkt t1 als Signaldifferenz herangezogen werden. Bei der Verwendung des zeitlichen Verlaufs der Steigung kann diese mit einem vorgegebenen Verlauf verglichen werden, wobei das Vergleichsergebnis zu dem vorgegebenen Verlauf die Abweichung wiedergibt. In diesem Fall wird die Abweichung anhand des zeitlichen Verlaufs ermittelt, jedoch nicht anhand des Verlaufs des Reaktionssignals selbst, sondern anhand des Verlaufs der Steigung des Reaktionssignals. Wenn die Steigung zu einem bestimmten Zeitpunkt t1 herangezogen wird, dann ergibt sich eine besonders einfache Auswertung. Dieser Zeitpunkt kann ein vorgegebener Zeitpunkt sein, beispielsweise ein Zeitpunkt der eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Beginn oder nach dem Auftreten eines Sprungs im Anregungssignal liegt. Ferner kann dieser Zeitpunkt t1 auch einen Zeitpunkt wiedergeben, zu dem das Reaktionssignal einen bestimmten vorgegebenen Schwellwert überstreicht. Insbesondere kann t1 zu Beginn einer Flanke des Reaktionssignals auftreten, an dem die Relaxationsantwort der mindestens eine Zelle beginnt, oder der Zeitpunkt t1 kann zu einem Zeitpunkt vorgesehen sein, zu dem die Relaxationsantwort bereits zu einem bestimmten Grad fortgeschritten ist, etwa um eine Komponente der Relaxationsantwort zu erfassen, die eine größere Zeitkonstante aufweist als andere Komponenten der Relaxationsantwort. Die 6 kann herangezogen werden um eine beispielhafte Betrachtung der Relaxationsantwort in Bezug auf die Abweichung zu erhalten.
Die 6 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Reaktionssignals sr(t), die das Grundprinzip einer Relaxationsantwort wiedergeben. Die Kurven 200–230 zeigen unterschiedliche Relaxationsantworten für unterschiedliche Relaxationszeitkonstanten. Die Zeitkonstanten sind für die Kurven 200, 210 und 230 auf der rechten Seite des Diagramms wiedergegeben. Die Kurve 200 entspricht der Summe der Kurven 200 und 210, normiert mit dem Faktor 0,5.
Die Steigungsgerade 212 der Kurve 210 und die Steigungsgerade 202 der Kurve 200 jeweils zum Zeitpunkt t1 geben unterschiedliche Geschwindigkeiten der Relaxation wieder. Eine größere Steigung bedeutet hier eine höhere Temperatur. Entweder kann die Steigung der Geraden 202 bzw. und 212 als Abweichung herangezogen werden, oder deren Schnittpunkt mit der t-Achse kann herangezogen werden, da auch hierdurch die Zeitkonstante der Relaxation wiedergeben wird.
Die Fläche 250 gibt das Integral der Kurve 210 für eine Zeitspanne 252 wieder. Diese Fläche 250 kann alleine als Abweichung herangezogen werden, insbesondere da zur Anregung ein abfallender Strom des Anregungssignals herangezogen wurde, der sich in den Reaktionssignalen wiederspiegelt. Ferner kann eine Fläche 260 vorgesehen sein, die für eine weitere Zeitspanne 262 die Kurve 210 nach der Zeit t integriert. Auch diese Fläche 260 kann alleine als Signaldifferenz herangezogen werden. Insbesondere kann jedoch auch das Verhältnis der Flächen 252–262 herangezogen werden. Es sei bemerkt, dass in 6 die Zeitintervalle 262 und 252 nicht überlappen und insbesondere zeitlich beabstandet sind. Beispielsweise bei einem gedachten Vergleich mit entsprechenden Flächen der Kurve 200 ist sofort ersichtlich, dass sich sowohl bei der Einzelwertbetrachtung als auch bei der Verhältnisbetrachtung andere Werte ergeben, so dass deutlich ist, dass sich die Temperatur unmittelbar aus diesen Größen ergeben kann.
Ferner sei auf einen Vergleich der Kurven 230 und 220 verwiesen, wobei die Kurve 230 eine einzelne Zeitkonstante wiedergibt, und die Kurve 220 die Summe von zwei Relaxationsantworten mit unterschiedlichen Zeitkonstanten (0,1, 0,3) wiedergibt. Werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten, hier t2 und t3, die Steigungen erfasst, so ist direkt ersichtlich, dass sich die Steigungen (mit gepunkteter Linie dargestellt) an dem Zeitpunkt t2 auf andere Weise unterscheiden als zum Zeitpunkt t3. Während zum Zeitpunkt t2 geringe Zeitkonstanten dominieren, dominieren zum Zeitpunkt t3, der deutlich nach dem Zeitpunkt t2 liegt, größere Zeitkonstanten. Da die unterschiedlichen Zeitkonstanten des gleichen Reaktionssignals unterschiedlichen Stellen der Zelle zugeschrieben werden können, beispielsweise der Anode und der Kathode, kann durch Betrachtung der Steigung zu unterschiedlichen Zeitpunkten jeweils ein Abweichungswert erfasst werden. Jeder dieser Werte kann gemäß dem hier beschriebenen Verfahren einem individuellen Temperaturwert zugeordnet werden. Es ergeben sich damit unterschiedliche Temperaturwerte für unterschiedliche Stellen innerhalb der Zelle. Aus dem Vergleich der hier dargestellten Steigungen ist ersichtlich, dass die Kurve 230, welche nur eine Zeitkonstante aufweist (0,14) auf andere Weise abfällt als die Kurve 230 mit mehreren Zeitkonstanten, wodurch die Erfassung unterschiedlicher Relaxationskomponenten innerhalb desselben Reaktionssignals aus 6 ersichtlich ist.
Es werden hierin Ausführungsformen beschrieben, die nicht nur auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsformen beschränkt sind, und die vorsehen, dass die Abweichung ermittelt wird anhand des Reaktionssignals oder anhand des Reaktionssignals und des Anregungsignals, insbesondere anhand eines Vergleichs des Reaktionssignals mit einem Anregungsignal, beispielsweise mit dem Anregungssignal, das zur Erzeugung des Reaktionssignals verwendet wurde. Zudem kann ein anderes, vorgegebenes Anregungssignal zum Vergleich herangezogen werden. Eine Ermittlung anhand eines Signals umfasst insbesondere eine Ermittlung anhand von mindestens einer Eigenschaft des Signals, insbesondere einer Eigenschaft, die den Verlauf oder den Auftrittszeitpunkt des Signals kennzeichnet. Es können alle Eigenschaften, die den Verlauf kennzeichnen, herangezogen werden, oder insbesondere auch nicht alle Eigenschaften, die den Verlauf kennzeichnen, sondern nur einzelne Eigenschaften, oder es wird nur eine Eigenschaft wie eine Steigung an einem vorbestimmten Amplitudenwert oder Zeitpunkt oder der Auftrittszeitpunkt eines oder mehrerer Amplitudenwerte zur Ermittlung der Abweichung herangezogen.
Anstatt einer Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal zu erfassen, das dieses erzeugt hat, kann auch nur das Reaktionssignal untersucht werden, da das Reaktionssignal (als Antwort der Zelle(n) auf das Anregungssignal) bereits Eigenschaften des Anregungssignals aufweist, neben den Eigenschaften, die sich durch die Signalantwort der Zelle(n) ergeben.
Ferner kann die Abweichung des Reaktionssignals gegenüber einer vorgegebenen Referenz (etwa einem Referenz-Reaktionssignal) betrachtet werden. Die Referenz entspricht einem Norm-Reaktionssignal, das bei Normalbedingungen einer Zelle ergibt, wobei die Abweichung von dieser Norm zum Vorsehen bzw. Ermitteln des Temperaturwerts der Zelle(n) verwendet wird. Da das Norm-Reaktionssignal neben der Reaktion einer Zelle bei Normalbedingungen naturgemäß auch Eigenschaften des zugehörigen Anregungssignals umfasst, das der Referenz zugrunde liegt (bzw. mit dem dieses erzeugt wurde), entspricht der Vergleich des erfassten Reaktionssignals gegenüber der Referenz einem Vergleich des Reaktionssignals gegenüber einem Antwortsignal. Das der Referenz zugrunde liegende Anregungssignal weist Eigenschaften des Anregungssignals auf, das an die Zelle(n) zur Ermittlung des Temperaturwerts angelegt wird. Die Normalbedingungen umfassen einen vorgegebenen Temperaturwert (etwa 10°C 20°C, 40°C, 60°C) und/oder weitere Parameter der betreffenden Zelle, etwa den Zelltyp, den Ladezustand und/oder den Alterungszustand der Zelle und/oder zumindest eine Größe der hier beschriebenen Zellauslegung.
Die Referenz bezieht sich vorzugsweise auf den gleichen Zelltyp, dem auch die Zelle entspricht, deren Temperatur erfasst wird. Es können für unterschiedliche Zelltypen, Alterungszustände, Ladezustände oder für andere Parameter der Zelle (etwa zumindest eine Größe der hier beschriebenen Zellauslegung) unterschiedliche Referenzen herangezogen werden. Die Referenz bzw. Referenzen können aus empirischen Untersuchungen, elektrochemischen oder elektrischen Modellen oder Simulationen gewonnen werden, die sich vorzugsweise auf den Zelltyp (weiterhin: Alterungszustand oder Ladezustand oder eine weitere Größe der hier beschriebenen Zellauslegung) beziehen, den auch die Zelle aufweist, deren Temperaturwert erfasst wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Zelle, deren Temperaturwert zu erfassen ist, mit einem Anregungssignal angeregt, um die Referenz zu erhalten. Diese kann dann gespeichert werden, etwa in einem Speicher der Ermittlungsvorrichtung, und für zukünftigen Ermittlungen der Temperatur herangezogen werden, insbesondere zur Ermittlung der Abweichung. Die Referenz kann weiterhin vor dem Ermitteln der Abweichung korrigiert werden abhängig von Abweichungen der Zelle von zumindest einem Parameter der Normalbedingungen. Es kann eine Abhängigkeit vorgesehen sein, die zumindest einem Korrekturwert, der zum Korrigieren verwendet wird, ein oder mehrere Abweichungen in zumindest einem Parameter, der die Normalbedingung definiert, zuordnet. Auch diese Abhängigkeit, die zur Korrektur verwendet wird, kann empirisch oder mittels Modellen oder Simulationen ermittelt werden. Parameter, die die Normalbedingung oder auch die Zelle definieren, sind beispielsweise Zelltyp, insbesondere die Zellchemie, Alterungszustand, Ladezustand, Kapazität oder andere Größen die die Zellauslegung wie hier beschrieben definieren.
Bezugszeichenliste

10: mindestens eine Zelle
12a, b: Strombus
20: Batterie
30: Ermittlungsvorrichtung
40, 40a–g: Signalgenerator
41a, b; ∆f: Frequenzbänder
fu, fg, fg‘: untere, obere Grenzfrequenz
S(f): Spektrum des Reaktionssignals
42: Spektrum des Signalgenerators
50: Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung
60, 60a–f: Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung
62a: Korrelator
62b: Subtraktor
66b: Integrator
62c, 64d: Zeitversatz-Erfassungsvorrichtung
62d, 62d‘, 62d‘‘: Komparator
63d, 63d‘, 63d‘‘: Amplitudengrenzwert
62e, 62f: Spektralanalysator
63e, 63f: Spektrumsvergleicher
64f: Differenzbildner
70: Abbildungseinrichtung
80: Ausgabeschnittstelle
90: Ladungsausgleicheinrichtung
92: Endstufeneinrichtung
93: Ladungsausgleichsteuereinheit
96: Auswertungseinrichtung
97: Vergleicher
98: Temperaturgrenzwert
99: Strombegrenzungseinrichtung
100, 110, 120: Abhängigkeiten zwischen Temperatur und Signaldifferenz
200–230, sr(t): Reaktionssignal im Verlauf der Zeit t
250, 260: zeitliche Integrale des Reaktionssignals
252, 262: Zeitintervalle für Integration des Reaktionssignals
sa, Sa: Anregungssignal
sr, Sr: Reaktionssignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2354178 C2 [0002]
US 2012/0155507 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur (ϑ) mindestens einer Zelle (10) einer Batterie (20), mit den Schritten: Anlegen eines Anregungssignals (sa) an die Zelle (10); Erfassen eines Reaktionssignals (sr), das in der Zelle (10) durch das Anlegen erzeugt wird; Ermitteln einer Abweichung zwischen dem Anregungssignal (sa) und dem Reaktionssignals (sr); und Ermitteln eines Temperaturwerts, der die Temperatur (ϑ) wiedergibt, durch Anwenden einer vorgegebenen, für die Zelle typischen Abhängigkeit (100–120) zwischen entsprechenden Abweichungen und zugehörigen Temperaturwerten auf die ermittelte Abweichung, wobei das Anregungssignal (sa) mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweist und das Reaktionssignal (sr) die Signalantwort der mindestens einen Zelle (10) auf das Reaktionssignal (sr) wiedergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anregungssignal (sa) mindestens einen Sprung aufweist und das Reaktionssignal (sr) die Signalantwort auf diesen mindestens einen Sprung wiedergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Abweichung auf eine einzelne Flanke des Anregungssignals (sa) bezieht und das Reaktionssignal (sr) eine Relaxationsantwort der mindestens einen Zelle (10) wiedergibt, oder wobei sich die Abweichung auf ein als Binärsignal vorgesehenes Anregungssignal (sa) bezieht und wobei der Schritt des Anlegens des Anregungssignals (sa), der Schritt des Erfassens des Reaktionssignals (sr) und/oder der Schritt des Ermittelns der Signaldifferenz einen Schritt des Tiefpass- oder Bandpassfilterns des betreffenden Signals beziehungsweise der Abweichung umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Abweichung auf ein als Binärsignal vorgesehenes Anregungssignal (sa) bezieht und das Binärsignal ein Rauschsignal ist, insbesondere ein Pseudorauschsignal, und ferner mindestens 50%, 70%, 80 % oder 90% aller Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken des Binärsignals mindestens 0.1 ms, 0.2 ms, 0.5 ms oder 1 ms und nicht mehr als 10 ms, 15 ms, 20 ms, 25 ms,30 ms oder 40 ms beträgt, wobei die zeitliche Distanz zwischen zwei Flanken vorzugsweise vom Zelltyp und/oder einem vorgegebenen Temperaturmessfenster abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei (a) die Abweichung ermittelt wird durch Kreuzkorrelation (62a) des Anregungssignals (sa) und des zugehörigen Reaktionssignals (sr), und das Korrelationsergebnis der Kreuzkorrelation beim Schritt des Vorsehens des Temperaturwerts als Abweichung verwendet wird; oder wobei (b) die Abweichung ermittelt durch Erfassen eines Zeitversatzes (∆t) zwischen dem Anregungssignal (sa) und dem zugehörigen Reaktionssignal (sr), und der Zeitversatz (∆t) beim Schritt des Vorsehens des Temperaturwerts als Abweichung verwendet wird; oder wobei (c) die Abweichung ermittelt wird durch Vergleichen des Reaktionssignals (sr) mit einem, zwei oder mehreren Schwellwerten, wobei der mindestens eine Zeitversatz zwischen dem Anregungssignal und dem Überqueren des mindestens Schwellwerts durch das zugehörige Reaktionssignal als Abweichung verwendet wird; oder wobei (d) die Abweichung ermittelt wird durch Integration der Fläche (252) des Reaktionssignals ab dem Zeitpunkt eines Sprungs des Anregungssignals oder ab dem Zeitpunkt des Überquerens eines vordefinierten Schwellwerts durch das Reaktionssignals und die Fläche beim Schritt des Vorsehens des Temperaturwerts als Abweichung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Abweichung ermittelt wird durch Vergleichen eines Pegels mindestens einer Frequenzkomponente (Sr(f1)) des Reaktionssignals mit einem Pegel mindestens einer Frequenzkomponente (Sa(f1)) des Anregungssignals der gleichen Frequenz (f1), und die Abweichung von Resultat des Vergleichs wiedergegeben wird; oder die Abweichung ermittelt wird durch Erfassen des Pegelunterschiedes von Frequenzkomponenten des Reaktionssignals, deren Frequenzen (f1; f2) unterschiedlich sind, und durch Vergleichen des Pegelunterschiedes mit einem entsprechenden Pegelunterschied der Frequenzkomponenten dieser Frequenzen (f1; f2) im Anregungssignal.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anlegen umfasst: Anlegen des Anregungssignals über mindestens eine Leitung (14), über die auch mindestens ein Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich von oder zu der mindestens einen Zellen (10) fließt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Anregungssignal (sa) erzeugt wird mittels einer Endstufeneinrichtung (92), die auch den Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich der mindestens einen Zelle (10) erzeugt.
Ermittlungsvorrichtung (30) zur Ermittlung einer Temperatur mindestens einer Zelle (10) einer Batterie (20), umfassend: einen Signalgenerator (40) eingerichtet zur Erzeugung eines Anregungssignals (sa; Sa), das mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweist; eine Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung (50) eingerichtet zum Erfassen eines Reaktionssignals (sr; Sr), das von der Zelle (10) erzeugt wird; eine Abweichung-Ermittlungseinrichtung (60) eingerichtet zur Ermittlung einer Abweichung des Reaktionssignals gegenüber dem Anregungssignal; eine Abbildungseinrichtung (70), die der Signaldifferenz-Ermittlungseinrichtung (60) nachgeschaltet ist, und die mit mindestens einer vorgegebenen, für die mindestens eine Zelle (10) typischen Abhängigkeit zwischen entsprechenden Abhängigkeiten und zugehörigen Temperaturen ausgestattet ist; und einer Ausgabeschnittstelle (80), die der Abbildungseinrichtung (70) nachgeschaltet und zur Ausgabe eines Temperaturwerts eingerichtet ist.
Ermittlungsvorrichtung (30) nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine Ladungsausgleichseinrichtung (90) mit einer Endstufeneinrichtung (92) eingerichtet zum Erzeugen eines Ausgleichsstroms für die mindestens eine Zelle (10), wobei der Signalgenerator (40) mit der Endstufeneinrichtung (92) ansteuernd verbunden ist.
Ermittlungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die ferner mindestens eine Leitung (14) oder Messschnittstelle umfasst, über die die mindestens eine Zelle (10) mit dem Signalgenerator (40) und mit einer Ladungsausgleichseinrichtung (92) verbunden ist.
Batterie (20) mit mehreren Zellen (10), umfassend: einen Signalgenerator (40) eingerichtet zur Erzeugung eines Anregungssignals (sa; Sa), das mehrere diskret oder kontinuierlich verteilte unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweist, wobei der Signalgenerator (40) über Leitungen (14) mit den Zellen (10) verbunden ist; eine Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung (50) eingerichtet zum Erfassen eines Reaktionssignals (sr; Sr), das von der Zelle (10) erzeugt wird, wobei das Reaktionssignal-Erfassungseinrichtung (50) zum Erfassen des Reaktionssignals mit den Leitungen (14) verbunden ist; eine Abweichung-Ermittlungseinrichtung (60) eingerichtet zur Ermittlung einer Abweichung zwischen dem Anregungssignal (sa, Sa) und dem Reaktionssignals (sr, Sr) für alle Zellen (14), für mindestens eine Untergruppe von Zellen oder für einzelne Zellen; und eine Abbildungseinrichtung (70), die der Abweichung-Ermittlungseinrichtung (60) nachgeschaltet ist, und die mit mindestens einer vorgegebenen, für die Zelle typischen Abhängigkeit zwischen Abweichungen und Temperaturwerten ausgestattet ist; wobei die Batterie ferner umfasst: eine Ausgabeschnittstelle (80), die der Abbildungseinrichtung (70) nachgeschaltet und zur Ausgabe eines Temperaturwerts eingerichtet ist, oder eine Auswertungseinrichtung (96), die der Abbildungseinrichtung (80) nachgeschaltet ist und einen Vergleicher (97) sowie einen Temperaturgrenzwert (98) aufweist, wobei die Auswertungseinrichtung (96) eingerichtet ist, ein Fehlersignal auszugeben, vorzugsweise an eine Strombegrenzungseinrichtung (99) der Batterie (20), wenn ein von der Abbildungseinrichtung (70) abgegebener Temperaturwert den Temperaturgrenzwert (98) übersteigt.
Batterie (20) nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine Ladungsausgleichseinrichtung (90), die mit den Zellen (10) verbunden ist, vorzugsweise über die Leitungen (14), wobei die Ladungsausgleichseinrichtung (90) eine Endstufeneinrichtung (92) umfasst, die eingerichtet ist, einen Ausgleichsstrom zum Ladungsausgleich zwischen den Zellen (10) und das Anregungssignal (sa, Sa) zu erzeugen, das an die Zellen (10) angelegt wird.