DE102014202617A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes Download PDF

Info

Publication number
DE102014202617A1
DE102014202617A1 DE102014202617.2A DE102014202617A DE102014202617A1 DE 102014202617 A1 DE102014202617 A1 DE 102014202617A1 DE 102014202617 A DE102014202617 A DE 102014202617A DE 102014202617 A1 DE102014202617 A1 DE 102014202617A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery cell
unit
cell unit
stored energy
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102014202617.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernhard Springer
Philipp Hillenbrand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014202617.2A priority Critical patent/DE102014202617A1/de
Priority to CN201580008482.8A priority patent/CN105980871B/zh
Priority to US15/116,538 priority patent/US10018678B2/en
Priority to KR1020167021637A priority patent/KR102419237B1/ko
Priority to PCT/EP2015/051897 priority patent/WO2015121085A1/de
Publication of DE102014202617A1 publication Critical patent/DE102014202617A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes durch eine Batteriezelleneinheit. Dabei erfolgt ein Entladen (S1) einer induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit mittels einer Entladeeinheit, wobei die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit gespeicherte Energie ist, ein Ermitteln (S2) einer Zeitdauer, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit bis auf einen gegebenen Schwellenwert abgefallen ist, und ein Bestimmen (S3) eines Batteriezellenstroms basierend auf der ermittelten Zeitdauer.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes.
  • Aktuelle Batteriesysteme sind aus mehreren Batteriezellensteuereinheiten mit jeweils einer Batteriezelle aufgebaut, wodurch eine individuelle Steuerung der einzelnen mit der Batteriezellensteuereinheit verschalteten Batteriezellen ermöglicht wird. Die Batteriezellen sind über die Batteriezellensteuereinheiten in einer Reihenschaltung miteinander verbunden. Darüber hinaus ist eine zentrale Steuereinheit zur Steuerung des Batteriesystems vorhanden.
  • Zur Erzeugung einer geregelten Gesamtausgangsspannung des Batteriesystems werden einzelne Batteriezellen mit Hilfe der Batteriezellensteuereinheiten entweder in positiver oder in negativer Polarität, relativ zum Abgriff der Gesamtausgangsspannung, in die Reihenschaltung eingebracht (Zustand „positiv zugeschaltet“ oder „negativ zugeschaltet“). oder ausgeschaltet, d.h. die Batteriezellen werden von der Reihenschaltung getrennt und die Anschlussklemmen der zugehörigen Batteriezellensteuereinheit werden elektrisch leitfähig verbunden (Zustand „überbrückt“).
  • Darüber hinaus erfolgt die Steuerung des Batteriesystems so, dass Batteriezellen in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand und weiteren Zustandsgrößen (z.B. SOH – State of Health), aktiviert werden, wodurch ein aktives Balancing der Batteriezellen ermöglicht wird.
  • Der SOH kann anhand der momentanen Zellspannung und der bereits entnommenen Energie bestimmt werden, was mit Hilfe eines Stromsensors möglich ist. Da bei einem solchen Batteriesystem jede Batteriezelle unabhängig von den anderen Batteriezellen angesteuert werden kann, benötigt jede Batteriezelle eine Möglichkeit, den Lade-/Entladestrom zu bestimmen, mit dem sie momentan geladen/entladen wird. Die Strommessung kann z.B. durch eine Shuntwiderstandsmessung oder einen Hallsensor auf jeder der Batteriezellensteuereinheiten erfolgen.
  • Ein Batteriesystem bzw. eine Batterie 60 nach dem Stand der Technik ist in 6 gezeigt. Das Batteriesystem 60 umfasst mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellensteuereinheiten 61 (auch Smart-Cell-Units genannt). Jede Batteriezellensteuereinheiten 61 umfasst eine Batteriezelle 64. Die Batteriezellensteuereinheiten 61 sind über eine unidirektionale Kommunikationsschnittstelle 62 mit einem zentralen Regler 63 verbunden. Die Batteriezellen 64 der Batteriezellensteuereinheiten 61 können einzeln durch ein Steuersignal des zentralen Reglers 63 über die unidirektionale Kommunikationsschnittstelle 62 in eine Reihenschaltung aller Batteriezellen 54 eingefügt werden oder in dieser gebrückt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen eines Batteriezellenstromes durch eine Batteriezelleneinheit umfasst die Schritte eines Entladens einer induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit mittels einer Entladeeinheit, wobei die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit gespeicherte Energie ist, eines Ermittelns einer Zeitdauer, in der die induktiv gespeicherte Energie bis auf einen gegebenen Schwellenwert abgefallen ist, und eines Bestimmens eines Batteriezellenstroms basierend auf der ermittelten Zeitdauer.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes durch eine Batteriezelleneinheit umfasst eine Entladeeinheit, die eine induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit entlädt, wobei die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit gespeicherte Energie ist, eine Messeinheit, die eine Zeitdauer ermittelt, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit bis auf einen gegebenen Schwellenwert abgefallen ist, und eine Auswertungseinheit, die einen Batteriezellenstrom basierend auf der ermittelten Zeitdauer bestimmt.
  • Auf diese Weise wird eine kostengünstige Möglichkeit zur Bestimmung eines Stroms, welcher unmittelbar vor dem Abschalten durch eine Batteriezelleneinheit geflossen ist, geschaffen. Zudem werden durch das Entladen Spannungsspitzen beim Einschalten der Batteriezelle vermieden, die durch das induktive Verhalten der Batteriezelleneinheit verursacht werden. Da der Batteriestrom bei abgeschalteter Batteriezelle erfolgt, werden zudem externe Störeinflüsse auf die Messung minimiert. Insbesondere können bereits vorhandene Leistungselektronik-Bauteile einer herkömmlichen Batteriezellensteuereinheit genutzt werden. Des Weiteren ist kein zusätzlicher Widerstand im Leistungspfad erforderlich, wodurch Leistungsverluste minimiert werden. Insbesondere gegenüber einer Messung mittels eines Hall-Sensors wird eine kostengünstige Alternative geschaffen.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Es ist vorteilhaft, wenn das Abschalten der Batteriezelleneinheit durch die Entladeeinheit, erfolgt. Durch eine solche Mehrfachnutzung der Entladeeinheit kann die Anzahl notwendiger Bauelemente einer Batteriezellensteuereinheit verringert werden, wodurch ein Kostenvorteil entsteht.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit mittels einer nach dem Abschalten durch die Batteriezelleneinheit verursachten Messspannung erfasst wird. Dies ermöglicht eine Messung der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit mit geringem Aufwand. Insbesondere sind in vielen Batterien bereits Mittel zum Messen eine Messspannung bereitgestellt, wodurch keine zusätzlichen Mittel zum Erfassen der gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit benötigt werden und somit ein Kostenvorteil entsteht.
  • Ebenso vorteilhaft ist es, wenn das Entladen der gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit und/oder das Abschalten der Batteriezelleneinheit über einen Transistor, insbesondere einen MOSFET, der Entladeeinheit erfolgt. Durch die schnellen Schaltzeiten eines Transistors kann damit eine besonders präzise Messung erfolgen. Zudem werden andere induktive verursachte Spannungsspitzen, wie sie bei anderen Schaltern auftreten können, weitgehend vermieden. Ein MOSFET ist insbesondere vorteilhaft, da ein solcher für das Leiten und Sperren von großen elektrischen Strömen und Spannungen optimiert ist, die bei einer Reihenschaltung mehrerer Batteriezellen auftreten.
  • Vorteilhaft erfolgt das Entladen der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit über eine parasitäre Diode eines MOSFETs, die aufgrund einer durch die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit verursachten Spannung in Durchbruch geht. Somit kann die Anzahl notwendiger Bauelemente weiter reduziert werden, was zu einer höheren Zuverlässigkeit und niedrigeren Kosten führt. Zudem wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Entladeeinheit nur während einer Entladephase aktiv ist.
  • Insbesondere wird die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit zum Schalten des Transistors genutzt, um die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit über den geschalteten Transistor zu entladen. Somit kann auf eine zusätzliche Schaltspannung und auf Mittel zum Bereitstellen dieser zusätzlichen Schaltspannung verzichtet werden.
  • Zudem ist es von Vorteil, wenn das Entladen der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit mittels einer Diode, insbesondere mittels einer Zenerdiode, ausgelöst wird, die aufgrund einer durch die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit verursachten Spannung in Durchbruch geht und damit eine Spannung zum Schalten des Transistors bereitstellt. Somit wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Entladeeinheit nur während einer Entladephase aktiv ist.
  • Ferner ist eine Batteriezellensteuereinheit vorteilhaft, welche die Vorrichtung zum Messen des Batteriezellenstromes und die Batteriezelleneinheit umfasst. Dies ist vorteilhaft, da somit eine kostengünstige Batteriezellensteuereinheit mit den zuvor genannten Vorteilen geschaffen wird, die in aktuellen Batteriesystemen eingesetzt werden kann.
  • Ebenso ist eine Batterie vorteilhaft, die zumindest eine erfindungsgemäße Batteriezellensteuereinheit umfasst. Es wird somit eine kostengünstige Batterie mit den zuvor genannten Vorteilen geschaffen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 ein Ablaufdiagram eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen eines Batteriezellenstromes,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Batteriezellensteuereinheit mit einer Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes in einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt,
  • 3 ein Diagramm, das Spannungen und Ströme an einer Entladeeinheit entsprechend der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Batteriezellensteuereinheit mit einer Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes in einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
  • 5 ein Diagramm das Spannungen und Ströme an einer Entladeeinheit entsprechend der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
  • 6 eine schematische Darstellung einer Batterie nach dem Stand der Technik mit mehreren Batteriezellensteuereinheiten.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagram eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Messen eines Batteriezellenstromes IB. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt S1, einen zweiten Schritt S2 und einen dritten Schritt S3. Das Verfahren wird vorteilhaft durch ein Signal zum Abschalten einer Batteriezelleneinheit 20, durch die der zu messende Batteriezellenstrom IB fließt, angestoßen. Ein solches Signal kann beispielsweise von einem zentralen Regler eine Batterie ausgegeben werden. Wenn das Verfahren angestoßen wurde, wird zuerst der erste Schritt S1, dann der zweite Schritt S2 und zuletzt der dritte Schritt S3 ausgeführt. Nach dem Ausführen des dritten Schrittes S3 wird das Verfahren beendet.
  • In dem ersten Schritt S1 erfolgt ein Entladen einer induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit 20 nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 mittels einer Entladeeinheit 10. Dabei ist die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit 20 gespeicherte Energie. Eine Batteriezelleneinheit 20 ist eine Einheit, die zumindest eine Batteriezelle 23 umfasst. Die Batteriezellen 23 einer Batteriezelleneinheit 20 können in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sein. Jede der Batteriezellen 23 weist ein induktives Verhalten auf, wenn die Batteriezelle 23 abgeschaltet wird. Abgeschaltet bedeutet dabei, dass die Batteriezelle 23 von einer Last getrennt wird. Das induktive Verhalten der Batteriezelle 23 kann beispielsweise durch den physikalischen Aufbau der Batteriezelle 23 bedingt sein. So kann ein spulenähnliches Verhalten der Batteriezelle 23 beispielsweise durch eine Wicklung der Elektroden der Batteriezelle 23 verursacht werden. Durch das induktive Verhalten der einzelnen Batteriezellen 23 wird das induktive Verhalten der Batteriezelleneinheit 20 begründet. Ähnlich einer Spule wird durch die Batteriezelleneinheit 20 also eine Energie gespeichert. Die durch das induktive Verhalten der Batteriezelleneinheit 20 induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 ist also eine Energie die zusätzlich, neben der elektrochemisch gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit 20, temporär in der Batteriezelleneinheit 20 gespeichert wird. Die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 wird erfindungsgemäß nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 durch eine Entladeeinheit 10 ganz oder teilweise entladen. Dazu wird beispielsweise eine elektrisch leitfähige Verbindung eines Anschlusspoles 21, 22 der Batteriezelleneinheit mit einem Massepunkt hergestellt oder eine Verbindung eines Anschlusspoles 21, 22 der Batteriezelleneinheit mit einem Punkt hergestellt dessen elektrisches Potential niedriger ist als das der Batteriezelleneinheit 20 nach dem Abschalten. Diese elektrisch leitfähige Verbindung weist vorzugsweise einen Widerstand auf, durch den eine Geschwindigkeit des Entladens beeinflusst werden kann. Vorzugsweise wird diese elektrisch leitfähige Verbindung getrennt, sobald die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 entladen ist, um ein Entladen der elektrochemisch gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit 20 über die Entladeeinheit 10 zu vermeiden.
  • In dem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Ermitteln einer Zeitdauer tM, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 bis auf einen gegebenen Schwellenwert abfällt. Dabei kann die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 direkt gemessen werden und der Messwert mit einem Schwellenwert verglichen werden. Ebenso kann ein Parameter gemessen werden, der durch die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 beeinflusst wird. So könnte beispielsweise nach dem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 eine Spannung über die Entladeeinheit 10 und/oder die Batteriezelleneinheit 20 gemessen werden und mit einem Schwellenwert, der in diesem Falle ein Spannungswert S ist, verglichen werden. Ebenso kann als Zeitdauer tM auch ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt des Abschaltens und einem Ereignis gemessen werden, dass auftritt, wenn die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 den Schwellenwert erreicht hat. Ein solches Ereignis könnte beispielsweise ein Beenden des Entladens durch die Entladeeinheit 10 oder das Schalten eines Transistors sein.
  • In dem dritten Schritt S3 erfolgt ein Bestimmen eines Batteriezellenstroms IB basierend auf der ermittelten Zeitdauer tM. Da die anfängliche induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 von dem Batteriezellenstrom IB abhängig ist, der vor dem Abschalten durch die Batteriezelleneinheit 20 geflossen ist, steigt die ermittelte Zeitdauer tM mit dem Batteriezellenstrom IB, da eine größere gespeicherte Energie eine längere Zeitdauer benötigt, um Entladen zu werden. Somit lässt sich aus der ermittelten Zeitdauer tM auf den Batteriezellenstrom IB schließen, der vor dem Abschalten durch die Batteriezelleneinheit 20 geflossen ist. Dies kann beispielsweise durch ein vorangehende Kalibrierung erfolgen in der unterschiedlichen Zeitdauern tM jeweils ein Batteriezellenstrom IB zugeordnet wird.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellensteuereinheit 50 mit einer Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes IB in einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Durch die in 2 gezeigte Batteriezellensteuereinheit 50 wird das zuvor beschriebene Verfahren ausgeführt. Die Batteriezellensteuereinheit 50 umfasst eine Batteriezelleneinheit 20, ein Entladeeinheit 10, eine Messeinheit 30 und eine Auswertungseinheit 40.
  • Die Batteriezellensteuereinheit 50 weist einen ersten Anschlusskontakt 51, einen zweiten Anschlusskontakt 52 und einen Steuerkontakt 53 auf. Die Entladeeinheit 10 umfasst in dieser ersten Ausführungsform einen MOSFET 14. Die Batteriezelleneinheit 20 umfasst einen ersten Anschlusspol 21 und einen zweiten Anschlusspol 22. Zwischen dem ersten und den zweiten Anschlusspol 21, 22 sind mehrere Batteriezellen 23 in Reihe geschaltet. Die Messeinheit 30 umfasst einen ersten Messeingang 31 und einen zweiten Messeingang 32.
  • Der MOSFET 14 weist die Eigenschaft auf, dass bei einer Durchbruchspannung S, die größer ist als eine Leerlaufspannung der Batteriezelleneinheit 20, ein Lawinendurchbruch zwischen einem Drain-Kontakt 11 und einem Source-Kontakt 12 des MOSFETs 14 erfolgt. Dieser Lawinendurchbruch ist ein Durchbruch einer parasitären Diode zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 des MOSFETs 14.
  • Der erste Anschlusskontakt 51 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Anschlusspol 21 verbunden. Der zweite Anschlusspol 22 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Messeingang 31 und dem Drain-Kontakt 11 des MOSFETs 14 verbunden. Der zweite Anschlusskontakt 52 ist elektrisch leitfähig mit dem zweiten Messeingang 32 und dem Source-Kontakt 12 des MOSFETs 14 verbunden. Ein Gate-Kontakt 13 des MOSFETs 14 ist über einen Widerstand R mit dem Steuereingang 53 verbunden. Die Auswertungseinheit 40 ist derart mit der Messeinheit 30 gekoppelt, dass von der Messeinheit 30 zumindest ein Signal an die Auswertungseinheit 40 übertragen werden kann, welches die Zeitdauer tM beschreibt.
  • Die Batteriezellensteuereinheit 50 umfasst ferner noch einen Schalteinheit 54, die hier als ein mechanischer Schalter ausgeführt ist, aber ebenso ein Transistor oder ein anderer elektrischer Schalter sein kann. Diese Schalteinheit 54 ist zwischen den ersten Anschlusskontakt 51 und den zweiten Anschlusskontakt 52 geschaltet. Die Schalteinheit 54 ermöglicht es in einem offenen Zustand die Batteriezelleneinheit 20 mit anderen Batteriezelleneinheiten anderer Batteriezellensteuereinheiten in Reihe zu schalten und in einem geschlossenen Zustand die Batteriezelleneinheit 20 bei einer Reihenschaltung mit anderen Batteriezelleneinheiten zu überbrücken.
  • Wird eine entsprechende Steuerspannung UGS an dem Steuereingang 53 angelegt, so schaltet der MOSFET 14 durch und es wird somit ein Stromfluss zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 ermöglicht. Dieser Zustand ist in einem ersten Zeitraum 100 in dem Diagramm aus 3 dargestellt. Dabei ist der Batteriezellenstrom IB durch eine Strichpunktlinie, eine Messspannung UDS durch eine durchgezogene Linie und die Steuerspannung UGS durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Es kann, wenn ein Verbraucher an die Batteriezellensteuereinheit 50 angeschossen ist, ein Batteriezellenstrom IB von dem ersten Anschlusskontakt 51 über die Batteriezelleneinheit 20 und die Entladeeinheit 10 zu dem zweiten Anschlusskontakt 52 fließen. Durch die Messeinheit 30 wird eine Messspannung UDS zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 gemessen. In dieser ersten Ausführungsform beträgt die Messspannung UDS zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 „0“ Volt, wenn die Steuerspannung UGS an dem Steuereingang 53 anliegt, da der Widerstand zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 des MOSFET 14 in diesem Falle gegen 0 Ohm geht.
  • In dieser ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 durch den MOSFET 14 der Entladeeinheit 10, wenn die Steuerspannung UGS nicht mehr an dem Steuereingang 53 anliegt. Zeitgleich mit dem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 wird diese durch ein Schließen der Schalteinheit 54 gebrückt, um einen Stromfluss durch eventuelle weitere in Reihe mit Batteriezelleneinheit 20 geschaltete Batteriezelleneinheiten 20 nicht zu unterbrechen. Dieser Zustand ist in dem Diagramm aus 3 in einem zweiten Zeitraum 200 dargestellt. Die Steuerspannung UGS wird unterbrochen und fällt auf „0“ Volt ab. In diesem Zustand schaltet der MOSFET 14 ab und der Stromfluss zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 wird unterbrochen. Durch die fehlende oder zumindest hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 kommt es zu einer Messspannung UDS größer als „0“ Volt. Aufgrund des induktiven Verhaltens der Batteriezelleneinheit 20 übersteigt die Messspannung UDS die Leerlaufspannung der Batteriezelleneinheit 20. Somit erfolgt der Lawinendurchbruch des MOSFETs 14 und es wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 hergestellt. Die in der Batteriezelleneinheit 20 induktiv gespeicherte Energie wird über diese elektrisch leitfähige Verbindung und somit über den MOSFET 14 bzw. über die Entladeeinheit 10 entladen, da die Batteriezelleneinheit 20 über die Schalteinheit 54 und den MOSFET 14 kurzgeschlossen ist. Da die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 abnimmt, verringert sich ebenfalls die Messspannung UDS zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12. Wird die Durchbruchspannung S des MOSFETs 14 durch die absinkende Messspannung UDS erreicht, so sperrt der MOSFET 11 die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12. Die Messspannung UDS fällt auf den Wert einer Spannung der Batteriezelleneinheit (bzw. einer Spannung einer Batterie, falls mehrere Batteriezelleneinheiten in Reihe geschaltet sind) ab. Die Batteriezellensteuereinheit 50 geht somit in den Zustand über, der durch den dritten Zeitraum 300 in 3 dargestellt ist. Die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 wird also nach dem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 mittels der Entladeeinheit 10 entladen und somit der zuvor beschriebene erste Schritt S1 durchgeführt.
  • Durch die Messeinheit 30 wird die Messspannung UDS und somit auch das Ansteigen der Messspannung UDS über die Leerlaufspannung nach dem Abschalten und das Abfallen der der Messspannung UDS, wenn die Durchbruchspannung S wieder unterschritten wird, gemessen. Dabei ist die Messeinheit 30 dazu eingerichtet, die Zeitdauer tM zwischen diesem Ansteigen und Abfallen der Messspannung UDS zu ermitteln. Diese ermittelte Zeitdauer tM wird als ein analoger oder digitaler Wert an die Auswertungseinheit 40 übermittelt. Somit wird durch die Messeinheit 30 die Zeitdauer tM ermittelt, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit bis auf einen gegebenen Schwellenwert abgefallen ist. Der Schwellenwert ist in dieser ersten Ausführungsform durch die Durchbruchspannung S des MOSFET 14 definiert. Somit wird durch die Messeinheit 30 der zuvor beschriebene zweite Schritt S2 durchgeführt.
  • In dieser ersten Ausführungsform wird die ermittelte Zeitdauer tM in einen digitalen Wert gewandelt und von der Messeinheit 30 an die Auswertungseinheit 40 übermittelt. In der Auswertungseinheit 40 wird die ermittelte Zeitdauer tM mit einer vorgegebenen Tabelle verglichen und somit die ermittelte Zeitdauer tM in einen Wert umgesetzt, der den Batteriezellenstrom IB beschreibt. Eine solche Tabelle kann beispielsweise werksseitig vorgegeben werden und vorab durch eine Versuchsreihe bei gleichzeitiger direkter Messung des Batteriestromes IB erstellt werden. Ebenso könnte eine Induktivität der Batteriezelleneinheit 20 ermittelt werden und der Batteriezellenstrom IB von der Auswertungseinheit 40 errechnet werden. Die Auswertungseinheit 40 bestimmt den Batteriezellenstrom IB somit basierend auf der ermittelten Zeitdauer tM. Somit wird durch die Auswertungseinheit 40 der zuvor beschriebene dritte Schritt S3 durchgeführt.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellensteuereinheit mit einer Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes in einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Durch die in 4 gezeigte Batteriezellensteuereinheit 50 wird das zuvor beschriebene Verfahren ausgeführt. Die Batteriezellensteuereinheit 50 umfasst eine Batteriezelleneinheit 20, eine Entladeeinheit 10, eine Messeinheit 30 und eine Auswertungseinheit 40.
  • Die Batteriezellensteuereinheit 50 weist einen ersten Anschlusskontakt 51, einen zweiten Anschlusskontakt 52 und einen Steuerkontakt 53 auf. Die Entladeeinheit 10 umfasst in dieser zweiten Ausführungsform einen MOSFET 14, eine Diode 15 und eine Zenerdiode 16. Die Batteriezelleneinheit 20 umfasst einen ersten Anschlusspol 21 und einen zweiten Anschlusspol 22. Mehrere Batteriezellen 23 sind zwischen dem ersten und den zweiten Anschlusspol 21, 22 in Reihe geschaltet. Die Messeinheit umfasst einen ersten Messeingang 31 und einen zweiten Messeingang 32.
  • Der Zenerdiode 16 weist die Eigenschaft auf, dass bei einer Zenerspannung S, die größer als eine Leerlaufspannung der Batteriezelleneinheit 20 ist, ein Durchbruch erfolgt.
  • Der erste Anschlusskontakt 51 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Anschlusspol 21 verbunden. Der zweite Anschlusspol 22 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Messeingang 31 und dem Drain-Kontakt 11 des MOSFETs 14 verbunden. Der zweite Anschlusskontakt 52 ist elektrisch leitfähig mit dem zweiten Messeingang 32 und dem Source-Kontakt 12 des MOSFETs 14 verbunden. Ein Gate-Kontakt 13 des MOSFETs 14 ist über einen Widerstand R mit dem Steuereingang 53 elektrisch leitfähig verbunden. Eine Anode der Diode 15 ist mit dem Drain-Kontakt 11 elektrisch leitfähig verbunden und eine Kathode der Diode 15 ist mit einer Kathode der Zenerdiode 16 elektrisch leitfähig verbunden. Eine Anode der Zenerdiode 16 ist mit dem Gate-Kontakt 13 elektrisch leitfähig verbunden. Die Auswertungseinheit 40 ist derart mit der Messeinheit 30 gekoppelt, dass von der Messeinheit 30 zumindest ein Signal an die Auswertungseinheit 40 übertragen werden kann, welches die Zeitdauer tM beschreibt.
  • Die Batteriezellensteuereinheit 50 umfasst ferner noch einen Schalteinheit 54, die hier als ein mechanischer Schalter ausgeführt ist, aber ebenso ein Transistor oder ein anderer elektrischer Schalter sein kann. Diese Schalteinheit 54 ist zwischen den ersten Anschlusskontakt 51 und den zweiten Anschlusskontakt 52 geschaltet. Die Schalteinheit 54 ermöglicht es in einem offenen Zustand die Batteriezelleneinheit 20 mit anderen Batteriezelleneinheiten anderer Batteriezellensteuereinheiten in Reihe zu schalten und in einem geschlossenen Zustand die Batteriezelleneinheit 20 bei einer Reihenschaltung mit anderen Batteriezelleneinheiten zu überbrücken.
  • Wird eine entsprechende Steuerspannung UGS an dem Steuereingang 53 angelegt, so schaltet der MOSFET 14 durch und es wird somit ein Stromfluss zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 ermöglicht. Durch die Diode 15 wird sichergestellt, dass kein durch den Widerstand R und die Steuerspannung UGS definierter Strom über den ersten oder zweiten Anschlusskontakt 51, 52 abfließt. Dieser Zustand ist in einem ersten Zeitraum 101 in dem Diagramm aus 5 dargestellt. Dabei ist in 5 der Batteriezellenstrom IB durch eine Strichpunktlinie, eine Messspannung UDS durch eine durchgezogene Linie und die Steuerspannung UGS durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Es kann, wenn ein Verbraucher an die Batteriezellensteuereinheit 50 angeschossen ist, ein Batteriezellenstrom IB von dem ersten Anschlusskontakt 51 über die Batteriezelleneinheit 20 und die Entladeeinheit 10 zu dem zweiten Anschlusskontakt 52 fließen. Durch die Messeinheit 30 wird eine Messspannung UDS zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 gemessen. In dieser ersten Ausführungsform beträgt die Messspannung UDS „0“ Volt, wenn die Steuerspannung UGS an dem Steuereingang 53 anliegt, da der elektrische Widerstand zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 des MOSFET 14 gegen „0“ Ohm geht.
  • In dieser zweiten Ausführungsform erfolgt das Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 durch den MOSFET 14 der Entladeeinheit 10, wenn die Steuerspannung UGS an dem Steuereingang 53 nicht mehr anliegt. Zeitgleich mit dem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 wird diese durch ein Schließen der Schalteinheit 54 gebrückt, um einen Stromfluss durch eventuelle weitere in Reihe mit Batteriezelleneinheit 20 geschaltete Batteriezelleneinheiten 20 nicht zu unterbrechen. Dieser Zustand ist in dem Diagramm aus 5 in einem zweiten Zeitraum 201 dargestellt. Die Steuerspannung UGS wird unterbrochen und fällt ab. In diesem Zustand schaltet der MOSFET 14 ab und der Stromfluss zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 wird unterbrochen. Durch die fehlende oder zumindest hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 kommt es zu einer Messspannung UDS größer „0“ Volt. Aufgrund des induktiven Verhaltens der Batteriezelleneinheit 20 übersteigt die Messspannung UDS die Leerlaufspannung der Batteriezelleneinheit 20. Durch die das erhöhte Spannungsniveau an dem Drain-Kontakt 11 des MOSFETs 14 überschreitet in diesem Zustand eine Spannung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Gate-Kontakt 13 die Zenerspannung S der zwischen diesen Kontakten angeordneten Zenerdiode 16. Die Zenerdiode 16 geht in Durchbruch, und es kann ein Strom von dem Drain-Kontakt 11 zu dem Gate-Kontakt 13 des MOSFETs 14 fließen. Daher liegt an dem MOSFET 14 eine verringerte Steuerspannung UGS an, die aus der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit 20 gespeist wird. Somit wird die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 zum Schalten des MOSFETs 14 genutzt. Der MOSFET wird dadurch in seinem linearen Arbeitsbereich betrieben und eine widerstandsbehaftete elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 12 wird herstellt. Die in der Batteriezelleneinheit 20 induktiv gespeicherte Energie wird über diese elektrisch leitfähige Verbindung und somit über den MOSFET 14 bzw. über die Entladeeinheit 10 entladen, da die Batteriezelleneinheit 20 über die Schalteinheit 54 und den MOSFET 14 kurzgeschlossen ist. Da die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 abnimmt, verringert sich ebenfalls das erhöhte Spannungsniveau an dem Drain-Kontakt 13 des MOSFETs 14. Wird die Zenerspannung S der Zenerdiode 16 unterschritten, so fällt die Steuerspannung UGS auf 0 Volt ab, und der MOSFET 14 sperrt die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Drain-Kontakt 11 und dem Source-Kontakt 13. Die Messspannung UDS fällt auf den Wert einer Spannung der Batteriezelleneinheit 20 (bzw. einer Spannung einer Batterie, falls mehrere Batteriezelleneinheiten in Reihe geschaltet sind) ab. Die Batteriezellensteuereinheit 50 geht in den Zustand über, der durch den dritten Zeitraum 301 in 5 dargestellt ist. Somit wird die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 nach dem Abschalten der Batteriezelleneinheit 20 mittels der Entladeeinheit 10 entladen und somit der zuvor beschriebene erste Schritt S1 durchgeführt.
  • Durch die Messeinheit wird die Spannung UDS und somit auch das Ansteigen der Messspannung UDS über die Leerlaufspannung nach dem Abschalten und das Abfallen der Messspannung UDS, wenn die Zenerspannung S wieder unterschritten wird, gemessen. Dabei ist die Messeinheit 30 dazu eingerichtet, die Zeitdauer tM zwischen diesem Ansteigen und Abfallen der Messspannung UDS zu ermitteln. Diese ermittelte Zeitdauer tM wird als ein analoger oder digitaler Wert an die Auswertungseinheit 40 übermittelt. Somit wird durch die Messeinheit 30 die Zeitdauer tM ermittelt, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit 20 bis auf einen gegebenen Schwellenwert abgefallen ist. Der Schwellenwert ist in dieser zweiten Ausführungsform durch die Zenerspannung S der Zenerdiode 16 definiert. Somit wird durch die Messeinheit 30 der zuvor beschriebene zweite Schritt S2 durchgeführt.
  • In dieser zweiten Ausführungsform wird die ermittelte Zeitdauer tM in einen digitalen Wert gewandelt und von der Messeinheit 30 an die Auswertungseinheit 40 übermittelt. In der Auswertungseinheit 40 wird die ermittelte Zeitdauer tM mit einer vorgegebenen Tabelle verglichen und somit die ermittelte Zeitdauer tM in einen Wert umgesetzt, der den Batteriezellenstrom IB beschreibt. Eine solche Tabelle kann beispielsweise werksseitig vorgegeben werden und vorab durch eine Versuchsreihe bei gleichzeitiger direkter Messung des Batteriestromes IB erstellt werden. Ebenso könnte eine Induktivität der Batteriezelleneinheit 20 ermittelt werden und der Batteriezellenstrom IB von der Auswertungseinheit 40 errechnet werden. Die Auswertungseinheit 40 bestimmt den Batteriezellenstrom IB somit basierend auf der ermittelten Zeitdauer tM. Somit wird durch die Auswertungseinheit 40 der zuvor beschriebene dritte Schritt S3 durchgeführt.
  • Allgemein gilt, dass Batteriezelleneinheiten 20 in einer Batterie oder einem Batteriesystem häufig ein- und ausgeschaltet werden, so dass eine gleichmäßige Belastung aller Zellen erfolgt. Bei jedem Ausschaltvorgang muss die Energie, welche durch den Lade- bzw. Entladestrom in der Induktivität der Zelle gespeichert ist, abgebaut werden. Dies kann beispielsweise unter Ausnutzung des Avalanchebetriebs eines MOSFETs 14 erfolgen oder, mit Hilfe einer Zenerdiode, im Linearbetrieb des MOSFETs 11. Bei beiden Varianten steigt eine Sourcespannung des MOSFETs nach dem Abschalten des Batteriezellenstromes IB sehr schnell bis auf die Sperrspannung des MOSFETs bzw. die Zenerspannung der Zenerdiode an, bis die Energie abgebaut ist und fällt anschließend wieder auf das Niveau der Batteriespannung ab. Die Zeitdauer tM, welche der Source-Kontakt 12 des MOSFETs 14 auf dem höheren Spannungsniveau verharrt, ist bei gleicher Sperrspannung und gleicher Induktivität proportional zur abgebauten Energie und somit proportional zum zuvor geflossenen Batteriestrom IB. Diese Zeitdauer tM kann durch die typischerweise in jeder Batteriezellensteuereinheit 50 vorhandenen Microcontrollereinheit einfach gemessen werden.
  • Jede Batteriezellensteuereinheit 50 kennt die Zeitdauer, mit der diese geladen bzw. entladen wurde. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kenn die Batteriezellensteuereinheit 50 ebenfalls den dazugehörigen Batteriezellenstrom IB. Somit ist es der Batteriezellensteuereinheit 50 möglich zu berechnen, welche Energie diese bereits abgegeben hat. Unter Betrachtung der Leerlaufspannung der Batteriezelleneinheit 20 im direkten Vergleich mit der bereits abgegebenen Energie ist es der Batteriezellensteuereinheit 50 möglich, den Gesundheitszustand (SOH – State of Health) der Batteriezelleneinheit 20 zu bestimmen. Mit geeigneten Algorithmen kann somit dazu beigetragen werden, dass eine bereits sehr stark gealterte Batteriezelleneinheit 20 geschont wird. Somit wird die maximale Lebensdauer der Batterie bzw. des Batteriesystems verbessert.
  • Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 6 verwiesen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Messen eines Batteriezellenstromes (IB) einer Batteriezelleneinheit (20), umfassend die Schritte: – Entladen einer induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit (20) nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit (20) mittels einer Entladeeinheit (10), wobei die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit (20) gespeicherte Energie ist, – Ermitteln einer Zeitdauer (tM), in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) bis auf einen gegebenen Schwellenwert abfällt, und – Bestimmen eines Batteriezellenstroms (IB) basierend auf der ermittelten Zeitdauer (tM).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalten der Batteriezelleneinheit (20) durch die Entladeeinheit (10), erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) anhand einer nach dem Abschalten der Batteriezelleneinheit (20) durch die Batteriezelleneinheit (20) verursachten Messspannung (UDS) erfasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladen der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit (20) und/oder das Abschalten der Batteriezelleneinheit (20) über einen Transistor, insbesondere einen MOSFET (14), der Entladeeinheit (10) erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladen der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit (20) über eine parasitäre Diode eines MOSFETs (14) erfolgt, die aufgrund einer durch die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) verursachten Spannung in Durchbruch geht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) zum Schalten des Transistors genutzt wird, um die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) über den geschalteten Transistor zu entladen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladen der induktiv gespeicherten Energie der Batteriezelleneinheit (20) mittels einer Diode, insbesondere mittels einer Zenerdiode (16), ausgelöst wird, die aufgrund einer durch die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) verursachten Spannung in Durchbruch geht, und damit eine Spannung zum Schalten des Transistors bereitstellt.
  8. Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes (IB) einer Batteriezelleneinheit (20), umfassend: – eine Entladeeinheit (10), die eine induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) nach einem Abschalten der Batteriezelleneinheit (20) entlädt, wobei die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) eine durch ein induktives Verhalten der Batteriezelleneinheit (20) gespeicherte Energie ist, – eine Messeinheit (30), die eine Zeitdauer (tM) ermittelt, in der die induktiv gespeicherte Energie der Batteriezelleneinheit (20) bis auf einen gegebenen Schwellenwert (S) abgefallen ist, und – eine Auswertungseinheit (40), die einen Batteriezellenstrom (IB) basierend auf der ermittelten Zeitdauer (tM) bestimmt.
  9. Batteriezellensteuereinheit (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellensteuereinheit (50) eine Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes (IB) nach Anspruch 8 und die Batteriezelleneinheit (20) umfasst.
  10. Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie zumindest eine Batteriezellensteuereinheit (40) nach Anspruch 9 umfasst.
DE102014202617.2A 2014-02-13 2014-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes Pending DE102014202617A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014202617.2A DE102014202617A1 (de) 2014-02-13 2014-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes
CN201580008482.8A CN105980871B (zh) 2014-02-13 2015-01-30 用于测量电池单池电流的方法和装置
US15/116,538 US10018678B2 (en) 2014-02-13 2015-01-30 Method and device for measuring a battery cell current
KR1020167021637A KR102419237B1 (ko) 2014-02-13 2015-01-30 배터리 셀 전류의 측정 방법 및 장치
PCT/EP2015/051897 WO2015121085A1 (de) 2014-02-13 2015-01-30 Verfahren und vorrichtung zum messen eines batteriezellenstromes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014202617.2A DE102014202617A1 (de) 2014-02-13 2014-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014202617A1 true DE102014202617A1 (de) 2015-08-13

Family

ID=52472287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014202617.2A Pending DE102014202617A1 (de) 2014-02-13 2014-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10018678B2 (de)
KR (1) KR102419237B1 (de)
CN (1) CN105980871B (de)
DE (1) DE102014202617A1 (de)
WO (1) WO2015121085A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217572A1 (de) * 2018-10-15 2020-04-16 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit integriertem Steuerschaltkreis
WO2020119974A1 (de) * 2018-12-14 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum überwachen und steuern einer batteriezelleneinheit

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324958B1 (ko) 2016-09-29 2021-11-12 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스를 지원하기 위한 방법 및 장치
JP6922337B2 (ja) * 2017-03-31 2021-08-18 株式会社豊田中央研究所 電源装置及びそれにおけるｓｏｃ推定方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050275382A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Stessman Nicholas J Charge consumption monitor for electronic device
DE102011113798A1 (de) * 2010-11-02 2012-05-03 Voltabatterien Gmbh Eigensichere Batterie
US20120105078A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-03 Ford Global Technologies, Llc Method and system for determining an operating characteristic associated with an inductor in a power converter system
DE102012203309A1 (de) * 2012-03-02 2013-09-05 Robert Bosch Gmbh Mehrphasig modulare Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
DE102012206622A1 (de) * 2012-04-23 2013-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Laden von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung und aufladbare Energiespeichereinrichtung

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4413234A (en) * 1981-09-28 1983-11-01 Sun Chemical Corporation Battery-operated condition monitor
US4564798A (en) * 1982-10-06 1986-01-14 Escutcheon Associates Battery performance control
GB8905708D0 (en) * 1989-03-13 1989-04-26 Yuasa Battery Uk Ltd Battery monitoring
US5537042A (en) * 1994-11-18 1996-07-16 Eldec Corporation Method and system for unobtrusively measuring physical properties in electrochemical processes
US20030206021A1 (en) * 1997-07-25 2003-11-06 Laletin William H. Method and apparatus for measuring and analyzing electrical or electrochemical systems
US5894212A (en) * 1997-09-19 1999-04-13 Tarrytown Consulting, Inc. Discharge monitoring and isolating system for batteries
JPH11344546A (ja) * 1998-03-31 1999-12-14 Hitachi Ltd 電流積算値検出装置及び電流検出装置及びそれらを用いた電池パック
JP4374729B2 (ja) 2000-05-16 2009-12-02 ヤマハ株式会社 電流測定回路、使用電流量測定回路、および充放電電流測定回路
DE10207062A1 (de) * 2002-02-20 2003-08-28 Philips Intellectual Property Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung des mittleren Stromverbrauchs eines batteriebetriebenen Gerätes
JP4158754B2 (ja) * 2004-09-30 2008-10-01 日産自動車株式会社 過電流検知方法および検知回路
KR100844806B1 (ko) * 2005-03-31 2008-07-07 주식회사 엘지화학 복수의 검출 저항을 이용하여 배터리 셀의 전류량을측정하는 장치 및 방법
CN1992495A (zh) * 2005-12-20 2007-07-04 国际整流器公司 输入电压检测电路
JP4894865B2 (ja) 2009-02-12 2012-03-14 富士電機株式会社 双方向スイッチの電流検出回路
US8183870B1 (en) * 2009-02-12 2012-05-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Battery system and method for sensing and balancing the charge state of battery cells
DE102009002468A1 (de) 2009-04-17 2010-10-21 Robert Bosch Gmbh Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie bei Einsatz von induktivem Zellbalancing
DE102010038646A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zum Abschätzen der Leistungsfähigkeit mindestens einer Batterieeinheit einer wiederaufladbaren Batterie
DE102012209660A1 (de) * 2012-06-08 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und zugehöriges Verfahren zur Ermittlung des Innenwiderstandes von Batteriezellen oder Batteriemodulen des Batteriesystems
CN103390777B (zh) * 2013-07-31 2015-07-15 哈尔滨威星动力电源科技开发有限责任公司 带有测量电路的单只锂电池装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050275382A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Stessman Nicholas J Charge consumption monitor for electronic device
US20120105078A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-03 Ford Global Technologies, Llc Method and system for determining an operating characteristic associated with an inductor in a power converter system
DE102011113798A1 (de) * 2010-11-02 2012-05-03 Voltabatterien Gmbh Eigensichere Batterie
DE102012203309A1 (de) * 2012-03-02 2013-09-05 Robert Bosch Gmbh Mehrphasig modulare Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
DE102012206622A1 (de) * 2012-04-23 2013-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Laden von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung und aufladbare Energiespeichereinrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217572A1 (de) * 2018-10-15 2020-04-16 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit integriertem Steuerschaltkreis
WO2020119974A1 (de) * 2018-12-14 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum überwachen und steuern einer batteriezelleneinheit
CN113169571A (zh) * 2018-12-14 2021-07-23 罗伯特·博世有限公司 用于监测和控制电池单池单元的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105980871A (zh) 2016-09-28
US10018678B2 (en) 2018-07-10
WO2015121085A1 (de) 2015-08-20
KR102419237B1 (ko) 2022-07-11
US20160377683A1 (en) 2016-12-29
KR20160125955A (ko) 2016-11-01
CN105980871B (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19723456C2 (de) Fehlschlußerkennungseinrichtung für elektrische Verbraucher
WO2016050406A1 (de) Batteriesystem mit einer zum versorgen eines hochvoltnetzes mit elektrischer energie ausgebildeten batterie und einer messeinrichtung zum messen mindestens eines isolationswiderstandes der batterie
DE102016109137B3 (de) Überwachungsvorrichtung und Überwachungsverfahren
DE102014200946B4 (de) Überlast-Überwachungsvorrichtung und Verfahren zur Überlast-Überwachung
DE102014202460B3 (de) Verfahren zum Erkennen eines Leitungskurzschlusses oder einer Leitungsunterbrechung bei einer geschalteten induktiven Last
EP2609322B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines starters eines fahrzeugs
WO2012007494A1 (de) Überstromschalter, verwendung eines überstromschalters und elektrokraftfahrzeug mit einem überstromschalter
DE102014219416A1 (de) Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreibeneiner Energiespeichervorrichtung
DE102011086412A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Testen des Zustands der Verbindung einer mit einem Verbindungspunkt verbundenen Last
DE102014202617A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes
EP3257134A1 (de) Verfahren zum betreiben eines an eine elektrische maschine angeschlossenen aktiven umrichters und mittel zu dessen implementierung
DE102020108878A1 (de) Schutzschaltung mit Halbleiterschalter, Verfahren zum Betreiben eines Halbleiterschalters, Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug
DE102015117232B4 (de) Elektrische Schutzschaltung
DE102013001466B4 (de) Batterie mit Balancing-Funktion und Kraftfahrzeug
DE102015219828A1 (de) Fortbewegungsmittel, Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Spannung einer Zelle eines Strangs mehrerer in Reihe geschalteter Zellen eines elektrochemischen Energiespeichers
DE102015115637A1 (de) Verfahren zum Begrenzen des Einschaltstromes eines Aufwärtswandlers
EP3314765B1 (de) Schaltungsanordnung für einen sicheren digitalen schaltausgang sowie ausgangsmodul mit und prüfverfahren für eine derartige schaltungsanordnung
EP3389156B1 (de) Verfahren zum betreiben eines elektrischen garten- und/oder forstgerätesystems, schutzelektronikschaltung, schutzelektronikschaltungssystem, akkumulatorsystem und elektrisches garten- und/oder forstgerätesystem
DE102017109785B4 (de) Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Trennschalteranordnung
DE102010011043A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers vor Spannungsspitzen in einem Kraftfahrzeug
DE102008029680A1 (de) Verfahren und elektronische Schaltung für eine elektronische Schaltungseinheit
DE102009053653A1 (de) Schaltungsanordnung für eine Spannungsbegrenzungsschaltung zum Schutz eines Steuergeräts vor Überspannungen
DE102021106891A1 (de) Verfahren zum Überprüfen eines Isolationszustands einer Batterie oder eines Batteriesystems
DE102022206434A1 (de) Verfahren zum überwachten Einschalten eines Verbrauchers
WO2023011768A1 (de) Trennschaltereinheit

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed