DE102020119572A1

DE102020119572A1 - Batterieüberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020119572A1
Application number: DE102020119572.9A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kitagawa; Shun MIYAUCHI; Takumi Shimizu
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2021-01-28
Also published as: US20210028637A1; US11750002B2; JP7205410B2; CN112305436A; JP2021022473A

Abstract

Eine Batterieüberwachungsvorrichtung umfasst eine Schaltkreisplatine, eine Signalsteuereinheit, die dazu eingerichtet ist, um zu verursachen, dass ein vorbestimmtes AC-Signal von einer Speicherbatterie durch einen ersten elektrischen Pfad ausgegeben wird, eine Antwortsignaleingangseinheit, die dazu eingerichtet ist, um durch ein Paar von zweiten elektrischen Pfaden ein Antwortsignal der Speicherbatterie auf das AC-Signal einzugeben, und eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um basierend auf dem Antwortsignal eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie zu berechnen. Die ersten und zweiten elektrischen Pfade sind an einer Hauptfläche der Schaltkreisplatine vorgesehen. An der Schaltkreisplatine ist ein erster Bereich definiert, der durch die ersten und zweiten elektrischen Pfade und zwei Anschlüsse der Speicherbatterie umgeben ist. Die Größe des ersten Bereichs ist derart eingestellt, um eine elektromotorische Kraft, die in den zweiten elektrischen Pfaden durch das AC-Signal induziert wird, innerhalb einer erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.

Description

Hintergrund
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Batterieüberwachungsvorrichtungen.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Es ist eine Technik eines Messens der komplexen Impedanz einer Speicherbatterie und eines Überwachens eines Zustands der Speicherbatterie dadurch bekannt (siehe beispielsweise japanisches Patent Nummer JP 6226261 B2 ). Insbesondere wird gemäß dieser Technik durch eine Energiesteuereinrichtung ein Rechteckwellensignal an die Speicherbatterie angelegt. Dann werden die Kompleximpedanzcharakteristika der Speicherbatterie basierend auf einem Antwortsignal der Speicherbatterie auf das Rechteckwellensignal berechnet. Danach wird der SOH (das heißt, State Of Health, Gesundheitszustand) der Speicherbatterie basierend auf den berechneten Kompleximpedanzcharakteristika bestimmt.
Ferner ist eine andere Technik eines Messens der komplexen Impedanz einer Speicherbatterie und eines Überwachens eines Zustands der Speicherbatterie dadurch bekannt (siehe beispielsweise japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nummer JP 2018190502 A ). Insbesondere wird gemäß dieser Technik mittels eines Oszillators ein Sinuswellensignal an die Speicherbatterie angelegt. Dann wird ein Antwortsignal der Speicherbatterie auf das Sinuswellensignal (oder eine durch das Sinuswellensignal verursachte Spannungsvariation beziehungsweise Spannungsschwankung der Speicherbatterie) mittels eines Lock-in-Verstärkers erfasst. Danach werden die Kompleximpedanzcharakteristika der Speicherbatterie basierend auf dem erfassten Antwortsignal berechnet. Ferner wird der SOH der Speicherbatterie basierend auf den berechneten Kompleximpedanzcharakteristika bestimmt.
Zusammenfassung
Jedoch kann das folgende Problem auftreten, wenn eine der vorstehenden Techniken bei einer Batterieüberwachungsvorrichtung verwendet wird, um die komplexe Impedanz einer Speicherbatterie zu messen. Das heißt, das Antwortsignal einer Speicherbatterie auf ein AC-Signal (beispielsweise ein Rechteckwellen- oder Sinuswellensignal), das an die Speicherbatterie angelegt ist, ist ein sehr schwaches Signal, und ist daher sehr empfänglich beziehungsweise anfällig für externen Einfluss. Beispielsweise wird, wenn das AC-Signal an die Speicherbatterie angelegt wird, eine elektromotorische Kraft durch eine Magnetflussänderung aufgrund des AC-Signals in elektrischen Pfaden, durch die das Antwortsignal eingegeben oder ausgegeben wird, induziert. Da das Antwortsignal der Speicherbatterie auf das AC-Signal ein sehr schwaches Signal ist, kann dieses durch die induzierte elektromotorische Kraft beeinflusst werden, was in einem Fehler bei einer Erfassung des Antwortsignals resultiert.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Hinblick auf vorstehendes Problem kreiert und zielt darauf ab, eine Batterieüberwachungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, die Genauigkeit einer Erfassung eines Antwortsignals einer Speicherbatterie auf ein vorbestimmtes AC-Signal zu verbessern und dadurch die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Speicherbatterie basierend auf dem erfassten Antwortsignal zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird bereitgestellt eine Batterieüberwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Zustands einer Speicherbatterie, wobei die Speicherbatterie einen Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss und einen Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss aufweist, wobei die Batterieüberwachungsvorrichtung umfasst:

eine planare Schaltkreisplatine, die zwischen den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie angeordnet ist,
eine Signalsteuereinheit, die in einem ersten elektrischen Pfad vorgesehen ist, der die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse der Speicherbatterie verbindet, wobei die Signalsteuereinheit dazu eingerichtet ist, um zu verursachen, dass ein vorbestimmtes AC-Signal von der Speicherbatterie durch den ersten elektrischen Pfad ausgegeben ist,
eine Antwortsignaleingangseinheit, die mit den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie jeweils über ein Paar von zweiten elektrischen Pfaden verbunden ist, wobei die Antwortsignaleingangseinheit dazu eingerichtet ist, um durch das Paar von zweiten elektrischen Pfaden ein Antwortsignal der Speicherbatterie auf das AC-Signal einzugeben, und
eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, um basierend auf dem durch die Antwortsignaleingangseinheit eingegebenen Antwortsignal eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie zu berechnen, wobei
der erste elektrische Pfad und das Paar von zweiten elektrischen Pfaden an einer Hauptfläche der Schaltkreisplatine vorgesehen sind,
an der Schaltkreisplatine ein erster Bereich definiert ist, der durch den ersten elektrischen Pfad, das Paar von zweiten elektrischen Pfaden, und die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse der Speicherbatterie umgeben ist, und
eine Größe des ersten Bereichs eingestellt ist, um eine induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden durch das durch den ersten elektrischen Pfad fließende AC-Signal induziert ist, innerhalb einer erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne, die Null einschließt, zu haben.

Mittels der vorstehenden Konfiguration wird es, wenn das vorbestimmte AC-Signal von der Speicherbatterie durch den ersten elektrischen Pfad ausgegeben wird, möglich, zu verhindern, dass eine hohe elektromotorische Kraft in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden durch eine Magnetflussänderung aufgrund des AC-Signals induziert wird. Als ein Ergebnis wird es möglich, ein Auftreten eines Fehlers bei einer Erfassung des Antwortsignals zu unterdrücken, wodurch die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Speicherbatterie basierend auf dem erfassten Antwortsignal verbessert wird.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Elektroenergiezufuhrsystems beziehungsweise Elektroenergieversorgungssystems.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
4 ist eine schematische Draufsicht, die die elektrische Verbindung zwischen Batteriezellen und entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
5A ist ein schematisches Diagramm, das ein Modell einer Batteriezelle veranschaulicht.
5B ist ein schematisches Diagramm, das elektrische Pfade, die mit der in 5A veranschaulichten Batterie verbunden sind, und elektrische Pfade, die in der Batteriezelle ausgebildet sind, veranschaulicht.
6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer induzierten elektromotorischen Kraft, die in einem Paar von zweiten elektrischen Pfaden durch ein durch einen ersten elektrischen Pfad fließendes AC-Signal induziert ist, und der Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden veranschaulicht.
7A ist ein schematisches Diagramm, das unerwünschte Orte, bei denen Antwortsignaleingangsanschlüsse einer Batterieüberwachungsvorrichtung jeweils mit Elektroenergiezufuhranschlüssen einer Batteriezelle verbunden sein könnten, veranschaulicht.
7B ist ein schematisches Diagramm, das erwünschte Orte, bei denen die Antwortsignaleingangsanschlüsse der Batterieüberwachungsvorrichtung jeweils mit den Elektroenergiezufuhranschlüssen der Batteriezelle verbunden sind, veranschaulicht.
8A ist eine Seitenansicht, die die Konfiguration einer Schaltkreisplatine und eines röhrenförmigen Elements einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
8B ist eine teilweise Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Schaltkreisplatine und des röhrenförmigen Elements veranschaulicht.
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine in einem ersten Bereich an einer Schaltkreisplatine einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel angeordnete Schildplatte veranschaulicht.
10 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
13 ist ein Flussdiagramm, das einen Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
14 ist ein Flussdiagramm, das einen Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
15 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einer Modifikation.
16 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einer anderen Modifikation.
17 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einer weiteren anderen Modifikation.
18 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einer weiteren anderen Modifikation.
19 ist ein Flussdiagramm, das einen Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß einer Modifikation veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Beispielhafte Ausführungsbeispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte bemerkt werden, dass im Sinne der Klarheit und eines Verstehens identische Komponenten mit identischen Funktionen durch die gesamte Beschreibung hinweg wo möglich mit denselben Bezugszeichen in jeder der Figuren markiert wurden, und dass zum Zwecke einer Vermeidung von Redundanz Beschreibungen von identischen Komponenten nicht wiederholt werden.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt die Gesamtkonfiguration eines Elektroenergiezufuhrsystems beziehungsweise Elektroenergieversorgungssystems 10, das in einem Fahrzeug (beispielsweise einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug) bereitgestellt ist, und bei dem Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt sind.
Wie in 1 gezeigt umfasst das Elektroenergiezufuhrsystem 10 einen Motor 20, der eine Rotationselektromaschine ist, einen Umrichter 30, der als ein Elektroenergiewandler wirkt, um Dreiphasenwechselstrom zu dem Motor zuzuführen, ein wiederaufladbares Batteriepaket 40, Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 zur Überwachung eines Zustands des Batteriepakets 40, und eine ECU 60, die den Motor 20 und den Umrichter 30 steuert.
Der Motor 20 ist eine Hauptmaschine des Fahrzeugs. Der Motor 20 ist mechanisch mit Antriebsrädern (nicht gezeigt) des Fahrzeugs derart verbunden, dass mechanische Energie (oder Drehmoment) zwischen dem Motor 20 und den Antriebsrädern übertragen werden kann. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 20 mittels eines Dreiphasenpermanentmagnetsynchronmotors implementiert.
Der Umrichter 30 ist mit einem Vollbrückenschaltkreis mit einer Vielzahl von Paaren von oberen und unteren Zweigen konfiguriert. Die Anzahl von Paaren der oberen und unteren Zweige ist gleich der Anzahl von Phasenwicklungen des Motors 20. Jeder der oberen und unteren Zweige umfasst einen Schalter (oder Halbleiterschaltelement), der darin vorgesehen ist. Im Betrieb wird elektrischer Strom, der zu den Phasenwicklungen des Motors 20 zugeführt wird, durch Ein-/Aus-Schalten der Schalter der oberen und unteren Zweige gesteuert.
Insbesondere ist eine Umrichtersteuereinrichtung (nicht gezeigt) bei dem Umrichter 30 vorgesehen. Die Umrichtersteuereinrichtung steuert basierend auf verschiedenen Arten von Information, die bei dem Motor 20 erfasst sind, und einer Energielaufantriebsanforderung (oder einer
Drehmomenterzeugungsanforderung) oder einer Elektroerzeugungsanforderung die Ein-/Aus-Zustände der Schalter bei dem Umrichter 30, wodurch eine Speisung beziehungsweise Bestromung der Phasenwicklungen des Motors 20 gesteuert wird. Insbesondere steuert die Umrichtersteuereinrichtung die Zufuhr von Elektroenergie von dem Batteriepaket 40 zu dem Motor 20 über den Umrichter 30, wodurch der Motor 20 angesteuert wird, um in einer Energielaufbetriebsart (oder Drehmomenterzeugungsbetriebsart) zu operieren. Anderenfalls steuert, wenn der Motor 20 in einer
Elektroenergieerzeugungsbetriebsart operiert (das heißt, der Motor 20 mittels von beispielsweise den Antriebsrädern des Fahrzeugs übertragener mechanischer Energie angetrieben wird, um Dreiphasen-AC-Energie zu erzeugen), die Umrichtersteuereinrichtung den Umrichter 30, um als Gleichrichter zu wirken, um die durch den Motor 20 erzeugte Dreiphasen-AC-Energie in eine DC-Energie gleichzurichten; die DC-Energie wird dann zu dem Batteriepaket 40 zugeführt, um dieses zu laden.
Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 20 als ein Motorgenerator konfiguriert, der selektiv in einem aus der Energielaufbetriebsart oder der Elektroenergieerzeugungsbetriebsart operiert. Ferner ist der Umrichter 30 als ein Elektroenergiewandler konfiguriert, der selektiv als eines aus einem Umrichter oder einem Gleichrichter wirkt.
Das Batteriepaket 40 ist über den Umrichter 30 elektrisch mit dem Motor 20 verbunden. Das Batteriepaket 40 hat eine Anschlussspannung (das heißt, Spannung zwischen zwei Anschlüssen) größer als oder gleich wie beispielsweise 100V. Das Batteriepaket 40 ist mit einer Vielzahl von Batteriemodulen 41 ausgestaltet, die in Reihe miteinander verbunden sind. Ferner ist jedes der Batteriemodule 41 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 42 ausgestaltet, die in Reihe miteinander verbunden sind. Die Batteriezellen 42 können beispielsweise durch Lithiumionenbatterien oder Nickelmetallhydridbatterien implementiert sein. Das heißt, jede der Batteriezellen 42 ist eine Speicherbatterie, die ein Elektrolyt und ein Paar von Elektroden aufweist.
Mit einem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhrpfad L1, der mit einem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss des Batteriepakets 40 verbunden ist, sind Positivelektrodenseitenanschlüsse elektrischer Lasten wie dem Umrichter 30 verbunden. Andererseits sind mit einem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhrpfad L2, der mit einem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss des Batteriepakets 40 verbunden ist, Negativelektrodenseitenanschlüsse der elektrischen Lasten verbunden. Ferner ist in jedem der Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhrpfade L1 und L2 ein SMR-(das heißt Systemhauptrelais)-Schalter vorgesehen, um selektiv einen Fluss von elektrischem Strom durch den Elektroenergiezufuhrpfad zu ermöglichen und zu unterbrechen.
Die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 sind vorgesehen, um den SOC (das heißt, State Of Charge, Ladezustand) und/oder den SOH (das heißt, State Of Health, Gesundheitszustand) jeder der Batteriezellen 42 zu überwachen. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für jede der Batteriezellen 42 eine entsprechende der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 vorgesehen, um den SOC und/oder den SOH der Batteriezelle 42 zu überwachen. Die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 sind mit der ECU 60 verbunden, um die überwachten Zustände der Batteriezellen 42 an die ECU 60 auszugeben. Die Konfiguration der Batterieüberwachungsvorrichtungen 40 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Die ECU 60 erstellt basierend auf verschiedenen Arten von Information selektiv entweder die Energielaufansteueranforderung beziehungsweise Energielaufantriebsanforderung oder die Elektroenergieerzeugungsanforderung an die Umrichtersteuereinrichtung. Die verschiedenen Arten von Information umfassen beispielsweise Beschleunigerbedieninformation bzw. Gaspedalbedieninformation, Bremsbedieninformation, die Fahrzeuggeschwindigkeit, und den Zustand des Batteriepakets 40.
Als nächstes wird die Konfiguration jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Zudem ist, wie vorstehend genannt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für jede der Batteriezellen 42 eine entsprechende der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt umfasst jede der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 einen ASIC (anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis) 50a, eine Filtereinheit 55, und einen Strommodulationsschaltkreis 56.
Der ASIC 50a umfasst eine stabilisierte Energiezufuhreinheit beziehungsweise Stabilisierte-Energie-Zufuhreinheit 51, eine Eingangs-/Ausgangseinheit 52, einen Mikrocomputer 53, der als eine Berechnungseinheit wirkt, und eine Kommunikationseinheit 54.
Die stabilisierte Energiezufuhreinheit 51 ist mit Elektroenergiezufuhrleitungen der Batteriezelle 42 verbunden. Die stabilisierte Energiezufuhreinheit 51 ist dazu eingerichtet, um Elektroenergie von der Batteriezelle 42 zu der Eingangs-/Ausgangseinheit 52, dem Mikrocomputer 53, und der Kommunikationseinheit 54 zuzuführen. Folglich operieren die Eingangs-/Ausgangseinheit 52, der Mikrocomputer 53, und die Kommunikationseinheit 54 auf bzw. mittels der durch die stabilisierte Energiezufuhreinheit 51 zugeführten Elektroenergie.
Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 ist mit der Batteriezelle 42 verbunden, die das Überwachungsziel ist. Insbesondere umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 DC-Spannungseingangsanschlüsse 57, über die die DC-Spannung (oder Anschlussspannung) der Batteriezelle 42 zu der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eingegeben (oder durch diese gemessen) wird. Zwischen der Batteriezelle 42 und den DC-Spannungseingangsanschlüssen 57 ist die Filtereinheit 55 vorgesehen. Insbesondere bestehen die DC-Spannungseingangsanschlüsse 57 aus einem Positivelektrodenseiteneingangsanschluss 57a und einem Negativelektrodenseiteneingangsanschluss 57b. Andererseits umfasst die Filtereinheit 55 RC-(Widerstand-Kondensator)-Filter 55a als Filterschaltkreise und eine Zenerdiode 55b als ein Schutzelement. Die RC-Filter 55a und die Zenerdiode 55b sind zwischen dem Positivelektrodenseiteneingangsanschluss 57a und dem Negativelektrodenseitenanschluss 57b der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 vorgesehen. Das heißt, die RC-Filter 55a und die Zenerdiode 55b sind parallel mit der Batteriezelle 42 verbunden.
Ferner umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 auch Antwortsignaleingangsanschlüsse 58, über die ein Antwortsignal (oder eine Spannungsvariation beziehungsweise Spannungsschwankung), die auf die Innenkompleximpedanzinformation der Batteriezelle 42 hinweist bzw. diese angibt, zu der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eingegeben wird. Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 als eine Antwortsignaleingangseinheit beziehungsweise Antwortsignaleingabeeinheit der Batterieüberwachungsvorrichtung 50.
Ferner ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 mit dem Strommodulationsschaltkreis 56 verbunden, der als eine Signalsteuereinheit wirkt. Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 umfasst einen Befehlssignalausgangsanschluss 59a, über den ein Befehlssignal an den Strommodulationsschaltkreis 56 ausgegeben wird; das Befehlssignal weist auf einen Befehl hin bzw. gibt diesen an, der es dem Strommodulationsschaltkreis 56 befiehlt, zu verursachen, dass ein vorbestimmtes Sinuswellensignal (oder AC-Signal) von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Ferner umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 auch einen Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b, über den ein Stromsignal, das tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird (oder tatsächlich aus dieser herausfließt), als ein Rückkopplungssignal zu der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 durch den Strommodulationsschaltkreis 56 ausgegeben wird.
Die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 ist auch mit dem Mikrocomputer 53 verbunden, um die über die DC-Spannungseingangsanschlüsse 57 eingegebene DC-Spannung, das über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 eingegebene Antwortsignal, und das über den Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b eingegebene Rückkopplungssignal zu dem Mikrocomputer 53 auszugeben. Zudem umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 einen AD-(analog-zu-digital)-Wandler (nicht gezeigt); der AD-Wandler ist dazu eingerichtet, um eingegebene Analogsignale in Digitalsignale zu wandeln und die resultierenden Digitalsignale an den Mikrocomputer 53 auszugeben.
Ferner ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 dazu eingerichtet, um: das Befehlssignal von dem Mikrocomputer 53 einzugeben, und das Befehlssignal an den Strommodulationsschaltkreis 56 über den Befehlssignalausgangsanschluss 59a auszugeben. Zudem umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 auch einen DA-(digital-zu-analog)-Wandler (nicht gezeigt); der DA-Wandler ist dazu eingerichtet, um von dem Mikrocomputer 53 eingegebene Digitalsignale in Analogsignale zu wandeln und die resultierten Analogsignale zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 auszugeben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine DC-Vorspannung auf das Sinuswellensignal angelegt beziehungsweise angewendet, das durch das Befehlssignal zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 befohlen ist, um zu verhindern, dass das Sinuswellensignal ein negativer Strom (oder bezüglich der Batteriezelle 42 ein Rückwärtsstrom) wird.
Der Strommodulationsschaltkreis 56 ist dazu eingerichtet, um zu veranlassen, dass ein vorbestimmtes AC-Signal (das heißt, Sinuswellensignal) von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird, die das Überwachungsziel ist, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des vorbestimmten AC-Signals ist. Insbesondere umfasst der Strommodulationsschaltkreis 56 ein Halbleiterschaltelement (beispielsweise ein MOSFET) 56a und einen Widerstand 56b, der in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 56a verbunden ist. Das Halbleiterschaltelement 56a hat dessen Drain-Anschluss mit einem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a der Batteriezelle 42 verbunden, und hat dessen Source-Anschluss seriell mit einem Ende des Widerstands 56b verbunden. Ferner ist das andere Ende des Widerstands 56b mit einem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b der Batteriezelle 42 verbunden. Das Halbleiterschaltelement 56a ist dazu eingerichtet, um dazu in der Lage zu sein, ein Ausmaß von zwischen dessen Drain und dessen Source fließenden elektrischen Stroms zu regulieren.
Es soll bemerkt werden, dass abhängig von dem Betriebsbereich des Halbleiterschaltelements 56a ein zusätzlicher in dem Strommodulationsschaltkreis 56 Widerstand in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 56a eingefügt sein kann, um die an das Halbleiterschaltelement 56a angelegte Spannung anzupassen.
Zudem sind die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 jeweils mit Positiv- und Negativelektroden der Batteriezelle 42 verbunden (siehe 7A bis 7B). Es ist wünschenswert, dass die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 jeweils zu - aus allen verbindbaren Abschnitten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 - jenen verbindbaren Abschnitten verbunden sind, die am nähesten zu den Elektroden der Batteriezelle 42 angeordnet sind (siehe 7B). Vergleichbar ist es wünschenswert, dass die DC-Spannungseingangsanschlüsse 57 jeweils mit jenen verbindbaren Abschnitten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b verbunden sind, die am nähesten zu den Elektroden angeordnet sind, oder mit jenen verbindbaren Abschnitten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b verbunden sind, die am zweitnähesten zu den Elektroden angeordnet sind, wobei die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 mit den nähesten verbindbaren Abschnitten zu den Elektroden verbunden sind. In diesen Fällen ist es möglich, den Einfluss eines Spannungsabfalls, der durch einen Hauptstrom oder einen Ausgleichsstrom verursacht ist, auf das über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 zu der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eingegebene Antwortsignal und die über die DC-Spannungseingangsanschlüsse 57 zu der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eingegebene DC-Spannung zu minimieren.
Ferner ist bei dem Strommodulationsschaltkreis 56 ein Stromerfassungsverstärker 56c vorgesehen, der an beiden Enden des Widerstands 56b verbunden ist, um als eine Stromerfassungseinheit zu wirken. Insbesondere ist der Stromerfassungsverstärker 56c dazu eingerichtet, um ein Signal (das heißt, Stromsignal), das durch den Widerstand 56b fließt, zu erfassen, und das erfasste Signal als das Rückkopplungssignal zu dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 auszugeben.
Ferner ist bei dem Strommodulationsschaltkreis 56 auch ein Rückkopplungsschaltkreis 56d vorgesehen. Der Rückkopplungsschaltkreis 56d ist dazu eingerichtet, um: (1) das Befehlssignal von dem Befehlssignalausgangsanschluss 59a der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 und das Rückkopplungssignal von dem Stromerfassungsverstärker 56c einzugeben, (2) das Befehlssignal und das Rückkopplungssignal zu vergleichen, und (3) ein Signal, das auf das Ergebnis des Vergleichs hinweist bzw. dieses angibt, an einen Gate-Anschluss des Halbleiterschaltelements 56a auszugeben.
Basierend auf dem von dem Rückkopplungsschaltkreis 56d ausgegebenen Signal reguliert das Halbleiterschaltelement 56a die zwischen dessen Gate und dessen Source angelegte Spannung und reguliert dadurch das Ausmaß von zwischen dessen Drain und dessen Source fließenden elektrischen Stroms, um zu verursachen, dass das durch das Befehlssignal befohlene Sinuswellensignal (oder vorbestimmte AC-Signal) von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Zudem reguliert, wenn es eine Abweichung zwischen der Wellenform des durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignals und der Wellenform des tatsächlich durch den Widerstand 56b fließenden Sinuswellensignals gibt, das Halbleiterschaltelement 56a das Ausmaß elektrischen Stroms basierend auf dem von dem Rückkopplungsschaltkreis 56d ausgegebenen Signal, um dadurch die Abweichung zu korrigieren. Folglich kann das durch den Widerstand 56d fließende Sinuswellensignal stabilisiert werden.
Als nächstes wird ein Prozess einer Berechnung der komplexen Impedanz jeder der Batteriezellen 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Dieser Prozess wird wiederholt durch die entsprechende Batterieüberwachungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess stellt als erstes in Schritt S101 der Mikrocomputer 53 der entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eine Messfrequenz der komplexen Impedanz innerhalb einer vorbestimmten Frequenzspanne ein.
In Schritt S102 stellt der Mikrocomputer 53 die Frequenz des Sinuswellensignals (oder vorbestimmten AC-Signals) basierend auf der in Schritt S101 eingestellten Messfrequenz ein. Dann gibt der Mikrocomputer 53 das Befehlssignal an die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 aus. Wie vorstehend beschrieben weist das Befehlssignal auf einen Befehl, der dem Strommodulationsschaltkreis 56 befiehlt, zu verursachen, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird, hin, bzw. gibt diesen an.
Auf eine Eingabe des Befehlssignals zu diesem hin gibt die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 das Befehlssignal durch die Digital-zu-Analog-Wandlung durch den DA-Wandler zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 aus. Dann verursacht der Strommodulationsschaltkreis 56 gemäß dem Befehlssignal, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, ausgegeben wird, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des Sinuswellensignals ist.
Insbesondere reguliert bei dem Strommodulationsschaltkreis 56 das Halbleiterschaltelement 56a das Ausmaß von elektrischem Strom basierend auf dem zu diesem über den Rückkopplungsschaltkreis 56d eingegebenen Signal, um zu verursachen, dass das durch das Befehlssignal befohlene Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Folglich wird das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben.
Auf eine Ausgabe des Sinuswellensignals von der Batteriezelle 42 hin, mit anderen Worten, auf eine Anwendung einer Störung auf die Batteriezelle 42 hin, tritt eine Variation beziehungsweise Schwankung bezüglich der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batteriezelle 42 auf; die Spannungsschwankung beziehungsweise Spannungsvariation weist auf die Innenkompleximpedanzinformation der Batteriezelle 42 hin bzw. gibt diese an.
Dann gibt die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 die Spannungsschwankung, die über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 zu der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 eingegeben ist, als das Antwortsignal an den Mikrocomputer 53 aus. Insbesondere gibt die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 das Antwortsignal durch die Analog-zu-Digital-Wandlung mittels des AD-Wandlers aus.
In Schritt S103 empfängt der Mikrocomputer 53 das von der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 ausgegebene Antwortsignal.
In Schritt S104 erlangt der Mikrocomputer 53 das durch den Widerstand 56b des Strommodulationsschaltkreises 56 fließende Stromsignal (das heißt, das von der Batteriezelle 42 ausgegebene Sinuswellensignal). Insbesondere empfängt der Mikrocomputer 53 über die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 das Rückkopplungssignal (oder erfasste Signal), das von dem Stromerfassungsverstärker 56c ausgegeben wird, als das Stromsignal.
Zudem kann anstelle des Rückkopplungssignals ein Signal, das proportional zu dem zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 ausgegebenen Befehlssignal ist, als das Stromsignal verwendet werden.
In Schritt S105 berechnet der Mikrocomputer 53 die Kompleximpedanz beziehungsweise komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf sowohl dem Antwortsignal als auch dem Stromsignal. Insbesondere berechnet der Mikrocomputer 53 zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz basierend auf der Amplitude des Antwortsignals und der Phasendifferenz des Antwortsignals von dem Stromsignal.
In Schritt S106 gibt der Mikrocomputer 53 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 an die ECU 60 aus. Dann endet der Kompleximpedanzberechnungsprozess.
Der vorstehende Berechnungsprozess wird wiederholt, bis die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bezüglich einer Vielzahl von Messfrequenzen innerhalb der vorbestimmten Frequenzspanne berechnet wurde. Basierend auf den Berechnungsergebnissen erstellt die ECU 60 beispielsweise ein Kompleximpedanzebenendiagramm (oder Cole-Cole-Diagramm) und bestimmt dadurch die Charakteristika der Elektroden und des Elektrolyts der Batteriezelle 42. Beispielsweise bestimmt die ECU 60 den SOC und/oder SOH der Batteriezelle 42.
Zudem ist es nicht notwendigerweise benötigt, das gesamte Cole-Cole-Diagramm zu erstellen. Stattdessen ist es möglich, lediglich auf einen Teil des Cole-Cole-Diagramms zu fokussieren. Beispielsweise ist es möglich: (1) die Kompleximpedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz mit vorbestimmten Zeitintervallen während einer Fortbewegung des Fahrzeugs zu messen, und (2) Änderungen bezüglich des SOC, SOH und der Temperatur der Batteriezelle 42 während der Fortbewegung basierend auf der Änderung der Kompleximpedanz bei der spezifischen Frequenz mit der Zeit zu bestimmen. Alternativ ist es auch möglich: (1) die Kompleximpedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz mit vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise einmal jeden Tag, jede Woche, oder jedes Jahr) zu messen, und (2) die Änderung des SOH der Batteriezelle 42 mit der Zeit basierend auf der Änderung der Kompleximpedanz bei der spezifischen Frequenz mit der Zeit zu bestimmen.
Als nächstes wird die elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen 42 und den entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist eine schematische Draufsicht von der oberen Seite (das heißt, der Seite, bei der die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 angeordnet sind) der Batteriezellen 42 und der entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtungen 50.
Wie in 4 gezeigt umfasst jede der Batteriezellen 42 ein Empfangsgehäuse 42a, in dem andere Komponenten der Batteriezelle 42 empfangen beziehungsweise aufgenommen sind, wie das Elektrolyt und die Elektroden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jede der Batteriezellen 42 (insbesondere das Empfangsgehäuse 42a davon) als ein flacher rechteckiger Quader ausgeformt. Ferner sind bei jeder der Batteriezellen 42 deren Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 (das heißt, Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b) an einer oberen Endfläche davon vorgesehen. Insbesondere sind bei jeder der Batteriezellen 42 deren Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 jeweils an gegenüberliegenden Endabschnitten der oberen Endfläche in einer Längsrichtung davon (das heißt, der vertikalen Richtung in 4) vorgesehen.
Die Batteriezellen 42 sind in einer lateralen Richtung davon (das heißt, der Links-Rechts-Richtung in 4) gestapelt, um Seitenflächen der Empfangsgehäuse 42a davon bezüglich einander überlappend zu haben. Insbesondere sind die Batteriezellen 42 derart gestapelt, dass für jedes benachbarte Paar der Batteriezellen 42 die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b einer des Paars der Batteriezellen 42 in der lateralen Richtung jeweils mit den Negativelektrodenseiten- und Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen 71b und 71a der anderen des Paars der Batteriezellen 42 ausgerichtet sind. Folglich sind die Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a der Batteriezellen 42 abwechselnd mit den Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen 71b der Batteriezellen 42 in der lateralen Richtung beziehungsweise Querrichtung angeordnet.
Ferner ist für jede der Batteriezellen 42 der Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a der Batteriezelle 42 über einen Sammelleiter 73 mit dem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b derjenigen der Batteriezellen 42, die an einer lateralen Seite der und benachbart zu der Batteriezelle 42 angeordnet ist, verbunden, und der Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b der Batteriezelle 42 ist über einen Sammelleiter 73 mit dem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a jener der Batteriezellen 42, die an der anderen lateralen Seite der und benachbart zu der Batteriezelle 42 angeordnet ist, verbunden. Folglich sind alle der Batteriezellen 42 über die Sammelleiter 73 elektrisch in Reihe miteinander verbunden.
Jeder der Sammelleiter 73 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet und dünnplattenartig ausgeformt. Ferner hat jeder der Sammelleiter 73 eine Länge, die geeignet ist, um ein benachbartes Paar der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 in der Lateralrichtung zu verbinden, beispielsweise eine Länge ca. zweimal der Dicke jeder der Batteriezellen 42 in der Lateralrichtung. Ferner ist jeder der Sammelleiter 73 mit einem benachbarten Paar der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 aneinandergefügt (beispielsweise mittels Schweißen), um äußere Endabschnitte (oder äußere Hälften) des Paars der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 in der Längsrichtung der Batteriezellen 42 abzudecken.
Zwischen dem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a und dem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b jeder der Batteriezellen 42 ist eine ebene Schaltkreisplatine 72 angeordnet. Die Schaltkreisplatine 72 ist beispielsweise mittels eines PCB (gedruckte Leiterplatte) oder FPC (flexible gedruckte Schaltung) implementiert. Auf der Schaltkreisplatine 72 erstrecken sich aus einem elektrisch leitfähigen Metall ausgebildete elektrische Pfade (oder Signalverdrahtungen), um auf der Schaltkreisplatine 72 angeordnete Schaltkreiselemente zu verbinden.
Insbesondere sind die elektrischen Pfade grundsätzlich in Paaren auf der Schaltkreisplatine 72 ausgebildet. Beispielsweise sind bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 zur Anwendung beziehungsweise zum Anlegen des Signals, das auf das Ergebnis des bei dem Rückkopplungsschaltkreis 56d gemachten Vergleichs hinweist bzw. dieses angibt, an den Gate-Anschluss des Halbleiterschaltelements 56a (siehe 2) sowohl ein elektrischer Pfad zur Zufuhr des Signals zu dem Gate-Anschluss als auch ein Rückkehrelektropfad des Signals auf der Schaltkreisplatine 72 ausgebildet.
Die auf der Schaltkreisplatine 72 angeordneten (oder befestigten) Schaltkreiselemente umfassen beispielsweise jene Schaltkreiselemente, die den ASIC 50a, die Filtereinheit 55, und den Strommodulationsschaltkreis 56 jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 ausbilden. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur ein einziger ASIC 50a gemeinsam für alle der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 vorgesehen. Mit anderen Worten wird der einzelne ASIC 50a durch alle der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 geteilt bzw. geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet.
Es sollte bemerkt werden, dass der Einfachheit halber in 4 nur der einzelne ASIC 50a und die Halbleiterschaltelemente 56a der Strommodulationsschaltkreise 56 der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 veranschaulicht sind.
Wie in 4 gezeigt, ist die Schaltkreisplatine 72 ausgebildet, um sich in die Stapelrichtung der Batteriezellen 42 (das heißt, der Links-Rechts-Richtung in 4) über die gesamte Spanne der gestapelten Batteriezellen 42 zu erstrecken. Ferner ist die Schaltkreisplatine 72 zwischen den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 (das heißt, den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen 71a und 71b) jeder der Batteriezellen 42 zwischengelagert. Zudem ist die Schaltkreisplatine 72 derart angeordnet, um deren untere Hauptfläche den oberen Endflächen der Batteriezellen 42 gegenüberliegend zu haben, an denen jeweils die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 vorgesehen sind.
Für jede der Batteriezellen 42 ist das entsprechende Halbleiterschaltelement 56a (das heißt, das Halbleiterschaltelement 56a derjenigen der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50, die der Batteriezelle 42 entspricht) zwischen den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 der Batteriezelle 42 angeordnet.
Im Gegensatz dazu ist das ASIC 50a an einem Endabschnitt (das heißt, rechter Endabschnitt in 4) der Schaltkreisplatine 42 in einer Längsrichtung der Schaltkreisplatine 42 (oder der Stapelrichtung der Batteriezellen 42) derart angeordnet, um nicht mit einer der Batteriezellen 42 zu überlappen.
Wie mittels gestrichelter Linien in 4 gezeigt ist für jede der Batteriezellen 42 ein erster elektrischer Pfad 81 in einer geraden Linie an einer oberen Hauptfläche der Schaltkreisplatine 42 ausgebildet, um die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 zu verbinden. In dem ersten elektrischen Pfad 81 ist das entsprechende Halbleiterschaltelement 56a (oder das Halbleiterschaltelement 56a des Strommodulationsschaltkreises 56 der entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtung 50) vorgesehen. Wie vorstehend beschrieben ist das entsprechende Halbleiterschaltelement 56a, das heißt, der entsprechende Strommodulationsschaltkreis 56, dazu eingerichtet, um zu verursachen, dass das vorbestimmte AC-Signal von der Batteriezelle 42 durch den ersten elektrischen Pfad 81 ausgegeben wird.
Ferner sind, wie mittels durchgezogener Linien in 4 gezeigt, für jede der Batteriezellen 42 auch ein Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 an der oberen Hauptfläche der Schaltkreisplatine 42 ausgebildet, um die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezelle 42 mit den entsprechenden Antwortsignaleingangsanschlüssen 58 der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 des ASIC 50a zu verbinden. Mit anderen Worten ist die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 des ASIC 50a mit den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 der Batteriezelle 42 jeweils mittels des Paars von zweiten elektrischen Pfaden 82 verbunden.
Insbesondere besteht das Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 aus einem Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a, der mit dem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a der Batteriezelle 42 verbunden ist, und einem Negativelektrodenseitenzweitelektropfad 82b, der mit dem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b der Batteriezelle 42 verbunden ist. Vergleichbar bestehen die entsprechenden Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 des ASIC 50a aus einem entsprechenden Positivelektrodenseitenantwortsignaleingangsanschluss 58a, der mit dem Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a verbunden ist, und einem entsprechenden Negativelektrodenseitenantwortsignaleingangsanschluss 58b, der mit dem Negativelektrodenseitenzweitelektropfad 82b verbunden ist.
Der Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a ist ausgebildet, um: sich zuerst in einer geraden Linie von dem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a in Richtung des Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71b zu erstrecken; dann mit einem rechten Winkel von 90° gebogen zu sein, um sich in der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 82 zu dem Endabschnitt der Schaltkreisplatine 72 zu erstrecken, wo das ASIC 50a angeordnet ist; und danach erneut mit einem rechten Winkel von 90° gebogen zu sein, um sich zu dem entsprechenden Positivelektrodenseitenantwortsignaleingangsanschluss 58a des ASIC 50a zu erstrecken.
Vergleichbar ist der Negativelektrodenseitenzweitelektropfad 82b ausgebildet, um: sich zuerst in einer geraden Linie von dem Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71b in Richtung des Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71a zu erstrecken; dann an einer Position getrennt von dem Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a mit einem rechten Winkel von 90° gebogen zu sein, um sich parallel zu dem Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a in der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 72 zu dem Endabschnitt der Schaltkreisplatine 72 zu erstrecken, wo das ASIC 50a angeordnet ist; und danach erneut mit einem rechten Winkel von 90° gebogen zu sein, um sich zu dem entsprechenden Negativelektrodenseitenantwortsignaleingangsanschluss 58b des ASIC 50a zu erstrecken.
Es sollte bemerkt werden, dass die zweiten elektrischen Pfade beziehungsweise Zweitelektropfade 82 mit einem rechten Winkel von 90° mit oder ohne einen Biegeradius gebogen sein können. Es sollte auch bemerkt werden, dass die zweiten elektrischen Pfade beziehungsweise Zweitelektropfade 82 alternativ mit einem Winkel ungleich 90° gebogen sein können oder gebogen sein können, um bogenförmige oder abgeschrägte Ecken auszubilden.
Zudem schneiden die zweiten elektrischen Pfade bzw. Zweitelektropfade 82 die mit den anderen Batteriezellen 42 verbundenen ersten elektrischen Pfade bzw. Erstelektropfade 81. Daher sind, um einen direkten Kontakt mit den ersten elektrischen Pfaden 81 zu vermeiden, die zweiten elektrischen Pfade 82 zumindest an Orten, bei denen die zweiten elektrischen Pfade 82 die ersten elektrischen Pfade 81 schneiden, in einer von den ersten elektrischen Pfaden 81 verschiedenen Schicht ausgebildet.
Andererseits würde, wenn die zweiten elektrischen Pfade 82 in einer von dem ersten elektrischen Pfad 81, der mit der gleichen Batteriezelle 42 wie die zweiten elektrischen Pfade 82 verbunden ist, verschiedenen Schicht ausgebildet wären, die Streukapazität zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und den zweiten elektrischen Pfaden 82 aufgrund des dielektrischen Materials (das heißt, Teil der Schaltkreisplatine 72), das zwischen diesen gelagert ist, hoch werden. Daher sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste elektrische Pfad 81 und die zweiten elektrischen Pfade 82, die mit der gleichen Batteriezelle 42 verbunden sind, in der gleichen Schicht ausgebildet.
Ferner ist es, obwohl in 4 nicht gezeigt, in dem Fall, in dem der erste elektrische Pfad 81 und die zweiten elektrischen Pfade 82, die mit der gleichen Batteriezelle 42 verbunden sind, einander schneiden, wünschenswert, dass der erste elektrische Pfad 81 und die zweiten elektrischen Pfade 82 nur an Orten jeweils in unterschiedlichen Schichten ausgebildet sind, an denen diese einander schneiden. Ferner ist es in diesem Fall bevorzugt, dass sich die zweiten elektrischen Pfade 82 senkrecht zu dem ersten elektrischen Pfad 81 erstrecken, um den Bereich zu minimieren, in dem die zweiten elektrischen Pfade 82 den ersten elektrischen Pfad 81 schneiden.
Zudem sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jene Abschnitte der zweiten elektrischen Pfade 82, die die ersten elektrischen Pfade 81, die mit den anderen Batteriezellen 42 verbunden sind, schneiden, in einer von den anderen Abschnitten der zweiten elektrischen Pfade 82 verschiedenen Schicht ausgebildet. Ferner sind die Flächen (oder Größen) jener Abschnitte der zweiten elektrischen Pfade 82, die in einer von den anderen Abschnitten der zweiten elektrischen Pfade 82 verschiedenen Schicht ausgebildet sind, minimiert. Folglich hat die Streukapazität zwischen den zweiten elektrischen Pfaden 82 und den ersten elektrischen Pfaden 81, die mit den anderen Batteriezellen 42 verbunden sind, keinen oder nur geringen Einfluss auf das durch die zweiten elektrischen Pfade 82 übertragene Antwortsignal.
Die vorstehend beschriebenen ersten und zweiten elektrischen Pfade 81 und 82 sind für jede der Batteriezellen 42 ausgebildet. Insbesondere sind die zweiten elektrischen Pfade 82 ausgebildet, um deren Überlappen mit den Halbleiterschaltelementen 56a der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 und den mit den anderen Batteriezellen 42 verbundenen ersten und zweiten elektrischen Pfaden 81 und 82 zu minimieren. Insbesondere sind die jeweils mit den Batteriezellen 42 verbundenen Halbleiterschaltelemente 56a in einer Lateralrichtung der Schaltkreisplatine 72 (das heißt, der vertikalen Richtung in 4) voneinander versetzt. Ferner erstrecken sich alle der Paare der zweiten elektrischen Pfade 82, die jeweils mit den Batteriezellen 42 verbunden sind, parallel zueinander in der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 72 (das heißt, der Links-Rechts-Richtung in 4). Ferner sind alle der Paare der zweiten elektrischen Pfade 82, die jeweils mit den Batteriezellen 42 verbunden sind, in der Querrichtung beziehungsweise Lateralrichtung der Schaltkreisplatine 72 voneinander versetzt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verursacht bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 der Strommodulationsschaltkreis 56, dass das vorbestimmte AC-Signal (das heißt, Sinuswellensignal) von der entsprechenden Batteriezelle 42 durch den ersten elektrischen Pfad 81 ausgegeben wird. Auf eine Ausgabe des AC-Signals hin wird eine elektromotorische Kraft in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 durch das AC-Signal induziert. Jedoch ist das durch das Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 fließende Antwortsignal ein sehr schwaches Signal. Daher kann das Antwortsignal durch die induzierte elektromotorische Kraft in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 beeinflusst werden, was in einem Fehler bei der Messung der komplexen Impedanz der entsprechenden Batteriezelle 42 resultiert.
Um vorstehendes Problem zu lösen sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 dazu eingerichtet, um die induzierte elektromotorische Kraft in den zweiten elektrischen Pfaden 82 zu reduzieren.
Nachstehend wird zur Förderung des Verständnisses vor einer Beschreibung der Konfiguration der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 zur Reduzierung der induzierten elektromotorischen Kraft die Ursache eines Auftretens der induzierten elektromotorischen Kraft und das Prinzip einer Unterdrückung der induzierten elektromotorischen Kraft erklärt.
5A veranschaulicht ein Modell einer Batteriezelle 42. 5B veranschaulicht die ersten und zweiten elektrischen Pfade 81 und 82, die mit der Batteriezelle 42 verbunden sind, und in der Batteriezelle 42 ausgebildete elektrische Pfade (oder Strompfade). Zudem entsprechen Punkte P1 bis P12 in 5A jeweils Punkten P1 bis P12 in 5B.
Die folgende Gleichung (1) repräsentiert das Faradaysche Gesetz, bei dem E das elektrische Feld ist, L die Länge des Pfades des Linienintegrals (des Pfades entlang dessen das Linienintegral berechnet wird) ist, B der Magnetflussdichtevektor ist, S die Fläche des durch den Pfad des Linienintegrals auf der linken Seite umgebenen Bereichs ist, und n der Normalvektor von S ist. Zudem sind das elektrische Feld E und der Magnetflussdichtevektor B Parameter abhängig von sowohl dem Ort als auch der Zeit. $\oint_{L} E \cdot d L = - \int_{S} \frac{\partial}{\partial t} B \cdot n d S$
Gemäß dem Faradayschen Gesetz ist es nur notwendig, dass das elektrische Feld bei dem Pfad des Linienintegrals auf der linken Seite der Gleichung (1) vorhanden ist; und es ist nicht notwendig, dass der Pfad des Linienintegrals durch die elektrischen Leiterelemente, das heißt, durch die elektrischen Pfade, geschlossen ist. Daher kann der Pfad des Linienintegrals auf der linken Seite der Gleichung (1) durch einen Pfad repräsentiert sein, der sequentiell die Punkte P1 bis P2 verbindet. Zudem wird angenommen, dass die Punkte P1 bis P12 mit geraden Linien verbunden sind.
In 5A und 5B repräsentieren die Punkte P10 und P11 jeweils die Positionen der zwei Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 entsprechend der Batteriezelle 42. Die Punkte P9 und P12 entsprechen jeweils den Positionen, bei denen die zweiten elektrischen Pfade 82 jeweils gebogen sind (siehe auch 4). Die Punkte P1 und P8 repräsentieren jeweils die Positionen, bei denen die zweiten elektrischen Pfade 82 jeweils mit den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 (das heißt, den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen 71a und 71b) der Batteriezelle 42 aneinandergefügt sind. Die Punkte P2 und P7 repräsentieren jeweils die Positionen, bei denen gegenüberliegende Endabschnitte des ersten elektrischen Pfads 81 jeweils mit den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 der Batteriezelle 42 aneinandergefügt sind. Das heißt, in 5B repräsentiert die gerade Linie, die die Punkte P2 und P7 verbindet, den ersten elektrischen Pfad 81.
Ferner ist in 5A und 5B der Punkt P3 ein Punkt, der sich auf der geraden Linie befindet, die sich durch den Punkt P2 und senkrecht zu sowohl der die Punkte P2 und P7 verbindenden geraden Linie und der die Punkte P1 und P2 verbindenden geraden Linie erstreckt, und der die Position eines unteren Endes eines freigelegten Abschnitts des Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71a der Batteriezelle 42 repräsentiert. Der freigelegte Abschnitt des Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71a ist von dem Empfangsgehäuse 42a der Batteriezelle 42 freigelegt. Der Punkt P4 ist der Schnittpunkt zwischen der unteren Endfläche (oder Bodenfläche) der Batteriezelle 42 und der geraden Linie, die sich durch sowohl die Punkte P2 als auch P3 und senkrecht zu sowohl der die Punkte P2 und P7 verbindenden geraden Linie als auch der die Punkte P1 und P2 verbindenden geraden Linie erstreckt. Vergleichbar ist der Punkt P6 ein Punkt, der sich auf der geraden Linie befindet, die sich durch den Punkt P7 und senkrecht zu sowohl der die Punkte P2 und P7 verbindenden geraden Linie als auch der die Punkte P7 und P8 verbindenden geraden Linie erstreckt, und der die Position eines unteren Endes eines freigelegten Abschnitts des Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71b der Batteriezelle 42 repräsentiert. Der freigelegte Abschnitt des Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlusses 71b ist von dem Empfangsgehäuse 42a der Batteriezelle 42 freigelegt. Der Punkt P5 ist der Schnittpunkt zwischen der unteren Endfläche der Batteriezelle 42 und der geraden Linie, die sich durch sowohl die Punkte P6 als auch P7 und senkrecht zu sowohl der die Punkte P2 und P7 verbindenden geraden Linie als auch der die Punkte P7 und P8 verbindenden geraden Linie erstreckt. Zudem repräsentiert in 5B der mit Punkten gezeigte Abschnitt das Innere der Batteriezelle 42 (insbesondere das Innere beziehungsweise die Innenseite des Empfangsgehäuses 42a der Batteriezelle 42).
Der Fluss von elektrischem Strom innerhalb des Empfangsgehäuses 42a der Batteriezelle 42 hängt von der Struktur der Elektroden ab und ist daher kompliziert. Jedoch würde durch innerhalb des Empfangsgehäuses 42a der Batteriezelle 42 fließenden elektrischen Strom erzeugter Magnetfluss durch an den Oberflächen des Empfangsgehäuses 42a (mit anderen Worten durch den Schildeffekt des Empfangsgehäuses 42) erzeugten Wirbelstrom ausgelöscht werden. Daher kann unter der Annahme, dass elektrische Ströme entlang des ersten elektrischen Pfads 81 von dem Punkt P2 zu dem Punkt P7 fließen, der Fluss des elektrischen Stroms innerhalb des Empfangsgehäuses 42 als durch den Punkt P6 → Punkt P5 → Punkt P4 → Punkt P3 fließend vereinfacht werden. Es sollte bemerkt werden, dass: der durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende elektrische Strom das vorbestimmte AC-Signal ist; und der Fluss des elektrischen Stroms daher nicht unidirektional sondern bidirektional ist.
Wie in 5B gezeigt, wird, wenn der elektrische Strom entlang des ersten elektrischen Pfads 81 von dem Punkt P2 zu dem Punkt P7 fließt, der Magnetflussdichtevektor B im Uhrzeigersinn erstellt. Folglich wird eine elektromotorische Kraft V1 (durch gestrichelte Linien in 5B gekennzeichnet) in dem elektrischen Pfad induziert, der sich durch den Punkt P7 → Punkt P8 → Punkt P9 → Punkt P10→ Punkt P11 → Punkt P12 → Punkt P1 → Punkt P2 erstreckt, das heißt, in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 induziert, um zu verursachen, dass das elektrische Potential an dem Punkt P7 größer als das elektrische Potential an dem Punkt P2 wird.
Zu der gleichen Zeit wird eine elektromotorische Kraft V2 (durch gestrichelte Linien in 5B gekennzeichnet) in dem elektrischen Pfad induziert, der sich durch den Punkt P7 → Punkt P6 → Punkt P5 → Punkt P4 → Punkt P3 → Punkt P2 erstreckt, das heißt, in der Batteriezelle 42 induziert, um zu verursachen, dass das elektrische Potential an dem Punkt P7 größer als das elektrische Potential an dem Punkt P2 wird. Das heißt, die elektromotorische Kraft V1 und die elektromotorische Kraft V2 werden derart induziert, um einander auszulöschen.
Ferner wird in Hinblick auf den Umstand, dass die rechte Seite der Gleichung (1) die Änderung des Magnetflusses mit der Zeit repräsentiert, das Produkt des Magnetflussdichtevektors B und der Normalenvektor n wie folgt berücksichtigt. Hierbei wird angenommen, dass bezüglich des ersten elektrischen Pfades 81, durch den das vorbestimmte AC-Signal fließt, eine Auswärtsrichtung von dem Inneren der Batteriezelle 42 als eine positive Richtung beziehungsweise Positivrichtung des Normalenvektors n definiert ist.
Wie in 5B gezeigt, werden, wenn der elektrische Strom entlang des ersten elektrischen Pfads 81 von dem Punkt P2 zu dem Punkt P7 fließt, das Produkt (ϕ1) des Magnetflussdichtevektors B und des Normalenvektors n1 eines ersten Bereichs S1, der an der Schaltkreisplatine 42 definiert ist, positiv; der erste Bereich S1 ist durch den elektrischen Pfad umgeben, der sich durch den Punkt P1 → Punkt P2 → Punkt P7 → Punkt P8 → Punkt P9 → Punkt P10 → Punkt P11 → Punkt P12 → Punkt P1 erstreckt. Zudem kann der erste Bereich S1 als ein Bereich angesehen werden, der durch den ersten elektrischen Pfad 81, das Paar der zweiten elektrischen Pfade 82, und die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71 der Batteriezelle 42 umgeben ist.
Zu der gleichen Zeit wird das Produkt (ϕ2) des Magnetflussdichtevektors B und des Normalenvektors n2 eines zweiten Bereichs S2, der in der Batteriezelle 42 definiert ist, negativ; der zweite Bereich S2 ist durch den elektrischen Pfad umgeben, der sich durch den Punkt P2 → Punkt P3 → Punkt P4 → Punkt P5 → Punkt P6 → Punkt P7 → Punkt P2 erstreckt. Von Obigem ist klar, dass das Produkt (ϕ1) des Magnetflussdichtevektors B und des Normalenvektors n1 und das Produkt (ϕ2) des Magnetflussdichtevektors B und des Normalenvektors n2 eine entgegengesetzte Positiv/Negativ-Beziehung zueinander haben.
Ferner kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gleichung (1) als die folgende Gleichung (2) umformuliert werden, wobei S1 die Fläche des ersten Bereichs S1 und S2 die Fläche des zweiten Bereichs S2 ist. $\oint_{L} E \cdot d L = - [\begin{matrix} \frac{\partial}{\partial t} \int_{S 1} & B \cdot n 1 d S 1 + \frac{\partial}{\partial t} \int_{S 2} & B \cdot n 2 d S 2 \end{matrix}]$
Zudem repräsentieren die linken Seiten der Gleichungen (1) und (2) die gesamtinduzierte elektromotorische Kraft. Aus der Gleichung (2) ist klar, dass die gesamtinduzierte elektromotorische Kraft gleich der Summe des Ergebnisses eines Teildifferenzierens des Oberflächenintegrals des Magnetflussdichtevektors B über den ersten Bereich S1 (das heißt, des Magnetflusses durch den ersten Bereich S1) bezüglich einer Zeit t und des Ergebnisses eines Teildifferenzierens des Oberflächenintegrals des Magnetflussdichtevektors B über den zweiten Bereich S2 (das heißt, des Magnetflusses durch den zweiten Bereich S2) bezüglich einer Zeit t ist.
Die Gestaltungsspezifikation beziehungsweise Designspezifikation der Batteriezellen 42 ist grundsätzlich vorbestimmt. Daher ist es schwierig, die Konfiguration (das heißt, die Form des Empfangsgehäuses 42a, die Anordnung und Form der Elektroden, die Anordnung und Form der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71, und so weiter) der Batteriezellen 42 zu ändern. In Hinblick dessen ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Größe (oder Fläche) des ersten Bereichs S1 eingestellt, um die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 durch das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende vorbestimmte AC-Signal induziert wird, innerhalb einer erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben, die Null einschließt.
Insbesondere haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung mittels experimenteller Ermittlung herausgefunden, dass sich die induzierte elektromotorische Kraft mit der Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 ändert, wie in 6 gezeigt. Zudem repräsentiert in 6 die horizontale Achse die Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden, und die vertikale Achse repräsentiert die Magnitude der induzierten elektromotorischen Kraft.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Größe des ersten Bereichs S1 durch Anpassen der Distanz beziehungsweise des Abstands zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 derart eingestellt, um die induzierte elektromotorische Kraft innerhalb der erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.
Die erlaubbare Elektromotorische-Kraft-Spanne kann beispielsweise basierend auf der Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 und der Amplituden des Antwortsignals und von Rauschsignalen eingestellt werden. Insbesondere ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erlaubbare Elektromotorische-Kraft-Spanne eingestellt, um eine Spanne von ±200µV mit Null in der Mitte (siehe 6) zu sein. Mit anderen Worten ist die erlaubbare Elektromotorische-Kraft-Spanne eingestellt, um von -200µV bis 200µV zu reichen.
Zudem kann in dem Fall, in dem es möglich ist, den durch den ersten elektrischen Pfad 81 und das Empfangsgehäuse 42a der Batteriezelle 42 umgebenen zweiten Bereich S2 zu bestimmen, die Größe des ersten Bereichs S1 gemäß dem zweiten Bereich S2 einzustellen, um die Differenz zwischen einem ersten Magnetfluss und einem zweiten Magnetfluss innerhalb einer erlaubbaren Magnetflussdifferenzspanne, die Null einschließt, zu haben. Hierbei bezeichnet der erste Magnetfluss den Magnetfluss, der durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugt wird, um durch den ersten Bereich S1 zu fließen, und der zweite Magnetfluss bezeichnet den Magnetfluss, der durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugt wird, um durch den zweiten Bereich S2 zu fließen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die induzierte elektromotorische Kraft in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 zu unterdrücken. Zudem kann die erlaubbare Magnetflussdifferenzspanne beispielsweise basierend auf der Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 und der Amplituden des Antwortsignals und von Rauschsignalen eingestellt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Effekte zu erzielen.
Bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Größe (oder Fläche) des ersten Bereichs S1 derart eingestellt, um die induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 durch das durch den ersten elektrischen Pfad fließende vorbestimmte AC-Signal induziert wird, innerhalb der erlaubten beziehungsweise erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne, die Null einschließt, zu haben. Insbesondere wird die Größe des ersten Bereichs S1 durch Anpassen der Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 eingestellt. Folglich wird es, wenn das vorbestimmte AC-Signal von der Batteriezelle 42 durch den ersten elektrischen Pfad 81 ausgegeben wird, möglich, zu vermeiden, dass in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 eine große elektromotorische Kraft durch eine Magnetflussänderung aufgrund des AC-Signals induziert wird. Als ein Ergebnis wird es möglich, ein Auftreten eines Fehlers bei einer Erfassung des Antwortsignals zu unterdrücken, wodurch die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf dem erfassten Antwortsignal verbessert wird.
Ferner umfasst bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Strommodulationsschaltkreis 56 das Halbleiterschaltelement 56a, um als die Signalsteuereinheit zu wirken. Der ASIC 50a umfasst die Eingangs-/Ausgangseinheit 52, die als die Antwortsignaleingangseinheit wirkt, und den Mikrocomputer 53, der als die Berechnungseinheit wirkt. Alle aus dem Strommodulationsschaltkreis 56, dem ASIC 50a, dem ersten elektrischen Pfad 81, und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Folglich wird es möglich, basierend auf dem vorstehend beschriebenen Prinzip die induzierte elektromotorische Kraft durch Anpassung der Größe des ersten Bereichs S1, der durch den ersten elektrischen Pfad 81 und das Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 umgeben ist, zu unterdrücken. Ferner ist das ASIC 50a an einem Endabschnitt (das heißt rechter Endabschnitt in 4) der Schaltkreisplatine 72 angeordnet. Folglich ist die Distanz von dem ersten elektrischen Pfad 81 zu dem ASIC 50a im Vergleich mit dem Fall einer Anordnung des ASIC 50a zwischen den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen 71a und 71b der Batteriezelle 42 erhöht. Als ein Ergebnis wird es schwierig, dass das ASIC 50a durch den durch das durch den ersten elektrischen Pfad 81 fließende vorbestimmte AC-Signal erzeugten Magnetflussdichtevektor beeinflusst wird.
Bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Strommodulationsschaltkreis 56 dazu eingerichtet, um zu verursachen, dass das Sinuswellensignal (oder vorbestimmte AC-Signal) von der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, ausgegeben wird, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des Sinuswellensignals ist. Folglich wird es unnötig, eine externe Elektroenergiequelle zum Anlegen einer Störung an die Batteriezelle 42 (das heißt, Verursachen des von der Batteriezelle 42 auszugebenden Sinuswellensignals) für den Zweck einer Messung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 einzusetzen. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Teilezahl und die Größe der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 zu reduzieren, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.
Ferner sind grundsätzlich mit einer fahrzeugseitigen Speicherbatterie Peripheriegeräte wie ein Schutzelement und ein Filterschaltkreis verbunden.
Daher kann, wenn ein AC-Signal als eine Störung in die Speicherbatterie eingegeben wird, ein Teil des AC-Signals zu den Peripheriegeräten abfließen bzw. lecken. Beispielsweise sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit jeder der Batteriezellen 42 die RC-Filter 55a und die Zenerdiode 55b verbunden. Daher kann, wenn ein AC-Signal zu der Batteriezelle 42 eingegeben wird, ein Teil des AC-Signals zu den RC-Filtern 44a und der Zenerdiode 55b abfließen bzw. lecken. Folglich könnte es, wenn die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf einem Antwortsignal der Batteriezelle 42 auf das eingegebene AC-Signal berechnet würde, aufgrund eines Fehlers in dem Antwortsignal, der durch das Abfließen beziehungsweise Lecken des AC-Signals verursacht ist, unmöglich sein, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz sicherzustellen.
Im Gegensatz dazu ist, wie vorstehend beschrieben, der Strommodulationsschaltkreis 56 dazu eingerichtet, um zu verursachen, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, ausgegeben wird, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des Sinuswellensignals ist. Folglich wird es möglich, einen geschlossenen Kreis mit dem Strommodulationsschaltkreis 56 und der Batteriezelle 42 zu realisieren. Als ein Ergebnis wird es möglich, Stromleckagen beziehungsweise ein Stromabfließen von der Batteriezelle 42 zu den Peripheriegeräten zu eliminieren, wodurch ein Auftreten eines Fehlers in dem Antwortsignal unterdrückt wird.
Ferner kann eine Abweichung zwischen dem tatsächlich durch den Widerstand 56b fließenden Stromsignal und dem erwünscht von der Batteriezelle 42 auszugebenden Sinuswellensignal auftreten; diese Abweichung kann einen Fehler in dem Antwortsignal verursachen. In Hinblick auf Obiges ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Strommodulationsschaltkreis 56 dazu eingerichtet, um den Rückkopplungsschaltkreis 56b aufzuweisen. Der Rückkopplungsschaltkreis 56d führt basierend auf einem Vergleich zwischen dem Rückkopplungssignal (das heißt, dem erfassten Signal) und dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal eine Rückkopplungssteuerung für den Ein-/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements 56a durch. Folglich wird es möglich, dass das befohlene (oder gewünschte) Sinuswellensignal stabil und genau von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei einem Befehlen der Wellenform des Sinuswellensignals an den Strommodulationsschaltkreis 56 durch das Befehlssignal die Digital-zu-Analog-Wandlung für das Befehlssignal durchgeführt. Jedoch kann ein Fehler bei der Wellenform des Befehlssignals während der Digital-zu-Analog-Wandlung auftreten. Zur Unterdrückung eines Auftretens eines solchen Fehlers kann ein Filterschaltkreis zwischen der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 und dem Strommodulationsschaltkreis 56 vorgesehen sein, um die Wellenform des Befehlssignals zu glätten. Jedoch würde in diesem Fall die Größe und Herstellungskosten der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 erhöht werden.
Insbesondere ist die Kapazität einer Fahrzeugbatteriezelle 42 grundsätzlich groß. Daher tendiert die Spanne von Messfrequenzen bei einer Berechnung (oder Messung) der komplexen Impedanz der Batterie 42 dazu, breit zu werden. Entsprechend würde, wenn ein Filterschaltkreis zwischen der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 und dem Strommodulationsschaltkreis 56 vorgesehen wäre, um die Wellenform des Befehlssignals zu glätten, die Größe des Filterschaltkreises ebenso groß werden.
Im Gegensatz dazu führt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie vorstehend beschrieben der Rückkopplungsschaltkreis 56d die Rückkopplungssteuerung für den Ein-/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements 56a durch, wodurch ein Auftreten eines Fehlers bei der Wellenform des Befehlssignals unterdrückt wird. Folglich wird es unnötig, einen Filterschaltkreis zwischen der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 und dem Strommodulationsschaltkreis 56 bereitzustellen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Strommodulationsschaltkreis 56 dazu eingerichtet, um das durch den Widerstand 56b fließende Stromsignal zu erfassen und das erfasste Stromsignal als das Rückkopplungssignal über die Eingangs-/Ausgangseinheit 52 an den Mikrocomputer 53 auszugeben. Dann berechnet der Mikrocomputer 53 die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 unter Verwendung des Rückkopplungssignals als das Stromsignal. Folglich ist es, wenn es eine Abweichung (beispielsweise eine Phasenabweichung) zwischen dem Stromsignal, das tatsächlich durch den Widerstand 56b fließt, und dem gewünscht von der Batteriezelle 42 auszugebenden Sinuswellensignal (das heißt, dem durch den Mikrocomputer 53 befohlenen Sinuswellensignal) gibt, weiterhin möglich, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz unter Verwendung des Rückkopplungssignals (das heißt, des Stromsignals, das tatsächlich durch den Widerstand 56b fließt) sicherzustellen.
Ferner wird es, da die Signalkorrektur mittels des Rückkopplungssignals wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird, unnötig, einen Filterschaltkreis zwischen der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 und dem Strommodulationsschaltkreis 56 vorzusehen. Folglich wird es möglich, die Größe und Herstellungskosten der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 zu minimieren.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 jeweils mit - aus allen verbindbaren Abschnitten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 - jenen verbindbaren Abschnitten verbunden, die am nähesten zu den Elektroden der Batteriezelle 42 angeordnet sind. Folglich wird es möglich, den Einfluss von Impedanzkomponenten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 auf das über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 zu der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eingegebene Antwortsignal zu unterdrücken, wodurch die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 verbessert wird.
Insbesondere umfassen, wie in 7A und 7B veranschaulicht, die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b der Batteriezelle 42 Impedanzkomponenten. Daher wird bevorzugt, dass die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 jeweils mit denjenigen verbindbaren Abschnitten der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b verbunden sind, die näher zu den Elektroden angeordnet sind, wie in 7B gezeigt, als jene verbindbaren Abschnitte, die weiter entfernt von den Elektroden angeordnet sind, wie in 7A gezeigt. Zudem ist es, wie in 7B gezeigt, bevorzugt, dass jene verbindbaren Abschnitte der Elektroenergiezufuhranschlüsse 71a und 71b, mit denen die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 jeweils verbunden sind, näher zu den Elektroden angeordnet sind als jene verbindbaren Abschnitte, zu denen Anschlüsse des Strommodulationsschaltkreises 56 jeweils verbunden sind.
Zweites Ausführungsbeispiel
Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weisen vergleichbare Konfiguration wie die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Daher werden nachstehend hauptsächlich die Differenzen beziehungsweise Unterschiede dazwischen beschrieben.
Wie in 8A und 8B gezeigt, ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Schaltkreisplatine 72 an einem Endabschnitt davon in der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 72 (oder der Stapelrichtung der Batteriezellen 42) gebogen. Folglich umfasst die Schaltkreisplatine 72 sowohl einen ersten Teil 72a als auch einen zweiten Teil 72b. Der erste Teil 72a ist zwischen den Elektroenergiezufuhranschlüssen 71 jeder der Batteriezellen 42 angeordnet, um den oberen Endflächen der Batteriezellen 42, an denen die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 jeweils vorgesehen sind, gegenüber zu liegen. Andererseits ist der zweite Teil 72b angeordnet, um senkrecht zu dem ersten Teil 72a zu sein, das heißt, parallel zu Seitenflächen der Batteriezellen 42. Das heißt, der zweite Teil 72b liegt gegenüber den Seitenflächen der Batteriezellen 42. An dem zweiten Teil 72b sind das ASIC 50a und ein Teil jedes der zweiten elektrischen Pfade 82 vorgesehen. Nachstehend werden die ersten und zweiten Teile 72a und 72b der Schaltkreisplatine 72 jeweils als die erste Schaltkreisplatine 72a und die zweite Schaltkreisplatine 72b bezeichnet.
Zudem kann die Schaltkreisplatine 72 als eine einzelne FPC (flexible gedruckte Schaltung), die gebogen ist, um erste und zweite Teile aufzuweisen, die sich senkrecht zueinander erstrecken, implementiert sein. In diesem Fall bilden die ersten und zweiten Teile der einzelnen FPC jeweils die ersten und zweiten Schaltkreisplatinen 72a und 72b aus, die integral miteinander ausgebildet sind. Als eine Alternative kann die Schaltkreisplatine 72 durch zwei Schaltkreisplatinen implementiert sein, die separat voneinander und sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander mittels beispielsweise einem Verbinder und/oder einer FPC verbunden sind. In diesem Fall bilden die zwei Schaltkreisplatinen jeweils die ersten und zweiten Schaltkreisplatinen 72a und 72b aus.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das ASIC 50a und jene Teile der zweiten elektrischen Pfade 82, die an der zweiten Schaltkreisplatine 72b vorgesehen sind, auf einer von den ersten elektrischen Pfaden 81 und den Strommodulationsschaltkreisen 56 der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 verschiedenen Ebene angeordnet. Folglich werden das ASIC 50a und jene Teile der zweiten elektrischen Pfade 82, die an der zweiten Schaltkreisplatine vorgesehen sind, auf eine von dem Fall verschiedene Weise, in dem das ASIC 50a und die gesamten zweiten elektrischen Pfade 82 auf der gleichen Ebene wie die ersten elektrischen Pfade 81 und die Strommodulationsschaltkreise 56 angeordnet sind, durch den Magnetflussdichtevektor, der durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugt ist, beeinflusst.
Im Hinblick auf Obiges ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Schildelement ein röhrenförmiges Element 101 vorgesehen, um die zweite Schaltkreisplatine 72b zu umgeben. Das röhrenförmige Element 101 ist aus einem elektrischen leitfähigen Material wie einem elektrisch leitfähigen Metall, Harz, oder Kohlenstoff in der Form einer rechteckigen Röhre ausgebildet. Die zweite Schaltkreisplatine 72b wird in dem röhrenförmigen Element 101 empfangen beziehungsweise aufgenommen. Folglich wird es möglich, den Einfluss des durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugten Magnetflussdichtevektors auf das ASIC 50a zu unterdrücken; es wird auch möglich, den Einfluss von externen Magnetfeldern auf das ASIC 50a zu unterdrücken. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz jeder der Batteriezellen 42 zu verbessern.
Ferner wird es mit der zweiten Schaltkreisplatine 72b, die vorgesehen ist, um senkrecht zu der ersten Schaltkreisplatine 72a zu sein, möglich, die Länge der gesamten Schaltkreisplatine 72 in der Stapelrichtung der Batteriezellen 42 im Vergleich mit dem Fall zu reduzieren, in dem beide aus den ersten und zweiten Schaltkreisplatinen 72a und 72b in der gleichen Ebene vorgesehen sind. Zudem wird es mit der zweiten Schaltkreisplatine 72b, die den Seitenflächen der Batteriezellen 42 gegenüberliegt, möglich, die Größe der Gesamtzusammensetzung der Batteriezellen 42 und der entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 zu minimieren.
Ferner umfasst, wie in 8B gezeigt, das röhrenförmige Element 101 ein offenes Ende an der Oberseite (das heißt, der Seite, an der die Elektroenergiezufuhranschlüsse 71 der Batteriezellen 42 angeordnet sind), und eine Bodenwand 102 an der Unterseite (das heißt, der Seite, an der die unteren Endflächen der Batteriezellen 42 angeordnet sind). Bei der Bodenwand 104 ist ein Durchgangsloch 102a ausgebildet, um die Bodenwand 102 in der vertikalen Richtung (das heißt, der Höhenrichtung der Batteriezellen 42) zu durchdringen. Folglich wird es mit dem Durchgangsloch 102a möglich, dass Kühlluft durch das Innere des röhrenförmigen Elements 101 fließt beziehungsweise strömt. Als ein Ergebnis wird es möglich, durch das auf der zweiten Schaltkreisplatine 72b vorgesehene ASIC 50a erzeugte Wärme effektiv abzuleiten.
Zudem ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das röhrenförmige Element 101 separat von den Empfangsgehäusen 42a der Batteriezellen 42 ausgebildet. Jedoch kann das röhrenförmige Element 101 alternativ integral mit zumindest einem der Empfangsgehäuse 42a der Batteriezellen 42 ausgebildet sein. Beispielsweise kann das röhrenförmige Element 101 integral mit einem der Empfangsgehäuse 42a der Batteriezellen 42 ausgebildet sein, um eine Seitenwand mit dem Empfangsgehäuse 42a zu teilen bzw. geteilt zu verwenden bzw. gemeinsam zu verwenden. Als eine andere Alternative kann das röhrenförmige Element 101 integral mit einem Empfangsgehäuse (oder Energiezufuhrgehäuse) des gesamten Batteriepakets 40 ausgebildet sein, um eine Seitenwand mit dem Empfangsgehäuse zu teilen bzw. geteilt zu verwenden bzw. gemeinsam zu verwenden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel haben eine vergleichbare Konfiguration mit den Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher werden nachstehend hauptsächlich die Unterschiede dazwischen beschrieben.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist bei jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 die Größe (oder Fläche) des ersten Bereichs S1 durch Anpassen der Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 derart eingestellt, um die induzierte elektromotorische Kraft innerhalb der erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.
Jedoch sind auf der Schaltkreisplatine 72 verschiedene Schaltkreiselemente und elektrische Pfade angeordnet. Daher ist es nicht immer möglich, die Größe des ersten Bereichs S1 beliebig einzustellen.
In Hinblick auf Obiges ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrisch leitfähiges Element innerhalb des ersten Bereichs S1 an der Schaltkreisplatine 72 angeordnet.
Insbesondere ist eine Schildplatte 110, die elektrisch leitfähig und als eine rechteckige Platte ausgeformt ist, innerhalb des ersten Bereichs S1 angeordnet, insbesondere zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82. Zudem ist im Sinne einer Förderung des Verständnisses die Schildplatte 110 in 9 schraffiert.
Die Schildplatte 110 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Ferner ist die Schildplatte 110 elektrisch mit dem ersten elektrischen Pfad 81 verbunden, um das gleiche elektrische Potential wie der erste elektrische Pfad 81 aufzuweisen. Insbesondere ist zwischen der Schildplatte 110 und dem ersten elektrischen Pfad 81 eine Signalleitung 110a verbunden. Es ist nicht ermöglicht, dass ein elektrischer Strom von dem ersten elektrischen Pfad 81 zu der Schildplatte 110 fließt.
Die Schildplatte 110 blockiert den durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugten Magnetflussdichtevektor B davon, diese zu passieren beziehungsweise durch diese hindurchzutreten. Daher ist mittels der innerhalb des ersten Bereichs S1 angeordneten Schildplatte 110 die effektive Fläche des ersten Bereichs S1, durch die der durch das vorbestimmte AC-Signal erzeugte Magnetflussdichtevektor B tatsächlich hindurchpassiert, wesentlich durch die Fläche der Schildplatte 110 reduziert.
Entsprechend sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl die Größe der Schildplatte 110 als auch die Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 derart angepasst, um die induzierte elektromotorische Kraft innerhalb der erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.
Folglich wird es, wenn es schwierig ist, die Distanz zwischen dem ersten elektrischen Pfad 81 und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden 82 beliebig anzupassen, weiterhin möglich, die induzierte elektromotorische Kraft durch Anpassung der Größe der Schildplatte 110 innerhalb der erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.
Die Signalleitung 110a kann einen Widerstand derart aufweisen, dass das elektrische Potential der Schildplatte 110 stabil gehalten werden kann. Ferner kann die Schildplatte 110 alternativ über eine Signalleitung mit irgendeiner aus den zweiten elektrischen Pfaden 82 verbunden sein. Ferner kann die Schildplatte 110 alternativ andere Formen als die rechteckige Form aufweisen. Beispielsweise kann die Schildplatte 110 alternativ kreisringförmig oder netzförmig sein, um eines oder mehrere Löcher darin ausgebildet zu haben. Zudem kann die Schildplatte 110 aus einem Muster oder einem siegelartigen elektrischen Leiter, der an der Schaltkreisplatine 72 vorgesehen ist, ausgebildet sein.
Viertes Ausführungsbeispiel
10 zeigt die Konfiguration einer Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, die dazu eingerichtet ist, um eine Zweiphasen-Lock-In-Erfassung bezüglich des Antwortsignals durchzuführen.
Wie in 10 gezeigt umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das ASIC 50a der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 einen Differentialverstärker 151, der vorgesehen ist, um die DC-Spannung zwischen den Anschlüssen einer Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, zu messen. Insbesondere ist der Differentialverstärker 151 mit den DC-Spannungseingangsanschlüssen 57 (das heißt, dem Positivelektrodenseiteneingangsanschluss 57a und dem Negativelektrodenseiteneingangsanschluss 57b) verbunden. Ferner ist der Differentialverstärker 151 dazu eingerichtet, um die darin über die DC-Spannungseingangsanschlüsse 57 eingegebene DC-Spannung zu messen, und die gemessene DC-Spannung auszugeben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das ASIC 50a auch einen Vorverstärker 152, der vorgesehen ist, um während der Ausgabe des Sinuswellensignals über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 eine Spannungsschwankung der Batteriezelle als das Antwortsignal einzugeben. Insbesondere ist der Vorverstärker 152 mit den Antwortsignaleingangsanschlüssen 58 verbunden. Ferner ist der Vorverstärker 152 dazu eingerichtet, um die Spannungsschwankung beziehungsweise Spannungsvariation, die darin über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 eingegeben ist, zu verstärken, und die verstärkte Spannungsschwankung als das Antwortsignal auszugeben. Das heißt, die Amplitude des Antwortsignals ist deutlich geringer als die Amplitude der Anschlussspannung (das heißt, Spannung zwischen den Anschlüssen) der Batteriezelle 42; daher wird der Vorverstärker 152 eingesetzt, um die Genauigkeit einer Erfassung des Antwortsignals zu verbessern.
Zudem ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Vorverstärker 152 als ein Einstufenverstärker implementiert. Jedoch sollte bemerkt werden, dass der Vorverstärker 152 alternativ als ein Multistufenverstärker beziehungsweise Mehrstufenverstärker implementiert sein kann.
Ferner ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wie in 10 gezeigt zwischen dem Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss 71a der Batteriezelle 42 und dem Positivelektrodenseitenantwortsignaleingangsanschluss 58 (oder einem Positivelektrodenseitenanschluss des Vorverstärkers 152) ein Kondensator C1 vorgesehen, um eine DC-Komponente der Spannungsschwankung der Batteriezelle 42 abzuschneiden. Folglich wird es möglich, die DC-Komponente, die bezüglich der Innenkompleximpedanzinformation der Batteriezelle 42 irrelevant ist, von der Spannungsvariation beziehungsweise Spannungsschwankung der Batteriezelle 42 zu entfernen, wodurch die Genauigkeit einer Erfassung des Antwortsignals verbessert wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das ASIC 50a ferner einen Signalschalter 153, um zwischen der von dem Differentialverstärker 151 ausgegebenen DC-Spannung und dem von dem Vorverstärker 152 ausgegebenen Antwortsignal auszuwählen. Ferner ist mit dem Signalschalter 153 ein AD-Wandler 154 verbunden, um eine Analog-zu-Digital-Wandlung für dasjenige aus der DC-Spannung und dem Antwortsignal durchzuführen, das durch den Signalschalter 153 ausgewählt ist.
Der AD-Wandler 154 ist mit einer Signalverarbeitungseinheit 155 verbunden, die bei dem vierten Ausführungsbeispiel als eine Berechnungseinheit wirkt. Der AD-Wandler 154 ist dazu eingerichtet, um die DC-Spannung zu der Signalverarbeitungseinheit 155 einzugeben, wenn die DC-Spannung durch den Signalschalter 153 ausgewählt ist. Ferner ist der AD-Wandler 154 auch mit sowohl einem ersten Multiplizierer 156 als auch einem zweiten Multiplizierer 157 verbunden. Der AD-Wandler 154 ist dazu eingerichtet, um das Antwortsignal zu jedem aus den ersten und zweiten Multiplizierern 156 und 157 einzugeben, wenn das Antwortsignal durch den Signalschalter 153 ausgewählt ist. Mit dem ersten Multiplizierer 156 ist ein Oszillierschaltkreis 158, der nachstehend beschrieben wird, verbunden. Ein erstes Referenzsignal wird von dem Oszillierschaltkreis 158 zu dem ersten Multiplizierer 156 eingegeben. Dann berechnet der erste Multiplizierer 156 einen Wert proportional zu dem Realteil des Antwortsignals durch Multiplizieren des ersten Referenzsignals und des Antwortsignals miteinander. Danach gibt der erste Multiplizierer 156 den Wert proportional zu dem Realteil des Antwortsignals über einen Tiefpassfilter 159 an die Signalverarbeitungseinheit 155 aus. Zudem ist in 10 der Realteil des Antwortsignals durch Re |Vr| bezeichnet.
Mit dem zweiten Multiplizierer 157 ist der Oszillierschaltkreis 158 über einen Phasenverschiebungsschaltkreis 160 verbunden. Ein zweites Referenzsignal wird von dem Phasenverschiebungsschaltkreis 160 zu dem zweiten Multiplizierer 157 eingegeben; das zweite Referenzsignal wird durch den Phasenverschiebungsschaltkreis 160 durch Vorverschieben der Phase des ersten Referenzsignals um 90° (das heißt n/2) erzeugt. Insbesondere ist der Phasenverschiebungsschaltkreis 160 dazu eingerichtet, um die Phase eines Sinuswellensignals (das heißt, des ersten Referenzsignals), das von dem Oszillierschaltkreis 158 darin eingegeben ist, vorzuverschieben, und das phasenvorverschobene Sinuswellensignal als das zweite Referenzsignal zu dem zweiten Multiplizierer 157 auszugeben.
Der zweite Multiplizierer 157 berechnet einen Wert proportional zu dem Imaginärteil des Antwortsignals durch Multiplizieren des zweiten Referenzsignals und des Antwortsignals miteinander. Dann gibt der zweite Multiplizierer 157 den Wert proportional zu dem Imaginärteil des Antwortsignals über einen Tiefpassfilter 161 an die Signalverarbeitungseinheit 155 aus. Zudem wird in 10 der Imaginärteil des Antwortsignals durch Im | Vr | bezeichnet.
Der Oszillierschaltkreis 158 ist dazu eingerichtet, um das vorbestimmte Sinuswellensignal auszugeben und wirkt als eine Wellenformbefehlseinheit. Wie vorstehend beschrieben gibt der Oszillierschaltkreis 158 das Sinuswellensignal als das erste Referenzsignal zu sowohl dem ersten Multiplizierer 156 als auch dem Phasenverschiebungsschaltkreis 160 aus. Ferner ist der Oszillierschaltkreis über einen DA-Wandler 162 mit dem Befehlssignalausgangsanschluss 59a verbunden. Der Oszillierschaltkreis 158 gibt das Sinuswellensignal als das Befehlssignal durch die Digital-zu-Analog-Wandlung mittels des DA-Wandlers 162 an den Befehlssignalausgangsanschluss 59a aus.
Der Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b ist mit der Signalverarbeitungseinheit 155 über einen AD-Wandler 163 verbunden. Das Rückkopplungssignal (oder erfasste Signal) wird von dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b durch die Analog-zu-Digital-Wandlung durch den AD-Wandler 163 zu der Verarbeitungseinheit 155 eingegeben.
Die Signalverarbeitungseinheit 155 empfängt sowohl den Wert proportional zu dem Realteil des Antwortsignals als auch den Wert proportional zu dem Imaginärteil des Antwortsignals. Dann berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf diesen Werten beides aus den Real- und Imaginärteilen der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42. Ferner korrigiert die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf dem darin eingegebenen Rückkopplungssignal beide aus den Real- und Imaginärteilen der komplexen Impedanz unter Berücksichtigung der Amplitude des Stromsignals, das tatsächlich durch den Widerstand 56b fließt, und der Phasendifferenz des Stromsignals von dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal.
Ferner berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 auch sowohl den Absolutwert als auch die Phase der komplexen Impedanz. Insbesondere kann, da sowohl der Realteil als auch der Imaginärteil des Antwortsignals durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung erfasst wurde, das Antwortsignal durch | Vr | e^jθv in Polarkoordinaten auf einer komplexen Ebene repräsentiert werden, wobei θv die Phase des Antwortsignals ist. Vergleichbar kann der Strom durch |I| e^jθi in Polarkoordinaten in der komplexen Ebene repräsentiert werden, wobei θi die Phase des Stroms ist. Ferner kann die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 durch | Z | e^jθz in Polarkoordinaten in der komplexen Ebene repräsentiert werden, wobei θz die Phase der komplexen Impedanz ist. Dann kann die folgende Gleichung (3) von V=ZI abgeleitet werden. Zudem ist „j“ die imaginäre Einheit, die (j^2 = -1) erfüllt. $| Z | e^{j θ z} = \frac{| V r | e^{f θ v}}{| I | e^{j θ i}}$
Die Signalverarbeitungseinheit 155 berechnet den Absolutwert der komplexen Impedanz durch (| Z | = | Vr | / | I | ). Ferner berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 die Phase der komplexen Impedanz durch (θv-θi). Danach gibt die Signalverarbeitungseinheit 155 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus. Zudem sind in 10 der Absolutwert und die Phase der komplexen Impedanz jeweils durch | Z | und arg(Z) bezeichnet.
Als nächstes wird ein Prozess einer Berechnung der komplexen Impedanz einer Batteriezelle 42 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. Dieser Prozess wird wiederholt durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess stellt als erstes in Schritt S201 der Oszillierschaltkreis 158 eine Messfrequenz der komplexen Impedanz innerhalb einer vorbestimmten Frequenzspanne ein. Zudem wird bei dem vierten Ausführungsbeispiel die Messfrequenz beispielsweise durch die Signalverarbeitungseinheit 155 bestimmt.
In Schritt S202 wird der Signalschalter 153 eingestellt, um es - aus der von dem Differentialverstärker 151 ausgegebenen DC-Spannung und dem von dem Vorverstärker 152 ausgegebenen Antwortsignal - nur dem Antwortsignal zu erlauben, zu dem AD-Wandler 154 ausgegeben zu werden. Zudem wird der Signalschalter 153 gemäß beispielsweise einem Befehl von der Signalverarbeitungseinheit 155 betrieben.
In Schritt S203 stellt der Oszillierschaltkreis 158 die Frequenz des Sinuswellensignals (oder vorbestimmten AC-Signals) basierend auf der in Schritt S201 eingestellten Messfrequenz ein. Dann gibt der Oszillierschaltkreis 158 das Befehlssignal durch die Digital-zu-Analog-Wandlung durch den DA-Wandler 162 über den Befehlssignalausgangsanschluss 59a zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 aus. Wie vorstehend beschrieben weist das Befehlssignal auf einen Befehl hin bzw. gibt diesen an, der es dem Strommodulationsschaltkreis 56 befiehlt, zu verursachen, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Zudem gibt der Oszillierschaltkreis 158 das Befehlssignal gemäß beispielsweise einem Befehl von der Signalverarbeitungseinheit 155 aus.
Bei der Digital-zu-Analog-Wandlung des Befehlssignals durch den DA-Wandler 162 wird ein geeigneter Versatzwert (das heißt, DC-Vorspannung beziehungsweise DC-Bias) unter Berücksichtigung der DC-Spannung der Batteriezelle 42 eingestellt. Insbesondere wird der Versatzwert beispielsweise durch die Signalverarbeitungseinheit 155 eingestellt. Ferner ist es wünschenswert, dass der Versatzwert basierend auf der DC-Spannung der Batteriezelle 42 eingestellt wird. Zudem kann die DC-Spannung der Batteriezelle 42 durch den Differentialverstärker 151 gemessen werden.
In Schritt S204 verursacht der Strommodulationsschaltkreis 56 gemäß dem Befehlssignal, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, ausgegeben wird, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des Sinuswellensignals ist. Folglich wird das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben. Auf eine Ausgabe des Sinuswellensignals von der Batteriezelle 42 hin, mit anderen Worten auf eine Anwendung beziehungsweise ein Anlegen einer Störung an die Batteriezelle 42 hin, tritt eine Variation beziehungsweise Schwankung bezüglich der Spannung zwischen den Anschlüssen der Batteriezelle 42 auf; die Spannungsschwankung weist auf die Innenkompleximpedanzinformation der Batteriezelle 42 hin bzw. gibt diese an. Dann gibt der Vorverstärker 152 die Spannungsschwankung, die zu dem Vorverstärker 152 über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 eingegeben ist, als das Antwortsignal aus.
Zudem wird während der Eingabe der Spannungsschwankung von der Batterie 42 zu den Antwortsignaleingangsanschlüssen 48 die DC-Komponente der Spannungsschwankung abgeschnitten (oder entfernt) durch den Kondensator C1, was nur den kennzeichnenden Teil der Spannungsschwankung beziehungsweise Spannungsvariation übriglässt. Es ist wünschenswert, dass die Größe der durch den Kondensator C1 abgeschnittenen DC-Komponente basierend auf der DC-Spannung der Batteriezelle 42 angepasst wird. Der Vorverstärker 152 verstärkt die schwache Spannungsschwankung, von der die DC-Komponente entfernt wurde, und gibt die verstärkte Spannungsschwankung als das Antwortsignal aus. Es ist wünschenswert, dass der Grad einer Verstärkung der Spannungsschwankung durch den Vorverstärker 152 basierend auf der DC-Spannung der Batteriezelle 42 angepasst wird.
Der AD-Wandler 154 führt die Analog-zu-Digital-Wandlung bezüglich des Antwortsignals, das zu dem AD-Wandler 154 über den Signalschalter 153 eingegeben ist, durch. Dann gibt der AD-Wandler 154 das Antwortsignal in einer digitalen Form an jeden aus den ersten und zweiten Multiplizierern 156 und 157 aus.
In Schritt S205 empfängt jeder aus den ersten und zweiten Multiplizierern 156 und 157 das Antwortsignal, das von dem AD-Wandler 154 ausgegeben ist.
In Schritt S206 berechnet der erste Multiplizierer 156 einen Wert proportional zu dem Realteil des Antwortsignals durch Multiplizieren des ersten Referenzsignals (das heißt, des Sinuswellensignals von dem Oszillierschaltkreis 158) und des Antwortsignals miteinander. Zu der gleichen Zeit berechnet der zweite Multiplizierer 157 einen Wert proportional zu dem Imaginärteil des Antwortsignals durch Multiplizieren des zweiten Referenzsignals (das heißt, des phasenvorverschobenen Sinuswellensignals von dem Phasenverschiebungsschaltkreis 160) und des Antwortsignals miteinander.
Dann werden die durch die ersten und zweiten Multiplizierer 156 und 157 berechneten Werte jeweils durch die Tiefpassfilter 159 und 161 zu der Signalverarbeitungseinheit 155 eingegeben. Zudem werden bei Durchlaufen durch die Tiefpassfilter 159 und 161 Signalkomponenten verschieden von DC-Komponenten gedämpft beziehungsweise abgeschwächt (oder entfernt).
In Schritt S207 erlangt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rückkopplungssignal (oder erfasste Signal) von dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b. Insbesondere wird das Rückkopplungssignal von dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b zu der Signalverarbeitungseinheit 155 durch die Analog-zu-Digital-Wandlung durch den AD-Wandler 163 eingegeben.
In Schritt S208 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf dem Rückkopplungssignal und den Signalen (oder Werten jeweils proportional zu den Real- und Imaginärteilen des Antwortsignals) von den Tiefpassfiltern 159 und 161 zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42. Zudem wird das Rückkopplungssignal zur Korrektur (oder Eliminierung) jeglicher Abweichung in einer Amplitude oder Phase zwischen dem tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal und dem Sinuswellensignal, von dem gewünscht ist, dass es von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird, verwendet.
In Schritt S209 gibt die Signalverarbeitungseinheit 155 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus. Dann endet der Kompleximpedanzberechnungsprozess.
Der vorstehende Berechnungsprozess wird wiederholt, bis die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bezüglich einer Vielzahl von Messfrequenzen innerhalb der vorbestimmten Frequenzspanne berechnet wurde. Basierend auf den Berechnungsergebnissen erstellt die ECU 60 beispielsweise ein Kompleximpedanzebenendiagramm (oder Cole-Cole-Diagramm), und bestimmt dadurch die Charakteristika der Elektroden und des Elektrolyts der Batteriezelle 42. Beispielsweise bestimmt die ECU 60 den SOC und/oder SOH der Batteriezelle 42.
Zudem wird nicht notwendigerweise benötigt, das gesamte Cole-Cole-Diagramm zu erstellen. Stattdessen ist es möglich, sich nur auf einen Teil des Cole-Cole-Diagramms zu fokussieren. Beispielsweise ist es möglich,: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz mit vorbestimmten Zeitintervallen während einer Fortbewegung des Fahrzeugs zu messen, und (2) Änderungen des SOC, SOH und einer Temperatur der Batteriezelle 42 während der Fortbewegung basierend auf der Änderung der komplexen Impedanz bei der spezifischen Frequenz mit der Zeit zu bestimmen. Alternativ ist es auch möglich,: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz mit vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise einmal jeden Tag, jede Woche, oder jedes Jahr) zu messen, und (2) die Änderung des SOH der Batteriezelle 42 mit der Zeit basierend auf der Änderung der komplexen Impedanz bei der spezifischen Frequenz mit der Zeit zu bestimmen.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Effekte zu erzielen.
Bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 einen Wert proportional zu dem Realteil des Antwortsignals basierend auf dem Produkt des über die Antwortsignaleingangsanschlüsse 58 eingegebenen Antwortsignals und des ersten Referenzsignals zusammen. Ferner berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 auch einen Wert proportional zu dem Imaginärteil des Antwortsignals basierend auf dem Produkt des Antwortsignals und des zweiten Referenzsignals, das durch Verschieben der Phase des Sinuswellensignals (das heißt, des ersten Referenzsignals) erzeugt ist. Dann berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf den vorstehenden Werten. Folglich wird es durch Durchführung der sogenannten Lock-In-Erfassung möglich, von dem Antwortsignal nur eine Komponente mit der gleichen Frequenz wie das durch den Oszillierschaltkreis 158 befohlene Sinuswellensignal zu extrahieren. Daher ist die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel tolerant bezüglich weißem Rauschen und pinkem Rauschen und dazu in der Lage, die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 genau zu berechnen. Dementsprechend ist die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel insbesondere für eine Verwendung in einem Fahrzeug geeignet, bei dem grundsätzlich verschiedene Arten von Rauschen vorhanden sind. Ferner wird es, da die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 tolerant gegenüber Rauschen ist, möglich, den Strom (das heißt, das Sinuswellensignal) zu verringern, dessen Ausgabe von der Batteriezelle 42 verursacht ist. Folglich wird es möglich, einen Verbrauch der Elektroenergie der Batteriezelle 42 zu unterdrücken; es wird auch möglich, eine Erhöhung der Temperaturen der Batteriezelle 42 und des Halbleiterschaltelements 56a der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 zu unterdrücken.
Ferner erlangt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 155 von dem Strommodulationsschaltkreis 56 das Rückkopplungssignal, das das tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebene (oder tatsächlich aus dieser herausfließende) erfasste Stromsignal ist. Dann korrigiert (oder eliminiert) die Signalverarbeitungseinheit 155 irgendeine Abweichung in eine Amplitude oder Phase zwischen dem tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal und dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal. Folglich wird es möglich, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 zu verbessern.
Ferner ist es bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel selbst dann, wenn ein Fehler in der Wellenform des Befehlssignals während der Digital-zu-Analog-Wandlung durch den DA-Wandler 162 auftritt, möglich, den Fehler durch die unter Verwendung des Rückkopplungssignals durchgeführte Korrektur zu unterdrücken. Folglich wird es unnötig, einen Filterschaltkreis zwischen dem Strommodulationsschaltkreis 56 und dem DA-Wandler 162 vorzusehen. Als ein Ergebnis wird es möglich, die Größe und Herstellungskosten der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 zu minimieren.
Fünftes Ausführungsbeispiel
12 zeigt die Konfiguration einer Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, das dazu eingerichtet ist, um eine FFT (Fast-Fourier-Transformation, schnelle Fourier Transformation) bei Signalanalysen durchzuführen.
Wie in 12 gezeigt umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das ASIC 50a der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 eine Signalverarbeitungseinheit 201, die als eine Berechnungseinheit dient, um die FFT durchzuführen. Die Signalverarbeitungseinheit 201 ist dazu eingerichtet, um den Messwert der DC-Spannung der Batteriezelle 42 über den AD-Wandler 154 zu empfangen. Ferner ist die Signalverarbeitungseinheit 201 auch dazu eingerichtet, um das Antwortsignal über den AD-Wandler 154 zu empfangen. Ferner ist die Signalverarbeitungseinheit 201 auch dazu eingerichtet, um das Rückkopplungssignal über den AD-Wandler 163 zu empfangen. Zudem ist die Signalverarbeitungseinheit 201 mit dem Oszillierschaltkreis 158 verbunden und dazu eingerichtet, um dazu in der Lage zu sein, die Frequenz des Sinuswellensignals einzustellen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Signalverarbeitungseinheit 201 die FFT bezüglich jedem aus dem Antwortsignal (das heißt, Spannungssignal) und dem Rückkopplungssignal (das heißt, Stromsignal) durch. Dann berechnet die Signalverarbeitungseinheit 201 den Realteil, den Imaginärteil, den Absolutwert, und die Phase der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf den Ergebnissen einer Durchführung der FFT bezüglich des Antwortsignals und des Rückkopplungssignals. Danach gibt die Signalverarbeitungseinheit 201 die Berechnungsergebnisse zu der ECU 60 über die Kommunikationseinheit 54 aus.
Als nächstes wird ein Prozess einer Berechnung der komplexen Impedanz einer Batteriezelle 42 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Dieser Prozess wird wiederholt durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Schritte S301 bis S305 des Kompleximpedanzberechnungsprozesses gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind jeweils identisch mit Schritten S201 bis S205 des Kompleximpedanzberechnungsprozesses gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Daher werden nachstehend Beschreibungen der Schritte S301 bis S305 des Kompleximpedanzberechnungsprozesses gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weggelassen.
Zudem werden bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Messfrequenz und der Versatzwert (das heißt DC-Vorspannung beziehungsweise DC-Bias) durch die Signalverarbeitungseinheit 201 eingestellt. Ferner werden ein Betrieb des Signalschalters 153 und eine Ausgabe des Befehlssignals durch die Signalverarbeitungseinheit 201 befohlen (oder gesteuert).
In Schritt S306 des Kompleximpedanzberechnungsprozesses gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel führt die Signalverarbeitungseinheit 201 die FFT bezüglich des von dem AD-Wandler 154 empfangenen Antwortsignals durch. Folglich wird Information über die Amplitude des Antwortsignals bezüglich der Messfrequenz erlangt.
In Schritt S307 erlangt die Signalverarbeitungseinheit 201 das Rückkopplungssignal von dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b. Insbesondere wird das Rückkopplungssignal von dem Rückkopplungssignaleingangsanschluss 59b durch die Analog-zu-Digital-Wandlung durch den AD-Wandler 163 zu der Signalverarbeitungseinheit 201 eingegeben.
In Schritt S308 führt die Signalverarbeitungseinheit 201 die FFT bezüglich des Rückkopplungssignals durch. Folglich wird Information über die Amplitude des Rückkopplungssignals bezüglich der Messfrequenz erlangt.
In Schritt S309 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 201 basierend auf sowohl der in Schritt S306 erlangten Amplitudeninformation des Antwortsignals als auch der in Schritt S308 erlangten Amplitudeninformation des Rückkopplungssignals zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz der Batterie 42.
In Schritt S310 gibt die Signalverarbeitungseinheit 201 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus. Dann endet der Kompleximpedanzberechnungsprozess.
Der vorstehende Berechnungsprozess wird wiederholt, bis die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bezüglich einer Vielzahl von Messfrequenzen innerhalb der vorbestimmten Frequenzspanne berechnet wurde. Basierend auf den Berechnungsergebnissen erstellt die ECU 60 beispielsweise ein Kompleximpedanzebenendiagramm (oder Cole-Cole-Diagramm), und bestimmt dadurch die Charakteristika der Elektroden und des Elektrolyts der Batteriezelle 42. Beispielsweise bestimmt die ECU 60 den SOC und/oder SOH der Batteriezelle 42.
Zudem ist es nicht notwendigerweise benötigt, das gesamte Cole-Cole-Diagramm zu erstellen. Stattdessen ist es möglich, sich nur auf einen Teil des Cole-Cole-Diagramms zu fokussieren. Beispielsweise ist es möglich: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz zu vorbestimmten Zeitintervallen während einer Fortbewegung des Fahrzeugs zu messen, und (2) Änderungen des SOC, SOH und der Temperatur der Batteriezelle 42 während der Fortbewegung basierend auf der Änderung des komplexen Widerstands mit der Zeit bei der spezifischen Frequenz zu bestimmen. Alternativ ist es auch möglich: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz zu vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise einmal jeden Tag, jede Woche, oder jedes Jahr) zu messen, und (2) die Änderung des SOH der Batteriezelle 42 mit der Zeit basierend auf der Änderung der komplexen Impedanz mit der Zeit bei der spezifischen Frequenz zu bestimmen.
Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Effekte zu erzielen.
Bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt die Signalverarbeitungseinheit 201 die FFT bezüglich jedem aus dem Antwortsignal und dem Rückkopplungssignal durch, wodurch nicht nur die Amplitudeninformation und Phaseninformation beider aus den Antwort- und Rückkopplungssignalen (das heißt, Spannungs- und Stromsignalen) bezüglich der Messfrequenz sondern auch die Amplitudeninformation und Phaseninformation beider der Antwort- und Rückkopplungssignale bezüglich Harmonischer der Messfrequenz erlangt wird. Folglich wird es möglich, die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bezüglich einer Vielzahl von Frequenzen mit einem Mal zu berechnen.
Ferner erlangt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 201 von dem Strommodulationsschaltkreis 56 das Rückkopplungssignal, das das erfasste Stromsignal ist, das tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird (oder tatsächlich aus dieser herausfließt). Dann führt die Signalverarbeitungseinheit 201 die FFT bezüglich des Rückkopplungssignals durch. Folglich wird es möglich, irgendeine Abweichung in der Amplitude oder Phase zwischen dem tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal und dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal zu korrigieren (oder zu eliminieren). Als ein Ergebnis wird es möglich, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 zu verbessern.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Eine Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel umfasst die gleiche Grundkonfiguration wie die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Das heißt, die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist auch dazu eingerichtet, um eine Zweiphasen-Lock-In-Erfassung bezüglich des Antwortsignals durchzuführen. Daher werden nachstehend nur die Unterschiede der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel von der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können Rauschsignale wie Weißrauschsignale durch Durchführung einer Zweiphasen-Lock-In-Erfassung bezüglich des Antwortsignals reduziert werden. Jedoch kann, wenn es ein Rauschsignal gibt, das die gleiche konstante Frequenz wie das vorbestimmte AC-Signal aufweist und wenn die Phase des Rauschsignals mit der Phase des vorbestimmten AC-Signals übereinstimmt, das Rauschsignal zusammen mit dem Antwortsignal durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung erfasst werden, was in einem Fehler bei der Erfassung des Antwortsignals resultiert. Zudem können Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz beispielsweise ein Rauschsignal, das durch eine Rauschquelle (beispielsweise einen Umrichter), die in einem Fahrzeug vorhanden ist, verursacht wird, und ein Rauschsignal, das durch eine Rauschquelle (beispielsweise ein Lader), die temporär mit dem Fahrzeug verbunden ist, verursacht wird, enthalten.
Um vorstehendendes Problem zu lösen, ist die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, um einen Kompleximpedanzberechnungsprozess wie in 14 gezeigt durchzuführen. Dieser Prozess wird wiederholt durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess stellt als erstes in Schritt S401 die Signalverarbeitungseinheit 155 eine Messfrequenz der komplexen Impedanz innerhalb einer vorbestimmten Frequenzspanne ein.
In Schritt S402 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob sich die Messfrequenz innerhalb einer vorbestimmten Rauschfrequenzspanne befindet.
Hierbei ist die Rauschfrequenzspanne als eine Frequenzspanne vorbestimmt, in der Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz sehr wahrscheinlich erzeugt werden. Beispielsweise kann ein durch einen Umrichter verursachtes Rauschsignal eine Frequenz gleich wie oder nahe zu der Ansteuerfrequenz des Umrichters und harmonischer Komponenten der Ansteuerfrequenz oder einer Resonanzfrequenz aufgrund Induktivitäts- und Kapazitätskomponenten einschließlich der parasitären Induktivität und der parasitären Kapazität des Umrichters und harmonischer Komponenten der Resonanzfrequenz aufweisen. Daher ist es möglich, basierend auf den Ansteuerfrequenzen von Rauschquellen wie einem Umrichter und den Ergebnissen von Experimenten die Rauschfrequenzspanne vorzubestimmen, in der Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz sehr wahrscheinlich erzeugt werden. Die vorbestimmte Rauschfrequenzspanne ist in einem Speicher (nicht gezeigt) der Signalverarbeitungseinheit 155 gespeichert.
Wenn die Bestimmung in Schritt S402 in einer NEIN-Antwort resultiert, dann schreitet der Prozess zu S403 fort.
In Schritt S403 lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 das Antwortsignal. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S404 fort. Zudem kann die Lock-In-Erfassung bezüglich des Antwortsignals auf die gleiche Weise wie in dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben (siehe Schritte S202 bis S207 der 11) durchgeführt werden.
In Schritt S404 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf der eingegebenen Frequenzkomponente des Antwortsignals und dem von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42. Zudem kann das von der Batteriezelle 42 ausgegebene Stromsignal basierend auf dem Rückkopplungssignal oder dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal bestimmt werden. Alternativ kann das Stromsignal durch Lock-In-Erfassung der Messfrequenzkomponente von dem Rückkopplungssignal bestimmt werden.
In Schritt S405 gibt die Signalverarbeitungseinheit 155 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus. Dann endet der Kompleximpedanzberechnungsprozess.
Andererseits schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S402 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S406 fort.
In Schritt S406 lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 ein Rauschsignal (oder Hintergrundrauschen).
Insbesondere lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 in Schritt S406 ein Rauschsignal, das erfassbar ist, wenn keine Störung auf die Batteriezelle 42 angewendet beziehungsweise angelegt wird. Das heißt, in einem Zustand, in dem nicht durch den Strommodulationsschaltkreis 56 verursacht wird, dass ein Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird, führt die Signalverarbeitungseinheit 155 die Lock-In-Erfassung durch, um die Frequenzkomponente (DC-Komponente) des Rauschsignals bei der Frequenz des Sinuswellensignals (oder des Messsignals) zu extrahieren. Zudem ist die Lock-In-Erfassung, die bezüglich des Rauschsignals durchgeführt wird, abgesehen davon identisch mit der bezüglich des Antwortsignals durchgeführten Lock-In-Erfassung, dass kein Sinuswellensignal während der bezüglich des Rauschsignals durchgeführten Lock-In-Erfassung von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Daher wird nachstehend eine Beschreibung der bezüglich des Rauschsignals durchgeführten Lock-In-Erfassung weggelassen.
Nach Schritt S406 schreitet der Prozess auf eine Eingabe der Frequenzkomponente des Rauschsignals zu der Signalverarbeitungseinheit 155 hin zu Schritt S407 fort.
In Schritt S407 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob die eingegebene Frequenzkomponente des Rauschsignals höher beziehungsweise größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Referenzwert ist. Durch diese Bestimmung bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Hoch-Pegel-Rauschsignals bzw. Rauschsignals eines hohen Pegels. Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt die Signalverarbeitungseinheit 155 auch als eine Rauschbestimmungseinheit.
Wenn die Bestimmung in S407 in einer NEIN-Antwort resultiert, mit anderen Worten, wenn der Pegel des Rauschsignals nicht hoch ist, dann schreitet der Prozess zu Schritt S403 fort.
Im Gegensatz dazu schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S407 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S408 fort.
In Schritt S408 lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 die Frequenzkomponente des Antwortsignals (einschließlich des Rauschsignals) bei der Messfrequenz. Zudem enthält die Frequenzkomponente des in Schritt S408 erlangten Antwortsignals einen Fehler aufgrund des Rauschsignals. Nach Schritt S408 schreitet der Prozess auf eine Eingabe der Frequenzkomponente des Antwortsignals zu der Signalverarbeitungseinheit 155 hin zu Schritt S409 fort.
In Schritt S409 lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 erneut das Rauschsignal auf die gleiche Weise wie in Schritt S406.
Zudem ist es in Schritten S406 bis S409 notwendig, die Phase des Referenzsignals anzupassen, um in diesen Schritten die gleiche zu sein. Dies ist deshalb der Fall, weil die Lock-In-Erfassung nicht normal mit einem Versatz (oder Verschiebung) der Phase des Referenzsignals durchgeführt werden kann. Als ein Verfahren zur Vermeidung eines Versatzes der Phase des Referenzsignals beispielsweise auf einen Start der Ausgabe des Referenzsignals in Schritt S406 hin kann die Ausgabe des Referenzsignals während einer Ausführung der nachstehenden Schritte fortgeführt werden, wodurch eine konstante Beziehung einer Phase zwischen dem Antwortsignal und dem Rauschsignal beibehalten wird.
Nach Schritt S409 schreitet der Prozess auf eine Eingabe der Frequenzkomponente des Rauschsignals zu der Signalverarbeitungseinheit 155 hin zu Schritt S410 fort.
In Schritt S410 vergleicht die Signalverarbeitungseinheit 155 die unmittelbar nach S406 zu dieser eingegebene Frequenzkomponente des Rauschsignals und die unmittelbar nach S409 zu dieser eingegebene Frequenzkomponente des Rauschsignals. Dann bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob die Differenz (das heißt, Amplitudendifferenz) zwischen den jeweils in Schritten S406 und S409 erlangten Frequenzkomponenten des Rauschsignals nicht größer als (das heißt kleiner als oder gleich wie) ein Schwellenwert ist. Das heißt, die Signalverarbeitungseinheit 155 bestimmt, ob es eine erhebliche Änderung des Rauschsignals vor und nach der Erlangung der Frequenzkomponente des Antwortsignals gibt.
Wenn die Bestimmung in Schritt S410 in einer JA-Antwort resultiert, schreitet der Prozess zu Schritt S411 fort.
In Schritt S411 entfernt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rauschsignal von der in Schritt S408 erlangten Frequenzkomponente des Antwortsignals.
Insbesondere entfernt in diesem Schritt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rauschsignal durch Subtraktion der in Schritt S406 (oder in Schritt S409) erlangten Frequenzkomponente des Rauschsignals von der in Schritt S408 erlangten Frequenzkomponente des Antwortsignals. Das heißt, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt die Signalverarbeitungseinheit 155 auch als eine Rauschentfernungseinheit.
Nach Schritt S411 schreitet der Prozess zu Schritt S404 fort, in dem die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf der in Schritt S411 berechneten Frequenzkomponente des Antwortsignals und dem von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 berechnet.
Andererseits schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S410 in einer NEIN-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S412 fort.
In Schritt S412 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob die Anzahl von Malen einer Messung des Antwortsignals nicht größer als (das heißt, kleiner als oder gleich wie) eine gegebene Anzahl ist.
Wenn die Bestimmung in Schritt S412 in einer JA-Antwort resultiert, erhöht die Signalverarbeitungseinheit 155 die Anzahl von Malen einer Messung des Antwortsignals um eins. Danach kehrt der Prozess zu Schritt S406 zurück, um Schritt S406 und die nachfolgenden Schritte zu wiederholen. Zudem wird die Anzahl von Malen einer Messung des Antwortsignals an dem Start oder an dem Ende des Prozesses zurückgesetzt.
Andererseits schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S412 in einer NEIN-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S413 fort.
In Schritt S413 gibt die Signalverarbeitungseinheit 155 ein Abnormalitätssignal über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus, um dadurch die ECU 60 darüber zu benachrichtigen, dass das Antwortsignal nicht genau zu der Signalverarbeitungseinheit 155 eingegeben werden kann. Dann endet der Prozess direkt.
Der vorstehende Berechnungsprozess wird wiederholt, bis die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bezüglich einer Vielzahl von Messfrequenzen innerhalb der vorbestimmten Frequenzspanne berechnet wurde. Basierend auf den Berechnungsergebnissen erstellt die ECU 60 beispielsweise ein Kompleximpedanzebenendiagramm (oder Cole-Cole-Diagramm), und bestimmt dadurch die Charakteristika der Elektroden und des Elektrolyts der Batteriezelle 42. Beispielsweise bestimmt die ECU 60 den SOC und/oder SOH der Batteriezelle 42.
Zudem wird nicht notwendigerweise benötigt, das gesamte Cole-Cole-Diagramm zu erstellen. Stattdessen ist es möglich, sich nur auf einen Teil des Cole-Cole-Diagramms zu fokussieren. Beispielsweise ist es möglich: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz zu vorbestimmten Zeitintervallen während einer Fortbewegung des Fahrzeugs zu messen, und (2) Änderungen des SOC, SOH und der Temperatur der Batteriezelle 42 während der Fortbewegung basierend auf der Änderung der komplexen Impedanz mit der Zeit bei der spezifischen Frequenz zu bestimmen. Alternativ ist es auch möglich: (1) die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 bei einer spezifischen Frequenz zu vorbestimmten Zeitintervallen (beispielsweise einmal jeden Tag, jede Woche, oder jedes Jahr) zu messen, und (2) die Änderung des SOH der Batteriezelle 42 mit der Zeit basierend auf der Änderung der komplexen Impedanz mit der Zeit bei der spezifischen Frequenz zu bestimmen.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Effekte zu erzielen.
Bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155 vor Verursachung des von der Batteriezelle 42 auszugebenden Sinuswellensignals (oder vorbestimmten AC-Signals) das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Rauschsignals mit einer Frequenzkomponente entsprechend der Frequenz des Sinuswellensignals (oder der Messfrequenz). Wenn ein solches Rauschsignal vorhanden ist, entfernt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rauschsignal von der Frequenzkomponente des Antwortsignals.
Insbesondere entfernt die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rauschsignal durch Subtraktion der Frequenzkomponente des Rauschsignals von der Frequenzkomponente des Antwortsignals. Danach berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf der Frequenzkomponente des Antwortsignals, von dem das Rauschsignal entfernt wurde, und dem von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal. Folglich wird es, wenn es ein Rauschsignal mit der gleichen Frequenz wie die Messfrequenz gibt, möglich, den Einfluss des Rauschsignals auf die Erfassung des Antwortsignals zu unterdrücken, wodurch die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 verbessert wird.
Ferner erlangt bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 155 vor Verursachung des von der Batteriezelle 42 auszugebenden Sinuswellensignals das zu der Batteriezelle 42 fließende Rauschsignal. Dann erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 die Frequenzkomponente des Rauschsignals entsprechend dem Sinuswellensignal basierend auf dem durch Multiplizieren des Rauschsignals und des Referenzsignals zusammen erlangten Wert; das Referenzsignal wird gemäß dem durch das Befehlssignal befohlenen Sinuswellensignal bestimmt.
Folglich wird es durch Lock-In-Erfassung der Frequenzkomponente des Rauschsignals entsprechend der Messfrequenz möglich, eine Entfernung des Rauschsignals genau durchzuführen. Ferner wird es, da das Rauschsignal unter Verwendung der existierenden Konfiguration zur Lock-In-Erfassung des Antwortsignals identifiziert wird, möglich, eine Erhöhung der Größe und Kosten der Batterieüberwachungsvorrichtung 10 zu unterdrücken.
Bei dem in dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Fahrzeugelektroenergiezufuhrsystem steuert der Umrichter 30 den Motor 20 bei einer vorbestimmten Ansteuerfrequenz an. Daher wird ein Rauschsignal wahrscheinlich innerhalb eines spezifischen Frequenzbands basierend auf der Ansteuerfrequenz erzeugt. In Hinblick auf Obiges bestimmt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die in Schritt S401 eingestellte Messfrequenz innerhalb der vorbestimmten Rauschfrequenzspanne liegt, die Signalverarbeitungseinheit 155, dass ein Rauschsignal entsprechend der Messfrequenz sehr wahrscheinlich vorhanden ist. Folglich wird es möglich, leicht und einfach zu bestimmen, ob ein Rauschsignal entsprechend der Messfrequenz sehr wahrscheinlich vorhanden ist.
Ferner bestimmt bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Bestimmung hin, dass ein Rauschsignal entsprechend der Messfrequenz sehr wahrscheinlich vorhanden ist, die Signalverarbeitungseinheit 155 ferner die Anwesenheit (das Vorhandensein) oder die Abwesenheit (das Nichtvorhandensein) des Rauschsignals durch Bestimmung, ob die Frequenzkomponente des lock-in-erfassten Rauschsignals größer als oder gleich wie der Referenzwert ist. Folglich wird es möglich, das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Rauschsignals entsprechend der Messfrequenz genau zu bestimmen.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Eine Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, um einen Kompleximpedanzberechnungsprozess verschieden von dem Kompleximpedanzberechnungsprozess, der in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, durchzuführen.
Insbesondere ist verglichen mit dem Kompleximpedanzberechnungsprozess, der in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben ist (siehe 14), Schritt S402 von dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weggelassen.
Das heißt, bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lock-in-erfasst die Signalverarbeitungseinheit 155 unabhängig davon, ob die Messfrequenz sich innerhalb der vorbestimmten Rauschfrequenzspanne befindet, die Frequenzkomponente eines Rauschsignals entsprechend der Messfrequenz und bestimmt das Vorhandensein oder die Abwesenheit beziehungsweise das Nichtvorhandensein des Rauschsignals basierend auf der Amplitude der erfassten Frequenzkomponente.
Achtes Ausführungsbeispiel
Eine Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, um einen Kompleximpedanzberechnungsprozess verschieden von dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess durchzuführen.
Insbesondere bestimmt bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 155 das Vorhandensein (Anwesenheit) oder die Abwesenheit (Nichtvorhandensein) eines Rauschsignals nicht. Das heißt, verglichen mit dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess (siehe 14) sind Schritte S402, S403, und S407 von dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weggelassen.
Entsprechend lock-in-erfasst bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 155 jedes Mal dann, wenn der Prozess durchgeführt wird, die Frequenzkomponente eines Rauschsignals entsprechend der Messfrequenz, und entfernt die erfasste Frequenzkomponente von der Frequenzkomponente des Antwortsignals.
Neuntes Ausführungsbeispiel
Eine Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, um einen Kompleximpedanzberechnungsprozess verschieden von dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess durchzuführen.
Insbesondere wird verglichen mit dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess (siehe 14) keine Rauschentfernung bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt.
Stattdessen ändert bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dann, wenn die Bestimmung in Schritt S402 in einer JA-Antwort resultiert, das heißt, wenn die Messfrequenz innerhalb der vorbestimmten Rauschfrequenzspanne liegt, in der Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz sehr wahrscheinlich erzeugt werden, die Signalverarbeitungseinheit 155 durch irgendein geeignetes Verfahren die Messfrequenz derart, um außerhalb der vorbestimmten Rauschfrequenzspanne zu liegen. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S403 fort. Folglich wird es möglich, mittels eines einfachen Verfahrens Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz zu vermeiden.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Eine Batterieüberwachungsvorrichtung 50 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, um einen Kompleximpedanzberechnungsprozess verschieden von dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess durchzuführen.
Insbesondere wird verglichen mit dem in dem sechsten Ausführungsbeispiel beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess (siehe 14) keine Rauschentfernung bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchgeführt.
Stattdessen lock-in-erfasst bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Signalverarbeitungseinheit 155 die Frequenzkomponente eines Rauschsignals entsprechend der Messfrequenz und bestimmt, ob die erfasste Frequenzkomponente größer als oder gleich wie der vorbestimmte Referenzwert ist. Wenn die Bestimmung in einer JA-Antwort resultiert, ändert die Signalverarbeitungseinheit 155 die Messfrequenz. Folglich wird es möglich, mittels eines einfachen Verfahrens Rauschsignale mit einer konstanten Frequenz zu vermeiden.
Während die vorstehenden spezifischen Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurden, wird durch Fachleute verstanden, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen, und Verbesserungen gemacht werden können, ohne von dem Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
(1) Wie vorstehend beschrieben ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet, um eine Batteriezelle 42 zu überwachen. Alternativ kann jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet sein, um eine Vielzahl von Batteriezellen 42 (beispielsweise alle der Batteriezellen 42 eines Batteriemoduls oder alle der Batteriezellen 42 des gesamten Batteriepakets 40) zu überwachen. Ferner können einige Funktionen der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 durch alle der Batteriezellen 42 geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden. Beispielsweise sind, wie in 15 gezeigt, die stabilisierte Energiezufuhreinheit 301, die Kommunikationseinheit 54, und der Mikrocomputer 53 der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 durch alle der Batteriezellen 42 des Batteriepakets 40 (oder eines Batteriemoduls 41) geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet. In diesem Fall können die elektrischen Potentiale der Negativelektroden der Batteriezellen 42 voneinander verschieden sein. Entsprechend können auch die Referenzelektropotentiale der Batteriezellen 42 für verschiedene elektrische Signale, die verwendet sind, um verschiedene Arten von Information zu kommunizieren, auch voneinander verschieden sein. Daher ist es notwendig, dass die verschiedenen elektrischen Signale von den Batteriezellen 42 unter Berücksichtigung der Differenzen zwischen den Referenzelektropotentialen zu dem Mikrocomputer 53 eingegeben und durch den Mikrocomputer 53 verarbeitet werden. Zudem kann als eine Einrichtung zur Kommunikation von Signalen zwischen verschiedenen Referenzelektropotentialen ein Kondensator, ein Transformator, eine Funkwelle, und/oder Licht eingesetzt werden.
(2) Wie vorstehend beschrieben ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet, um eine Batteriezelle 42 zu überwachen. Alternativ kann jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet sein, um eine Vielzahl von Batteriezellen 42 (beispielsweise alle der Batteriezellen 42 eines Batteriemoduls 41 oder alle der Batteriezellen 42 des gesamten Batteriepakets 40) zu überwachen. Ferner können einige Funktionen der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 durch alle der Batteriezellen 42 geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden.
Beispielsweise können, wie in 16 gezeigt, die stabilisierte Energiezufuhreinheit 301, die Kommunikationseinheit 54, der Differentialverstärker 151, der Vorverstärker 152, der Signalschalter 153, die AD-Wandler 154 und 163, die Signalverarbeitungseinheit 155, der erste Multiplizierer 156, der zweite Multiplizierer 147, die Tiefpassfilter 159 und 161, der Oszillierschaltkreis 158, der Phasenverschiebungsschaltkreis 160, der DA-Wandler 162, der Rückkopplungsschaltkreis 56d, und der Stromerfassungsverstärker 56c durch alle der Batteriezellen 42 des Batteriepakets 40 (oder eines Batteriemoduls 41) geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden.
Ferner können in diesem Fall Multiplexer 302 bis 304 eingesetzt werden, um ein Schalten verschiedener Signale wie der DC-Spannung, dem Antwortsignal, und dem Befehlssignal zwischen den Batteriezellen 42 durchzuführen. Zudem können die Multiplexer 302 bis 304 beispielsweise durch die Signalverarbeitungseinheit 155 gesteuert werden.
(3) Wie vorstehend beschrieben ist bei dem fünften Ausführungsbeispiel jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet, um eine Batteriezelle 42 zu überwachen. Alternativ kann jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet sein, um eine Vielzahl von Batteriezellen 42 (beispielsweise alle der Batteriezellen 42 eines Batteriemoduls 41 oder alle der Batteriezellen 42 des gesamten Batteriepakets 40) zu überwachen. Ferner können einige Funktionen der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 durch alle der Batteriezellen 42 geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden.
Beispielsweise können, wie in 17 gezeigt, die stabilisierte Energiezufuhreinheit 301, die Kommunikationseinheit 54, der Differentialverstärker 151, der Vorverstärker 152, der Signalschalter 153, die AD-Wandler 154 und 163, die Signalverarbeitungseinheit 201, der Oszillierschaltkreis 158, der DA-Wandler 162, der Rückkopplungsschaltkreis 56d, und der Stromerfassungsverstärker 56c durch alle der Batteriezellen 42 des Batteriepakets 40 (oder eines Batteriemoduls 41) geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden.
Ferner können in diesem Fall Multiplexer 302 bis 304 eingesetzt werden, um ein Schalten verschiedener Signale wie der DC-Spannung, des Antwortsignals, und des Befehlssignals zwischen den Batteriezellen 42 durchzuführen. Zudem können die Multiplexer 302 bis 304 beispielsweise durch die Signalverarbeitungseinheit 201 gesteuert werden.
(4) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen (2, 10 und 12) und Modifikationen (siehe 15 bis 17) kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 durch sowohl eine erste Elektroenergiezuführung beziehungsweise erste Elektroenergieversorgung als auch eine Vielzahl von zweiten Elektroenergiezufuhren beziehungsweise zweiten Elektroenergieversorgungen energieversorgt werden. Die erste Elektroenergiezufuhr ist mit einer Vielzahl der Batteriezellen 42 konfiguriert, die in Reihe zueinander verbunden sind. Ferner umfasst die erste Elektroenergiezufuhr einen Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss, der mit derjenigen der Positivelektroden der Vielzahl von Batteriezellen 42, die ein höchstes elektrisches Potential aufweist, verbunden ist, und einen Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss, der mit derjenigen der Negativelektroden der Vielzahl von Batteriezellen 42 verbunden ist, die ein niedrigstes elektrisches Potential aufweist. Im Gegensatz dazu ist jede der zweiten Elektroenergiezufuhren mit einer entsprechenden der Batteriezellen 42 konfiguriert. Ferner umfasst jede der zweiten Elektroenergiezufuhren ein Paar von Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse, die jeweils mit den Positiv- und Negativelektroden der entsprechenden Batteriezelle 42 verbunden sind.
Beispielsweise sind bei einer in 18 gezeigten Modifikation die Kommunikationseinheit 54, die AD-Wandler 154 und 163, die Signalverarbeitungseinheit 155 oder 201, der Oszillierschaltkreis 158, der Phasenverschiebungsschaltkreis 160, und der DA-Wandler 162 durch alle der Batteriezellen 42 geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet. Zudem können, obwohl der erste Multiplizierer 156, der zweite Multiplizierer 157, und die Tiefpassfilter 159 und 161 in 18 nicht gezeigt sind, diese auch durch alle der Batteriezellen 42 in dem Fall geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden, in dem die Signalverarbeitungseinheit 155 eingesetzt wird, um die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung durchzuführen.
Ferner werden bei der in 18 gezeigten Modifikation jene Komponenten der Batterieüberwachungsvorrichtung 50, die durch alle der Batteriezellen 42 geteilt beziehungsweise geteilt verwendet bzw. gemeinsam verwendet werden, durch eine erste Elektroenergiezufuhr 401 energieversorgt, die mit einer Vielzahl von Batteriezellen 42 konfiguriert ist, die in Reihe miteinander verbunden sind. Im Gegensatz dazu wird jeder Komponentensatz entsprechend nur einer der Batteriezellen 42 durch eine zweite Elektroenergiezufuhr 402 energieversorgt, die mit der entsprechenden Batteriezelle 42 konfiguriert beziehungsweise eingerichtet ist. Zudem ist die Ausgangsspannung der ersten Elektroenergiezufuhr 401 höher als die Ausgangsspannung jeder der zweiten Elektroenergiezufuhren 402.
Ferner sind bei der in 18 gezeigten Modifikation Multiplexer 302 bis 304 eingesetzt, um ein Schalten verschiedener Signale wie der DC-Spannung, des Antwortsignals, und des Befehlssignals zwischen den Batteriezellen 42 durchzuführen.
(5) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen (siehe 2, 10, und 12) und Modifikationen (siehe 5 bis 17) kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 modifiziert werden, um ferner einen Ausgleichsprozess zum Ausgleich beziehungsweise Gleichmachen der Zustände einer Ladung und/oder Spannungen der Batteriezellen 42 durchzuführen. Insbesondere ist der Ausgleichsprozess ein Prozess, um die Batteriezelle(n) 42 mit einem höheren SOC (das heißt, Ladezustand) als die anderen Batteriezellen 42 dazu zu bringen, zu entladen und dadurch die Ladezustände aller der Batteriezellen 42 auszugleichen. Folglich ist es möglich, das Auftreten eines Phänomens zu vermeiden, bei dem einige der Batteriezellen 42 überladen werden.
Ferner kann in dem Fall, in dem die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 modifiziert ist, um ferner den Ausgleichsprozess durchzuführen, jede der Batteriezellen 42 durch den entsprechenden Strommodulationsschaltkreis 56 dazu gebracht werden, zu entladen. In diesem Fall wirkt die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 auch als eine Entladesteuereinheit.
Ferner kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 2) der Ausgleichsprozess durch den Mikrocomputer 53 wie folgt durchgeführt werden. Auf einen Empfang eines Endladebefehls hin, der durch die ECU 60 basierend auf dem SOC der Batteriezelle 42 ausgelöst ist, oder darauf hin, dass der SOC oder die Spannung der Batteriezelle 42 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, sendet der Mikrocomputer 53 das Befehlssignal zu dem Strommodulationsschaltkreis 56. Dann verursacht der Strommodulationsschaltkreis 56 auf einen Empfang des Befehlssignals hin, dass ein Periodenfunktionssignal (beispielsweise ein Sinuswellen- oder Rechteckwellensignal) oder ein DC-Signal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Ferner setzt der Mikrocomputer 53 ein Senden des Befehlssignals zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 fort, bis der Endladebefehl beendet wurde oder der SOC oder die Spannung der Batteriezelle nach unterhalb der vorbestimmten Schwelle verringert wurde.
Zudem kann bei den vierten und fünften Ausführungsbeispielen (siehe 10 und 12) und den Modifikationen (siehe 15 bis 17) der Ausgleichsprozess vergleichbar durch den Mikrocomputer 53 oder durch die Signalverarbeitungseinheit 155 oder 201 durchgeführt werden.
Ferner kann die komplexe Impedanz der Batteriezelle 42 basierend auf dem Antwortsignal der Batteriezelle 42 auf das Sinuswellensignal, das zur Durchführung des Ausgleichsprozesses ausgegeben ist, berechnet werden. In diesem Fall ist es möglich, den Verbrauch elektrischer Energie der Batteriezelle 42 zu unterdrücken.
Zudem wird die Stärke des zur Durchführung des Ausgleichsprozesses ausgegebenen Sinuswellensignals eingestellt, um gering (oder schwach) zu sein, um den Elektroenergieverbrauch zu unterdrücken und die Größe der Vorrichtung zu minimieren. Daher sind die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß den vierten und sechsten Ausführungsbeispielen, die dazu eingerichtet sind, um die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung durchzuführen, besonders geeignet zur Durchführung des Ausgleichsprozesses.
(6) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Filtereinheit 55 durch die Halbleiterelemente implementiert. Alternativ kann die Filtereinheit 55 stattdessen oder in Kombination mit dem Halbleiterelement durch Verdrahtungen, Verbinderkontakte, und Musterverdrahtungen und/oder Festmustern, die auf einer gedruckten Platine ausgebildet sind, implementiert sein.
(7) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein Filterschaltkreis zwischen dem Strommodulationsschaltkreis 56 und der Eingangs-/Ausgangseinheit 52 (oder dem DA-Wandler 162) vorgesehen sein. In diesem Fall ist es möglich, mittels des Filterschaltkreises ein Auftreten eines Fehlers bei der Wellenform des Befehlssignals während der Digital-zu-Analog-Wandlung des Befehlssignals zu unterdrücken.
(8) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können einige oder alle aus dem Differentialverstärker 151, dem Vorverstärker 152, dem Signalschalter 153, den AD-Wandlern 154 und 163, der Signalverarbeitungseinheit 155, dem ersten Multiplizierer 156, dem zweiten Multiplizierer 157, den Tiefpassfiltern 159 und 161, dem Oszillierschaltkreis 158, dem Phasenverschiebungsschaltkreis 160, dem DA-Wandler 162, dem Rückkopplungsschaltkreis 56d, und dem Stromerfassungsverstärker 56c mittels Software realisiert sein.
(9) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Rückkopplungsschaltkreis 56d bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 weggelassen sein. Ferner muss das durch den Widerstand 56d fließende Stromsignal nicht durch den Stromerfassungsverstärker 56c erfasst werden. Ferner kann in den Mikrocomputer 53 und die Signalverarbeitungseinheit 155 oder 201 kein Rückkopplungssignal eingegeben werden.
(10) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die DC-Spannung der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 erfasst. Jedoch muss die DC-Spannung der Batteriezelle 42 nicht durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 erfasst werden.
(11) Bei den vorstehend beschriebenen vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen kann der Signalschalter 153 bei der Batterieüberwachungsvorrichtung 50 weggelassen werden. In diesem Fall kann die gemessene DC-Spannung direkt zu der Signalverarbeitungseinheit 155 oder 201 eingegeben werden.
(12) Bei den vorstehend beschriebenen vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen kann das Rückkopplungssignal auch durch den Signalschalter 153 ausgewählt werden. Mit anderen Worten kann der Signalschalter 153 alternativ dazu eingerichtet sein, um zwischen der DC-Spannung, dem Antwortsignal, und dem Rückkopplungssignal auszuwählen. In diesem Fall ist es möglich, den AD-Wandler 163 wegzulassen und alle der Analog-zu-Digital-Wandlungen der DC-Spannung, des Antwortsignals, und des Rückkopplungssignals unter Verwendung des einzigen AD-Wandlers 154 durchzuführen.
(13) Die Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können auf ein HEV (Hybridelektrofahrzeug), ein EV (Elektrofahrzeug), ein PHV (Plug-In-Hybridfahrzeug), eine Autozubehörbatterie, ein elektrisches Flugzeug, ein elektrisches Motorrad, und ein elektrisches Schiff angewendet werden.
(14) Bei den vorstehend beschriebenen vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen kann zur Vermeidung eines Auftretens von Aliasing beziehungsweise einem Treppeneffekt während der Analog-zu-Digital-Wandlung durch den AD-Wandler 154 ein Filterschaltkreis unmittelbar vor oder nach dem Vorverstärker 152 oder unmittelbar vor dem AD-Wandler 154 vorgesehen sein.
(15) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann jede Batterieüberwachungsvorrichtung 50 dazu eingerichtet sein, um einen Zustand eines Batteriemoduls 41 zu überwachen. In diesem Fall können die
Kommunikationen von den Kommunikationseinheiten 54 der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50, die jeweils die Batteriemodule 41 überwachen, zu der ECU 60 isolierte Kommunikationen mit verschiedenen elektrischen Potentialreferenzen beziehungsweise elektrischen Potentialbezügen sein. Die isolierten Kommunikationen können unter Verwendung von beispielsweise einem Isoliertransformator oder einem Kondensator realisiert werden.
(16) Bei den vorstehend beschriebenen vierten und sechsten bis zehnten Ausführungsbeispielen kann das Rückkopplungssignal auch lock-in-erfasst werden.
Beispielsweise veranschaulicht 19 einen Kompleximpedanzberechnungsprozess, bei dem eine Zweiphasen-Lock-In-Erfassung bezüglich des Rückkopplungssignals sowie bezüglich des Antwortsignals durchgeführt wird. Dieser Prozess wird wiederholt durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 50 mit einem vorbestimmten Zyklus durchgeführt.
Bei dem Kompleximpedanzberechnungsprozess stellt als erstes in Schritt S501 der Oszillierschaltkreis 158 eine Messfrequenz der komplexen Impedanz innerhalb einer vorbestimmten Frequenzspanne ein. Zudem wird die Messfrequenz beispielsweise durch die Signalverarbeitungseinheit 155 bestimmt.
In Schritt S502 stellt der Oszillierschaltkreis 158 die Frequenz des Sinuswellensignals (oder vorbestimmten AC-Signals) basierend auf der in Schritt S501 eingestellten Messfrequenz ein. Dann gibt der Oszillierschaltkreis 158 das Befehlssignal durch die Digital-zu-Analog-Wandlung durch den AD-Wandler 162 über den Befehlssignalausgangsanschluss 59a zu dem Strommodulationsschaltkreis 56 aus. Wie vorstehend beschrieben weist das Befehlssignal auf einen Befehl hin beziehungsweise indiziert diesen bzw. gibt diesen an, der dem Strommodulationsschaltkreis 56 befiehlt, zu verursachen, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird. Auf einen Empfang des Befehlssignals hin verursacht der Strommodulationsschaltkreis 56, dass das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42, die das Überwachungsziel ist, ausgegeben wird, wobei die Batteriezelle 42 selbst die Elektroenergiequelle für die Ausgabe des Sinuswellensignals ist. Folglich wird das Sinuswellensignal von der Batteriezelle 42 ausgegeben.
In Schritt S503 misst die Signalverarbeitungseinheit 155 das Rückkopplungssignal durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung. Insbesondere multipliziert die Signalverarbeitungseinheit 155 das Sinuswellensignal (oder Referenzsignal), das durch den Oszillierschaltkreis 158 befohlen ist, und das eingegebene Rückkopplungssignal miteinander. Ferner multipliziert die Signalverarbeitungseinheit 155 ein Signal, das durch Verschiebung der Phase des durch den Oszillierschaltkreis 158 befohlenen Sinuswellensignals um 90° erlangt ist, und das eingegebene Rückkopplungssignal miteinander. Dann berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf den Multiplikationsergebnissen sowohl die Amplitude als auch die Phase des Rückkopplungssignals.
In Schritt S504 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob sich die Abweichung zwischen der berechneten Amplitude des Rückkopplungssignals und eines Amplitudenkorrekturwertes innerhalb einer gegebenen Amplitudenabweichspanne befindet. Hierbei bezeichnet der Amplitudenkorrekturwert die Amplitude des Sinuswellensignals, von dem gewünscht ist, dass es von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird.
Wenn die Bestimmung in Schritt S504 in einer NEIN-Antwort resultiert, schreitet der Prozess zu Schritt S505 fort. Im Gegensatz dazu schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S504 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S507 fort.
In Schritt S505 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155 ferner, ob die Anzahl von Malen einer Messung des Rückkopplungssignals in Schritt S503 erhöht wurde, um nicht geringer als (das heißt, größer als oder gleich wie) eine gegebene Anzahl zu werden.
Wenn die Bestimmung in Schritt S505 in einer NEIN-Antwort resultiert, erhöht die Signalverarbeitungseinheit 155 die Anzahl von Malen einer Messung des Rückkopplungssignals um eins. Danach kehrt der Prozess zu Schritt S503 zurück, um Schritt S503 und die nachfolgenden Schritte zu wiederholen.
Andererseits schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S505 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S506 fort.
In Schritt S506 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 einen Mittelwert der gemessenen Amplituden des Rückkopplungssignals und schreibt den Amplitudenkorrekturwert auf den Mittelwert neu. Dann löscht die Signalverarbeitungseinheit 155 die Anzahl von Malen einer Messung. Danach schreitet der Prozess zu Schritt S507 fort.
In Schritt S507 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155, ob sich die Abweichung zwischen der in Schritt S503 berechneten Phase des Rückkopplungssignals und einem Phasenkorrekturwert innerhalb einer gegebenen Phasenabweichspanne befindet. Hierbei bezeichnet der Phasenkorrekturwert die Phase des Sinuswellensignals, von dem gewünscht ist, dass es von der Batteriezelle 42 ausgegeben wird.
Wenn die Bestimmung in Schritt S507 in einer NEIN-Antwort resultiert, schreitet der Prozess zu Schritt S508 fort. Im Gegensatz dazu schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S507 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S510 fort.
In Schritt S508 bestimmt die Signalverarbeitungseinheit 155 ferner, ob die Anzahl von Malen einer Messung des Rückkopplungssignals in Schritt S503 erhöht wurde, um nicht geringer als (das heißt, größer als oder gleich wie) die gegebene Anzahl zu werden.
Wenn die Bestimmung in Schritt S508 in einer NEIN-Antwort resultiert, erhöht die Signalverarbeitungseinheit 155 die Anzahl von Malen einer Messung des Rückkopplungssignals um eins. Danach kehrt der Prozess zu Schritt S503 zurück, um Schritt S503 und die nachfolgenden Schritte zu wiederholen.
Andererseits schreitet, wenn die Bestimmung in Schritt S508 in einer JA-Antwort resultiert, der Prozess zu Schritt S509 fort.
In Schritt S509 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 einen Mittelwert der gemessenen Phasen des Rückkopplungssignals und schreibt den Phasenkorrekturwert auf den Mittelwert neu. Dann löscht die Signalverarbeitungseinheit 155 die Anzahl von Malen einer Messung. Danach schreitet der Prozess zu Schritt S510 fort.
In Schritt S510 misst die Signalverarbeitungseinheit 155 das Antwortsignal durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung. Beispielsweise kann das Antwortsignal durch Durchführung der Schritte S202, S205, und S206 des Kompleximpedanzberechnungsprozesses gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (siehe 11) gemessen werden.
In Schritt S511 berechnet die Signalverarbeitungseinheit 155 basierend auf dem Rückkopplungssignal und den Signalen (oder Werten jeweils proportional zu den Real- und Imaginärteilen des Antwortsignals) von den Tiefpassfiltern 159 und 161 zumindest eines aus dem Realteil, dem Imaginärteil, dem Absolutwert, und der Phase der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42. Hierbei wird das Rückkopplungssignal durch sowohl den Amplitudenkorrekturwert als auch den Phasenkorrekturwert repräsentiert. Das Rückkopplungssignal wird verwendet, um irgendeine Abweichung in einer Amplitude oder Phase zwischen dem tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebenen Stromsignal und dem zur Ausgabe von der Batteriezelle 42 gewünschten Sinuswellensignal zu korrigieren (oder zu eliminieren).
In Schritt S512 gibt die Signalverarbeitungseinheit 155 die Berechnungsergebnisse über die Kommunikationseinheit 54 zu der ECU 60 aus. Dann endet der Kompleximpedanzberechnungsprozess.
Bei dem vorstehend beschriebenen Kompleximpedanzberechnungsprozess wird das Rückkopplungssignal auch durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung gemessen. Daher ist es mit dem vorstehenden Prozess möglich, das tatsächlich von der Batteriezelle 42 ausgegebene Stromsignal selbst in einer Umgebung genau zu messen, in der Rauschen vorhanden ist. Entsprechend ist es durch Verwendung des durch die Zweiphasen-Lock-In-Erfassung gemessenen Rückkopplungssignals möglich, die Genauigkeit einer Berechnung der komplexen Impedanz der Batteriezelle 42 weiter zu verbessern.
(17) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Stromsignal, das verursacht ist, von der Batteriezelle 42 ausgegeben zu werden, nicht auf das Sinuswellensignal beschränkt. Das Stromsignal kann alternativ andere AC-Signale wie ein Rechteckwellensignal oder ein Dreieckwellensignal sein.
(18) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen kann die ECU 60 durch eine Vielzahl von ECUs ausgebildet sein. Ferner können die ECUs vorgesehen sein, um jeweils verschiedene Funktionen durchzuführen oder um jeweils verschiedene Steuerziele zu steuern. Beispielsweise können die ECUs eine Batterie-ECU und eine Umrichter-ECU aufweisen.
(19) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird in dem Fall einer Durchführung der Lock-In-Erfassung das durch den Oszillierschaltkreis 158 befohlene Sinuswellensignal als das erste Referenzsignal verwendet. Alternativ kann das erfasste Signal (das heißt, das Rückkopplungssignal) als das erste Referenzsignal verwendet werden. Ferner kann in dem Fall einer Durchführung der Zweiphasen-Lock-In-Erfassung ein Signal, das durch Verschieben der Phase des erfassten Signals (das heißt, des Rückkopplungssignals) erlangt ist, als das zweite Referenzsignal verwendet werden.
(20) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Batteriezellen 42 (oder die Batteriemodule 41 oder das Batteriepaket 40) dazu eingerichtet sein, um als eine Elektroenergiequelle für Peripherieschaltkreise während der Ausgabe des Sinuswellensignals (oder der Ausgabe des Antwortsignals) davon gemäß dem Befehlssignal verwendet zu werden. Im Gegensatz dazu können die Batteriezellen 42 (oder die Batteriemodule 41 oder das Batteriepaket 40) dazu eingerichtet sein, um nicht als eine Elektroenergiequelle für Peripherieschaltkreise während der Ausgabe des Sinuswellensignals (oder der Ausgabe des Antwortsignals) davon gemäß dem Befehlssignal verwendet zu werden.
(21) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es bei einer Anordnung des Paares von zweiten elektrischen Pfaden 82, um sich entlang der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 72 zu erstrecken, wünschenswert, die Distanz zwischen dem Positivelektrodenseitenzweitelektropfad 82a und dem Negativelektrodenseitenzweitelektropfad 82b so kurz wie möglich einzustellen.
(22) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es in dem Fall eines Ausbildens der elektrischen Pfade in voneinander verschiedenen Schichten der Schaltkreisplatine 72 wünschenswert, diese voneinander zu versetzen, um die Streukapazitäten zwischen diesen zu verringern.
(23) Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können jede der Batteriezellen 42 ein Explosionsschutzventil (das heißt Sicherheitsventil oder Druckfreigabeventil), das an einer oberen Endfläche davon angeordnet ist, aufweisen. In diesem Fall ist es in dem Zustand, in dem die Schaltkreisplatine 72 an einer vorbestimmten Position bezüglich der Batteriezellen 42 angeordnet ist, wünschenswert, dass die Schaltkreiselemente und die elektrischen Pfade 81 und 82 außerhalb jener Bereiche der Schaltkreisplatine 72 angeordnet sind, die jeweils gegenüber den Explosionsschutzventilen der Batteriezellen 42 liegen. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass die Schaltkreiselemente und die elektrischen Pfade 81 und 82 an der Schaltkreisplatine 82 derart vorgesehen sind, um nicht direkt oberhalb der Explosionsschutzventile der Batteriezellen 42 angeordnet zu sein und daher nicht mit den Explosionsschutzventilen überlappen. Zudem umfassen die Schaltkreiselemente, die an der Schaltkreisplatine 72 vorgesehen sind, beispielsweise jene Schaltkreiselemente, die den ASIC 50a, die Filtereinheit 55, und den Strommodulationsschaltkreis 56 jeder der Batterieüberwachungsvorrichtungen 50 ausbilden.
Ferner können Durchgangslöcher in der Schaltkreisplatine 72 derart ausgebildet sein, um nicht gegenüber den Explosionsschutzventilen der Batteriezellen 42 zu liegen; über die Durchgangslöcher kann Kühlluft strömen, um die Schaltkreiselemente zu kühlen. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das ASIC 50a an dem Endabschnitt (das heißt, dem rechten Endabschnitt in 4) der Schaltkreisplatine 72 in der Längsrichtung der Schaltkreisplatine 72 (oder der Stapelrichtung der Batteriezellen 42) derart angeordnet, um nicht mit irgendeiner der Batteriezellen 42 zu überlappen. Daher ist es leicht, Durchgangslöcher in der Schaltkreisplatine 72 in der Nähe des ASIC 50a derart auszubilden, um nicht gegenüber den Explosionsschutzventilen der Batteriezellen 42 zu liegen. Ferner ist es in dem Fall einer Ausbildung von Durchgangslöchern in der Schaltkreisplatine 72 bevorzugt, dass die elektrischen Pfade so kurz wie möglich ausgebildet sind.
Zudem ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel das ASIC 50a an der zweiten Schaltkreisplatine 72b angeordnet, die sich parallel zu den Seitenoberflächen der Batteriezellen 42 erstrecken (siehe 8). Daher ist es insbesondere leicht, Durchgangslöcher in der Nähe des ASIC 50a auszubilden, um nicht gegenüber den Explosionsschutzventilen der Batteriezelle 42 zu liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6226261 B2 [0002]
JP 2018190502 A [0003]

Claims

Batterieüberwachungsvorrichtung (50) für eine Überwachung eines Zustands einer Speicherbatterie (42), wobei die Speicherbatterie einen Positivelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss (71a) und einen Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschluss (71b) aufweist, wobei die Batterieüberwachungsvorrichtung umfasst: eine planare Schaltkreisplatine (72), die zwischen den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie angeordnet ist, eine Signalsteuereinheit (56), die in einem ersten elektrischen Pfad (81) vorgesehen ist, der die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse der Speicherbatterie verbindet, wobei die Signalsteuereinheit dazu eingerichtet ist, um zu verursachen, dass ein vorbestimmtes AC-Signal von der Speicherbatterie durch den ersten elektrischen Pfad ausgegeben ist, eine Antwortsignaleingangseinheit (52), die mit den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie jeweils über ein Paar von zweiten elektrischen Pfaden (82, 82a, 82b) verbunden ist, wobei die Antwortsignaleingangseinheit dazu eingerichtet ist, um durch das Paar von zweiten elektrischen Pfaden ein Antwortsignal der Speicherbatterie auf das AC-Signal einzugeben, und eine Berechnungseinheit (53, 155, 201), die dazu eingerichtet ist, um basierend auf dem durch die Antwortsignaleingangseinheit eingegebenen Antwortsignal eine komplexe Impedanz der Speicherbatterie zu berechnen, wobei der erste elektrische Pfad und das Paar von zweiten elektrischen Pfaden an einer Hauptfläche der Schaltkreisplatine vorgesehen sind, an der Schaltkreisplatine ein erster Bereich (S1) definiert ist, der durch den ersten elektrischen Pfad, das Paar von zweiten elektrischen Pfaden, und die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse der Speicherbatterie umgeben ist, und eine Größe des ersten Bereichs eingestellt ist, um eine induzierte elektromotorische Kraft, die in dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden durch das durch den ersten elektrischen Pfad fließende AC-Signal induziert ist, innerhalb einer erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne, die Null einschließt, zu haben.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Speicherbatterie ferner ein Paar von Positiv- und Negativelektroden, die jeweils mit den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie verbunden sind, und ein Empfangsgehäuse (42a) aufweist, das die Positiv- und Negativelektroden darin empfängt, wobei in der Speicherbatterie ein zweiter Bereich (S2) definiert ist, der durch den ersten elektrischen Pfad und das Empfangsgehäuse umgeben ist, und wobei die Größe des ersten Bereichs gemäß dem zweiten Bereich eingestellt ist, um die Differenz zwischen einem ersten Magnetfluss und einem zweiten Magnetfluss innerhalb einer erlaubbaren Magnetflussdifferenzspanne, die Null einschließt, zu haben, wobei der erste Magnetfluss durch das AC-Signal erzeugt ist, um durch den ersten Bereich zu fließen, und der zweite Magnetfluss durch das AC-Signal erzeugt ist, um durch den zweiten Bereich zu fließen.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei innerhalb des ersten Bereiches ein elektrisch leitfähiges Element (110) angeordnet ist, und wobei sowohl die Größe des ersten Bereichs als auch eine Größe des elektrisch leitfähigen Elements derart eingestellt sind, um die induzierte elektromotorische Kraft innerhalb der erlaubbaren Elektromotorische-Kraft-Spanne zu haben.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei alle aus der Signalsteuereinheit, der Antwortsignaleingangseinheit, der Berechnungseinheit, dem ersten elektrischen Pfad, und dem Paar von zweiten elektrischen Pfaden in einer gleichen Ebene angeordnet sind.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schaltkreisplatine eine erste Schaltkreisplatine (72a), die die Signalsteuereinheit darauf angeordnet aufweist, und eine zweite Schaltkreisplatine (72b), die sowohl die Antwortsignaleingangseinheit als auch die Berechnungseinheit darauf angeordnet aufweist, umfasst, wobei die Speicherbatterie als ein flacher rechteckiger Quader ausgeformt ist und beide aus den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen an einer Endfläche davon vorgesehen aufweist, wobei die erste Schaltkreisplatine zwischen den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie angeordnet ist, um der Endfläche der Speicherbatterie, an der die Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüsse vorgesehen sind, gegenüber zu liegen, wobei die zweite Schaltkreisplatine angeordnet ist, um senkrecht zu der ersten Schaltkreisplatine und gegenüber einer Seitenfläche der Speicherbatterie zu sein, und wobei die zweite Schaltkreisplatine durch ein elektrisch leitfähiges Schildelement (101) umgeben ist.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Speicherbatterie ferner ein Paar von Positiv- und Negativelektroden, die jeweils mit den Positivelektrodenseiten- und Negativelektrodenseitenelektroenergiezufuhranschlüssen der Speicherbatterie verbunden sind, und ein Empfangsgehäuse (42a) aufweist, das die Positiv- und Negativelektroden darin empfängt, und wobei das Schildelement ausgebildet ist, um ein Teil des Empfangsgehäuses mit dem Empfangsgehäuse zu teilen.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Speicherbatterie ein darin vorgesehenes Explosionsschutzventil aufweist, wobei die Schaltkreisplatine an einer vorbestimmten Position bezüglich der Speicherbatterie angeordnet ist, und wobei Schaltkreiselemente, die die Signalsteuereinheit, die Antwortsignaleingangseinheit, und die Berechnungseinheit ausbilden, und die ersten und zweiten elektrischen Pfade an der Schaltkreisplatine derart vorgesehen sind, um außerhalb eines Bereichs der Schaltkreisplatine angeordnet zu sein, die gegenüber dem Explosionsschutzventil der Speicherbatterie liegt.
Batterieüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Signalsteuereinheit dazu eingerichtet ist, um zu verursachen, dass das vorbestimmte AC-Signal von der Speicherbatterie ausgegeben ist, wobei die Speicherbatterie selbst eine Elektroenergiequelle für die Ausgabe des vorbestimmten AC-Signals ist.