DE102022121922A1

DE102022121922A1 - DETECTING AN ELECTRICAL CELL VOLTAGE OF A SINGLE BATTERY CELL IN A SERIES CONNECTION OF BATTERY CELLS

Info

Publication number: DE102022121922A1
Application number: DE102022121922.4A
Authority: DE
Inventors: Jens König
Original assignee: Cariad SE
Current assignee: Cariad SE
Priority date: 2022-08-30
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) zum Erfassen einer elektrischen Zellenspannung einer einzelnen Batteriezelle (14) einer Reihenschaltung (12) von Batteriezellen (14) einer Fahrzeugbatterie, (20) mit einem ersten Zellenanschluss (22) zum elektrischen Koppeln mit einem positiven elektrischen Potential (16) der Batteriezelle, einem zweiten Zellenanschluss (24) zum elektrischen Koppeln mit einem negativen elektrischen Potential (18) der Batteriezelle, einem elektrischen Kondensator (26), der mit einem ersten Kondensatoranschluss (28) am ersten Zellenanschluss (22) angeschlossen ist, einem zwei Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) aufweisenden elektronischen Differenzverstärker (30), bei welchem jeweils einer der Verstärkereingangsanschlüsse mit einem zweiten Kondensatoranschluss (38) des elektrischen Kondensators (26) und einer der Verstärkereingangsanschlüsse mit dem zweiten Zellenanschluss (24) elektrisch gekoppelt ist, einem Verstärkerausgangsanschluss (36) des elektronischen Differenzverstärkers (30) zum elektrischen Koppeln einer Auswerteeinheit (60), und einer Leckstromeinheit (86), die zumindest am zweiten Kondensatoranschluss (38) angeschlossen ist und die ausgebildet ist, einen im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretenden Leckstrom des elektrischen Kondensators zumindest teilweise abzuleiten.The invention relates to a circuit arrangement (10) for detecting an electrical cell voltage of an individual battery cell (14) of a series connection (12) of battery cells (14) of a vehicle battery, (20) with a first cell connection (22) for electrical coupling with a positive electrical potential (16) the battery cell, a second cell connection (24) for electrical coupling with a negative electrical potential (18) of the battery cell, an electrical capacitor (26) which is connected to the first cell connection (22) with a first capacitor connection (28), an electronic differential amplifier (30) having two amplifier input connections (32, 34), in which one of the amplifier input connections is electrically coupled to a second capacitor connection (38) of the electrical capacitor (26) and one of the amplifier input connections is electrically coupled to the second cell connection (24), one Amplifier output connection (36) of the electronic differential amplifier (30) for electrically coupling an evaluation unit (60) and a leakage current unit (86), which is connected at least to the second capacitor connection (38) and which is designed to detect a leakage current that occurs as a direct current during normal operation electrical capacitor to at least partially derive.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erfassen einer elektrischen Zellenspannung einer einzelnen Batteriezelle einer Reihenschaltung von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie, mit einem ersten Zellenanschluss zum elektrischen Koppeln mit einem positiven elektrischen Potential der Batteriezelle, einem zweiten Zellenanschluss zum elektrischen Koppeln mit einem negativen elektrischen Potential der Batteriezelle, einem elektrischen Kondensator, der mit einem ersten Kondensatoranschluss am ersten Zellenanschluss angeschlossen ist, einem zwei Verstärkereingangsanschlüsse aufweisenden elektronischen Differenzverstärker, wobei einer der Verstärkereingangsanschlüsse mit einem zweiten Kondensatoranschluss des elektrischen Kondensators und einer der Verstärkereingangsanschlüsse mit dem zweiten Zellenanschluss elektrisch gekoppelt ist, und einem Verstärkerausgangsanschluss des elektronischen Differenzverstärkers zum elektrischen Koppeln einer Auswerteeinheit. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Zellenmessgerät für eine Reihenschaltung einer vorgegebenen Anzahl von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie, mit jeweils einer Schaltungsanordnung für eine jeweilige der Batteriezellen der Reihenschaltung, wobei jede der Schaltungsanordnungen Zellenanschlüsse zum elektrischen Koppeln mit elektrischen Potentialen der jeweiligen Batteriezelle aufweist, um eine elektrische Zellenspannung der jeweiligen der Batteriezellen zu erfassen, sowie einer an die Schaltungsanordnungen angeschlossen Auswerteschaltung zum Auswerten der mit den Schaltungsanordnungen erfassten Zellenspannungen. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen einer elektrischen Zellenspannung einer einzelnen Batteriezelle einer Reihenschaltung von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie mittels einer Schaltungsanordnung, wobei ein erster Zellenanschluss der Schaltungsanordnung mit einem positiven elektrischen Potential der Batteriezelle elektrisch gekoppelt wird, ein zweiter Zellenanschluss der Schaltungsanordnung mit einem negativen elektrischen Potential der Batteriezelle elektrisch gekoppelt wird, wobei erste Zellenanschluss an einem ersten Kondensatoranschluss eines elektrischen Kondensators der Schaltungsanordnung angeschlossen ist, wobei jeweils ein Verstärkereingangsanschluss eines zwei Verstärkereingangsanschlüsse aufweisenden elektronischen Differenzverstärkers der Schaltungsanordnung mit einem zweiten Kondensatoranschluss des elektrischen Kondensators und mit dem zweiten Zellenanschluss elektrisch gekoppelt wird, und ein Verstärkerausgangsanschluss des elektronischen Differenzverstärkers mit einer Auswerteeinheit elektrisch gekoppelt wird.The invention relates to a circuit arrangement for detecting an electrical cell voltage of an individual battery cell of a series connection of battery cells of a vehicle battery, with a first cell connection for electrical coupling to a positive electrical potential of the battery cell, a second cell connection for electrical coupling to a negative electrical potential of the battery cell, a electrical capacitor, which is connected to the first cell connection with a first capacitor connection, an electronic differential amplifier having two amplifier input connections, one of the amplifier input connections being electrically coupled to a second capacitor connection of the electrical capacitor and one of the amplifier input connections to the second cell connection, and an amplifier output connection of the electronic differential amplifier for electrically coupling an evaluation unit. Furthermore, the invention relates to a cell measuring device for a series connection of a predetermined number of battery cells of a vehicle battery, each with a circuit arrangement for a respective one of the battery cells of the series connection, each of the circuit arrangements having cell connections for electrical coupling with electrical potentials of the respective battery cell in order to obtain an electrical cell voltage to detect each of the battery cells, and an evaluation circuit connected to the circuit arrangements for evaluating the cell voltages detected with the circuit arrangements. Finally, the invention also relates to a method for detecting an electrical cell voltage of an individual battery cell of a series connection of battery cells of a vehicle battery by means of a circuit arrangement, wherein a first cell connection of the circuit arrangement is electrically coupled to a positive electrical potential of the battery cell, and a second cell connection of the circuit arrangement is electrically coupled to a negative one electrical potential of the battery cell is electrically coupled, wherein the first cell connection is connected to a first capacitor connection of an electrical capacitor of the circuit arrangement, wherein in each case an amplifier input connection of an electronic differential amplifier of the circuit arrangement having two amplifier input connections is electrically coupled to a second capacitor connection of the electrical capacitor and to the second cell connection , and an amplifier output connection of the electronic differential amplifier is electrically coupled to an evaluation unit.

Gattungsgemäße Schaltungsanordnungen, Zellenmessgeräte sowie Verfahren sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises dem Grunde nach nicht bedarf. Sie dienen insbesondere dazu, Zellenspannungen von in Reihe geschalteten Batteriezellen von Fahrzeugbatterien, insbesondere zeitgleich, vorzugsweise in einem Messzyklus, zu erfassen, um diese mittels einer Auswerteeinheit auswerten zu können. Im Rahmen des Auswertens durch die Auswerteeinheit können spezifische Zelleneigenschaften bestimmt werden, beispielsweise ein Alterungszustand, ein Betriebszustand, eine Zellenimpedanz, weitere Zustandsparameter und/oder dergleichen. Beim Erfassen der Zellenspannung einer jeweiligen der Batteriezellen erweist sich deren Anordnung in der Reihenschaltung als Herausforderung. Aufgrund der in Reihe geschalteten Batteriezellen sind die elektrischen Potentiale einer jeweiligen der Batteriezellen paarweise für jede der Batteriezellen abweichend. Zwei jeweils unmittelbar miteinander elektrisch verbundene Batteriezellen weisen an der elektrischen Verbindung ein gemeinsames elektrisches Potential auf. Dies ergibt sich zwangsläufig durch die Reihenschaltung. Daher ist es für das Erfassen der jeweiligen Zellenspannung, die einer jeweiligen Potentialdifferenz zwischen einem jeweiligen positiven und einem jeweiligen negativen Potential einer jeweiligen der Batteriezellen entspricht, zu berücksichtigen, dass für die Schaltungsanordnungen, die an die elektrischen Potentiale der jeweiligen Zelle angeschlossen sind, abweichende elektrische Potentiale vorliegen.Generic circuit arrangements, cell measuring devices and methods are extensively known in the prior art, so that there is basically no need for separate printed evidence in this regard. They serve in particular to record cell voltages of series-connected battery cells of vehicle batteries, in particular at the same time, preferably in one measuring cycle, in order to be able to evaluate them using an evaluation unit. As part of the evaluation by the evaluation unit, specific cell properties can be determined, for example an aging state, an operating state, a cell impedance, further state parameters and/or the like. When detecting the cell voltage of each of the battery cells, their arrangement in the series connection proves to be a challenge. Due to the series-connected battery cells, the electrical potentials of each of the battery cells are different in pairs for each of the battery cells. Two battery cells that are directly electrically connected to one another have a common electrical potential at the electrical connection. This inevitably results from the series connection. Therefore, in order to detect the respective cell voltage, which corresponds to a respective potential difference between a respective positive and a respective negative potential of a respective battery cell, it must be taken into account that different electrical potentials are required for the circuit arrangements that are connected to the electrical potentials of the respective cell Potentials exist.

Die Schaltungsanordnungen sind daher so auszulegen, dass sie die unterschiedlichen elektrischen Potentiale der in Reihe geschalteten Batteriezellen beim Erfassen berücksichtigen können. Eine Schaltungsanordnung, die zum Erfassen einer Zellenspannung geeignet ist, offenbart zum Beispiel die WO 2015/075357 A1 , die ein Verfahren zum Schätzen eines Werts einer Charakteristik einer elektrochemischen Zelle offenbart. Auch wenn sich diese Lehre bewährt hat, so zeigen sich dennoch Nachteile. Eine genaue Messung der Zellenspannung kann hiermit nicht erreicht werden. Besonders wenn für das Bestimmen von Eigenschaften von Batteriezellen eine Impedanzspektroskopie eingesetzt werden soll, erweist sich die Schaltungsanordnung der WO 2015/075357 A1 als problematisch. Ein wichtiges Problem tritt bei dieser Schaltungsanordnung unter anderem dadurch auf, dass die Eingangsimpedanzen der Zellenanschlüsse der dort offenbarten Schaltungsanordnung stark voneinander abweichen. Dies erweist sich für die weitere Signalverarbeitung, insbesondere bei einer Impedanzspektroskopie, als problematisch. Darüber hinaus erfordert die Schaltungsanordnung der WO 2015/075357 A1 eine Mehrzahl von eine Phasenlage des Messsignals beeinflussenden elektronischen Gliedern. Für eine Impedanzspektroskopie einer Batteriezelle erweist sich dies ebenfalls als nachteilig.The circuit arrangements must therefore be designed in such a way that they can take into account the different electrical potentials of the battery cells connected in series when detecting them. A circuit arrangement suitable for detecting a cell voltage is disclosed, for example WO 2015/075357 A1 , which discloses a method for estimating a value of a characteristic of an electrochemical cell. Even if this teaching has proven itself, there are still disadvantages. An exact measurement of the cell voltage cannot be achieved with this. The circuit arrangement proves to be particularly useful when impedance spectroscopy is to be used to determine the properties of battery cells WO 2015/075357 A1 as problematic. An important problem with this circuit arrangement occurs, among other things, in that the input impedances of the cell connections of the circuit arrangement disclosed there differ greatly from one another. This proves to be problematic for further signal processing, especially in impedance spectroscopy. In addition, the circuit arrangement requires the WO 2015/075357 A1 a plurality of a phase position of the measurement signal influencing electronic elements. This also proves to be disadvantageous for impedance spectroscopy of a battery cell.

Darüber hinaus kann ein Koppelkondensator im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Leckstrom zeigen, der die Funktion der Schaltungsanordnung, insbesondere in Bezug auf eine Gleichtaktunterdrückung unerwünscht beeinträchtigen kann. So offenbart zum Beispiel die DE 24 33 298 A1 eine Schaltungsanordnung mit einem Gyratorresonanzkreis. Diese Lehre ist jedoch für die vorgesehene Anwendung, unter anderem auch wegen der großen Komplexität, ungeeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung, ein Zellenmessgerät sowie eine ein entsprechendes Verfahren dahingehend zu verbessern, dass das Erfassen von Zellenspannungen, insbesondere in Bezug auf eine Impedanzspektroskopie, verbessert werden kann.In addition, a coupling capacitor can exhibit a leakage current when operated as intended, which can undesirably affect the function of the circuit arrangement, particularly with regard to common mode suppression. For example, this reveals DE 24 33 298 A1 a circuit arrangement with a gyrator resonance circuit. However, this teaching is unsuitable for the intended application, among other things because of its great complexity.
The invention is based on the object of improving a circuit arrangement, a cell measuring device and a corresponding method in such a way that the detection of cell voltages, in particular with regard to impedance spectroscopy, can be improved.

Als Lösung werden mit der Erfindung eine Schaltungsanordnung, ein Zellenmessgerät sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.As a solution, the invention proposes a circuit arrangement, a cell measuring device and a method according to the independent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments result from features of the dependent claims.

In Bezug auf eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Leckstromeinheit aufweist, die zumindest am zweiten Kondensatoranschluss angeschlossen ist und die ausgebildet ist, einen im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretenden Leckstrom des elektrischen Kondensators zumindest teilweise abzuleiten.With regard to a generic circuit arrangement, the invention proposes in particular that the circuit arrangement has a leakage current unit which is connected at least to the second capacitor connection and which is designed to at least partially derive a leakage current of the electrical capacitor that occurs as direct current during normal operation.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Zellenmessgerät wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung ausgebildet sind.With regard to a generic cell measuring device, the invention particularly proposes that circuit arrangements are designed according to the invention.

In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass ein im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretender Leckstrom des elektrischen Kondensators mittels einer Leckstromeinheit, die zumindest am zweiten Kondensatoranschluss angeschlossen ist, zumindest teilweise abgeleitet wird.With regard to a generic method, the invention particularly proposes that a leakage current of the electrical capacitor that occurs as direct current during normal operation is at least partially derived by means of a leakage current unit that is connected at least to the second capacitor connection.

Eine jeweilige Schaltungsanordnung dient dazu, die Zellenspannung der Batteriezelle, an die die Schaltungsanordnung angeschlossen ist, zu erfassen und ein entsprechendes elektrische Messsignal für eine weitere Auswertung bereitzustellen. Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass der Leckstrom des elektrischen Kondensators mittels der Leckstromeinheit aus der Schaltungsanordnung abgeführt werden kann, sodass etwaige Auswirkungen diesbezüglich reduziert oder gänzlich vermieden werden können. Mittels der Leckstromeinheit kann der Leckstrom zumindest teilweise zu einem Bezugspotential und/oder einem elektrischen Potential einer elektrischen Energieversorgungseinheit der Schaltungsanordnung abgeleitet werden. Dadurch können Auswirkungen auf die Funktion der Schaltungsanordnung, insbesondere des Differenzverstärkers reduziert oder verhindert werden. Die Leckstromeinheit kann hierfür eine elektronische Hardwareschaltung aufweisen. Vorzugsweise ist die Leckstromeinheit einstellbar ausgebildet, sodass ihre Funktion abhängig von einem Wert des Leckstrom eingestellt werden kann. Die Leckstromeinheit kann ausgebildet sein, das Einstellen der Leckstromeinheit automatisiert zu realisieren. Vorzugsweise kann die Leckstromeinheit abhängig vom Leckstrom eingestellt, insbesondere geregelt, werden.A respective circuit arrangement serves to detect the cell voltage of the battery cell to which the circuit arrangement is connected and to provide a corresponding electrical measurement signal for further evaluation. The invention is based, among other things, on the idea that the leakage current of the electrical capacitor can be dissipated from the circuit arrangement by means of the leakage current unit, so that any effects in this regard can be reduced or completely avoided. By means of the leakage current unit, the leakage current can be at least partially derived to a reference potential and/or an electrical potential of an electrical power supply unit of the circuit arrangement. As a result, effects on the function of the circuit arrangement, in particular of the differential amplifier, can be reduced or prevented. For this purpose, the leakage current unit can have an electronic hardware circuit. The leakage current unit is preferably designed to be adjustable, so that its function can be adjusted depending on a value of the leakage current. The leakage current unit can be designed to automatically implement the setting of the leakage current unit. Preferably, the leakage current unit can be adjusted, in particular regulated, depending on the leakage current.

Die Leckstromeinheit kann beispielsweise einen oder mehrere Widerstände aufweisen, die hinsichtlich des Widerstandswerts vorzugsweise möglichst groß gewählt sind, sodass in Zusammenwirkung mit dem elektrischen Kondensator eine möglichst große Zeitkonstante erreicht werden kann, zugleich jedoch einen Widerstandswert aufweisen, der ein zuverlässiges Ableiten des Leckstroms ermöglichen kann.The leakage current unit can, for example, have one or more resistors, which are preferably chosen to be as large as possible with regard to the resistance value, so that the largest possible time constant can be achieved in cooperation with the electrical capacitor, but at the same time have a resistance value which can enable the leakage current to be reliably derived.

Mit der Leckstromeinheit, insbesondere dem elektrischen Widerstand, kann zum Beispiel ferner erreicht werden, dass die beiden nicht-invertierenden Anschlüsse der Operationsverstärkerschaltungen der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential, welches vorzugsweise durch das elektrische Potential am zweiten Zellenanschluss bestimmt ist, einnehmen.With the leakage current unit, in particular the electrical resistance, it can also be achieved, for example, that the two non-inverting connections of the operational amplifier circuits of the impedance converter and amplifier circuit assume essentially the same electrical potential, which is preferably determined by the electrical potential at the second cell connection .

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Leckstromeinheit ausgebildet ist, den Leckstrom zumindest teilweise zu einem schaltungsanordnungsexternen elektrischen Potential abzuleiten. Damit kann der Leckstrom aus der Schaltungsanordnung abgeleitet werden, sodass Auswirkungen vermieden werden können. Bevorzugt wird der Leckstrom im Wesentlichen vollständig aus der Schaltungsanordnung abgeleitet. Die Schaltungsanordnung kann durch ihre bestimmungsgemäße Funktion zuverlässig und ungestört zumindest teilweise das Ableiten des Leckstroms realisieren. Die Leckstromeinheit kann hierzu vorzugsweise mit einem schaltungsanordnungsexternen beziehungsweise schaltungsanordnungsfremden elektrischen Potential verbunden sein. Insbesondere kann das schaltungsanordnungsexterne elektrische Potential ein elektrisches Bezugspotential des Zellenmessgeräts oder ein elektrisches Potential einer Energieversorgungseinheit für die Schaltungsanordnung sein.In particular, it is proposed that the leakage current unit is designed to divert the leakage current at least partially to an electrical potential external to the circuit arrangement. This allows the leakage current to be derived from the circuit arrangement so that effects can be avoided. Preferably, the leakage current is essentially completely derived from the circuit arrangement. Due to its intended function, the circuit arrangement can at least partially realize the dissipation of the leakage current reliably and undisturbed. For this purpose, the leakage current unit can preferably be connected to an electrical potential external to the circuit arrangement or external to the circuit arrangement. In particular, the electrical potential external to the circuit arrangement can be an electrical reference potential of the cell measurement advice or an electrical potential of a power supply unit for the circuit arrangement.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Leckstromeinheit einen Operationsverstärker aufweist, der einen Ausgangsanschluss, einen invertierenden Eingangsanschluss und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss aufweist, wobei der Ausgangsanschluss mit dem invertierenden Eingangsanschluss unmittelbar elektrisch verbunden ist, wobei der nicht-invertierende Eingangsanschluss mit dem zweiten Zellenanschluss elektrisch gekoppelt ist und wobei der nicht-invertierenden Eingangsanschluss über einen weiteren elektrischen Kondensator und der invertierende Eingangsanschluss über einen elektrischen Widerstand mit dem zweiten Kondensatoranschluss elektrisch gekoppelt ist. Durch diese Schaltungsstruktur kann erreicht werden, dass der Leckstrom im Wesentlichen ausschließlich oder zumindest überwiegend über die Leckstromeinheit abgeführt wird. Es brauchen hierzu demnach keine weiteren Elemente oder Bauteile vorgesehen zu sein. Eine einfache, gut steuerbare Leckstromeinheit kann erreicht werden.Furthermore, it is proposed that the leakage current unit has an operational amplifier which has an output connection, an inverting input connection and a non-inverting input connection, the output connection being directly electrically connected to the inverting input connection, the non-inverting input connection being electrically coupled to the second cell connection and wherein the non-inverting input terminal is electrically coupled to the second capacitor terminal via a further electrical capacitor and the inverting input terminal is electrically coupled to the second capacitor terminal via an electrical resistor. This circuit structure can ensure that the leakage current is dissipated essentially exclusively or at least predominantly via the leakage current unit. Therefore, no further elements or components need to be provided for this. A simple, easily controllable leakage current unit can be achieved.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der nicht-invertierende Eingangsanschluss über wenigstens einen elektrischen Widerstand mit dem zweiten Zellenanschluss elektrisch verbunden ist. Dies verbessert eine einfache kostengünstige Realisierung der Leckstromeinheit. Anstelle des elektrischen Widerstands oder ergänzend hierzu könnte auch eine geeignet dimensioniert Stromquellenschaltung vorgesehen sein.In addition, it is proposed that the non-inverting input connection be electrically connected to the second cell connection via at least one electrical resistor. This improves a simple, cost-effective implementation of the leakage current unit. Instead of the electrical resistance or in addition to this, a suitably dimensioned power source circuit could also be provided.

Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zwischen dem zweiten Zellenanschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss ein Leckstromwiderstand angeschlossen ist. Der Leckstromwiderstand ist vorzugsweise von der Leckstromeinheit umfasst. Der Leckstromwiderstand kann aber auch als separates Element vorgesehen sein. Der Leckstromwiderstand ist ein elektrischer Widerstand, der die Leckstromeinheit hinsichtlich der Funktion des Leckstromableitens unterstützen kann. Der Leckstrom kann mittels des Leckstromwiderstands teilweise vom zweiten Kondensatoranschluss direkt zum zweiten Zellenanschluss abgeleitet werden. Durch die Zusammenwirkung insbesondere mit dem Operationsverstärker der Leckstromeinheit kann die Wirkung der Erfindung weiter verbessert werden.According to a further development, it is proposed that a leakage current resistor is connected between the second cell connection and the second capacitor connection. The leakage current resistance is preferably included in the leakage current unit. The leakage current resistance can also be provided as a separate element. The leakage current resistance is an electrical resistance that can support the leakage current unit with regard to the leakage current dissipation function. The leakage current can be partially derived from the second capacitor connection directly to the second cell connection by means of the leakage current resistance. The effect of the invention can be further improved through the interaction, in particular with the operational amplifier of the leakage current unit.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltungsanordnung eine Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung zum elektrischen Koppeln der jeweiligen Verstärkereingangsanschlüsse mit dem zweiten Zellenanschluss und dem zweiten Kondensatoranschluss aufweist, wobei der zweite Zellenanschluss unmittelbar mit der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung elektrisch gekoppelt ist.It is further proposed that the circuit arrangement has an impedance converter and amplifier circuit for electrically coupling the respective amplifier input connections to the second cell connection and the second capacitor connection, the second cell connection being electrically coupled directly to the impedance converter and amplifier circuit.

Durch eine Ankopplung der Schaltungsanordnung an die elektrischen Potentiale der Batteriezelle, deren Zellenspannung erfasst werden soll, mittels der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung können die im Stand der Technik auftretenden Nachteile, die besonders bei Nutzung der Impedanzspektroskopie auftreten können, weitgehend vermieden, zumindest jedoch reduziert werden. Besonders vorteilhaft erweist sich die Kombination mit der Leckstromeinheit, weil die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung in Bezug auf eine Beeinflussung aufgrund des Leckstroms empfindlich sein kann. Durch die Leckstromeinheit kann die Empfindlichkeit in Bezug auf die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung besonders reduziert werden.By coupling the circuit arrangement to the electrical potentials of the battery cell, whose cell voltage is to be detected, using the impedance converter and amplifier circuit, the disadvantages occurring in the prior art, which can occur particularly when using impedance spectroscopy, can be largely avoided, or at least reduced. The combination with the leakage current unit proves to be particularly advantageous because the impedance converter and amplifier circuit can be sensitive to influence due to the leakage current. The leakage current unit can particularly reduce the sensitivity with respect to the impedance converter and amplifier circuit.

Darüber hinaus kann mit der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung erreicht werden, dass die Ankopplung der Schaltungsanordnung an die elektrischen Potentiale der Batteriezelle für beide elektrische Potentiale möglichst gleichermäßig realisiert ist. Mit der Erfindung kann es ferner vermieden werden, dass für beide elektrische Potentiale der Batteriezelle eine Ankopplung über einen jeweiligen Kondensator vorgesehen werden muss. Vielmehr reicht es aus, die Schaltungsanordnung lediglich über einen einzigen elektrischen Kondensator mit den elektrischen Potentialen der Batteriezelle zu verbinden. Phasenbeeinflussenden oder amplitudenbeeinflussende elektronische Glieder können weitgehend vermieden werden. Dadurch können unter anderem die im Stand der Technik eingesetzten passiven Schaltungselemente, die beispielsweise Phasenverschiebungen und Gleichtaktprobleme (englisch: common mode) zur Folge haben, weitgehend vermieden werden. Die Schaltungsanordnung der Erfindung ermöglicht es, eine Potentialanpassung zu realisieren und zugleich unter anderem beispielsweise RC-Glieder oder dergleichen, weitgehend zu vermeiden. Dadurch kann besonders für die Nutzung der Impedanzspektroskopie eine Verbesserung erreicht werden, weil die Schaltungsanordnung neben einer guten Gleichtaktunterdrückung über einen weiten Frequenzbereich auch eine Phasen- und/oder Amplitudenbeeinflussung zu vermeiden hilft. Darüber hinaus kann sie zugleich unter Nutzung preiswerter Standard-Bauteile kostengünstig realisiert werden. Die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung kann einen Verstärkungsfaktor von etwa eins aufweisen. Vorzugsweise weist die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung jedoch einen Verstärkungsfaktor größer als eins auf. Dem Grunde nach wäre jedoch auch ein Verstärkungsfaktor kleiner als eins möglich, der jedoch für die hier vorgesehene Anwendung in der Regel nicht in Betracht kommen dürfte. Dem Grunde nach kann der elektrische Kondensator anstelle des Anschlusses am ersten Zellenanschluss alternativ auch am zweiten Zellenanschluss angeschlossen sein. Wie der Fachmann erkennt, ändert sich das Funktionsprinzip der Erfindung dadurch nicht.In addition, the impedance converter and amplifier circuit can be used to achieve the coupling of the circuit arrangement to the electrical potentials of the battery cell as equally as possible for both electrical potentials. With the invention it can also be avoided that a coupling via a respective capacitor has to be provided for both electrical potentials of the battery cell. Rather, it is sufficient to simply connect the circuit arrangement to the electrical potentials of the battery cell via a single electrical capacitor. Phase-influencing or amplitude-influencing electronic elements can largely be avoided. As a result, among other things, the passive circuit elements used in the prior art, which, for example, result in phase shifts and common mode problems, can be largely avoided. The circuit arrangement of the invention makes it possible to realize a potential adjustment and at the same time largely avoid, among other things, RC elements or the like. This makes it possible to achieve an improvement, particularly for the use of impedance spectroscopy, because the circuit arrangement, in addition to good common-mode rejection over a wide frequency range, also helps to avoid phase and/or amplitude influences. In addition, it can be implemented cost-effectively using inexpensive standard components. The impedance converter and amplifier circuit may have a gain of approximately unity. However, the impedance converter and amplifier circuit preferably has a gain factor greater than one. In principle, however, an amplification factor smaller than one would also be possible, but this would generally not be considered for the application intended here. Basically, the electrical capacitor can be used instead of the connection on the first Alternatively, the cell connection can also be connected to the second cell connection. As the person skilled in the art will recognize, this does not change the functional principle of the invention.

Deshalb ist es mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ferner möglich, am Verstärkerausgangsanschluss ein um einen vorgebbaren Verstärkungsfaktor verstärktes Messsignal bereitzustellen, welches eine hohe Kongruenz mit der ursprünglich zwischen den elektrischen Potentialen der Batteriezelle erfassten Zellenspannung hat. Dies ist für die anschließende zuverlässige weitere Auswertung mittels der Auswerteeinheit nützlich, weil dadurch spezifische Betriebszustände beziehungsweise Zellenparameter besser und genauer bestimmt werden können.Therefore, with the circuit arrangement according to the invention, it is also possible to provide a measurement signal at the amplifier output connection that is amplified by a predeterminable amplification factor and which has a high congruence with the cell voltage originally detected between the electrical potentials of the battery cell. This is useful for the subsequent reliable further evaluation using the evaluation unit, because specific operating states or cell parameters can be determined better and more precisely.

Darüber hinaus kann durch die Erfindung ein Zellenmessgerät geschaffen werden, welches vorzugsweise im Wesentlichen zeitgleich mit einer der Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen entsprechenden Anzahl an Schaltungsanordnungen die Zellenspannungen der Batteriezellen der Fahrzeugbatterie erfassen kann. Dadurch können mit einem einzigen Messvorgang des Zellenmessgeräts an den in Reihe geschalteten Batteriezellen, insbesondere der vorgegebenen Anzahl von Batteriezellen, deren Zellenspannungen genau erfasst werden, damit Betriebsparameter beziehungsweise Zustandsparameter zuverlässig ermittelt werden können.In addition, the invention can create a cell measuring device which can preferably detect the cell voltages of the battery cells of the vehicle battery essentially simultaneously with a number of circuit arrangements corresponding to the number of battery cells connected in series. As a result, with a single measuring process of the cell measuring device on the series-connected battery cells, in particular the predetermined number of battery cells, their cell voltages can be precisely recorded so that operating parameters or condition parameters can be reliably determined.

Die Schaltungsanordnungen ermöglichen es, das Erfassen der jeweiligen Zellenspannungen der Batteriezellen im Wesentlichen unabhängig von den jeweiligen elektrischen Potentialen der unterschiedlichen Batteriezellen zueinander durchzuführen. Die Schaltungsanordnungen ermöglichen eine entsprechende Anpassung in Bezug auf Potentialabweichungen und erlauben es zugleich, eine zuverlässige Gleichtaktunterdrückung zu realisieren.The circuit arrangements make it possible to detect the respective cell voltages of the battery cells essentially independently of the respective electrical potentials of the different battery cells relative to one another. The circuit arrangements enable appropriate adjustment with regard to potential deviations and at the same time allow reliable common-mode suppression to be implemented.

Besonders vorteilhaft erweist sich dies, wenn das Zellenmessgerät eine Stromquelleneinheit aufweist, die an die in Reihe geschalteten Batteriezellen angeschlossen werden kann und die die Reihenschaltung der Batteriezelle mit einem vorgegebenen beziehungsweise vorgebbaren Zellenstrom beaufschlagen kann. Vorzugsweise ist der Zellenstrom hinsichtlich einer Amplitude und einer Frequenz in einem weiten Bereich einstellbar. Der Zellenstrom kann auch einen Gleichstromanteil aufweisen. Der Gleichstromanteil kann sowohl positiv als auch negativ sein. Eine Frequenz des Zellenstroms kann zum Beispiel in einem Bereich von etwa 10 mHz bis etwa 10 kHz liegen. Vorzugsweise ist die Stromquelleneinheit ausgebildet, den Zellenstrom hinsichtlich Frequenz und/oder Amplitude besonders bevorzugt kontinuierlich zeitlich zu verändern, beispielsweise um eine Impedanzspektroskopie durchführen zu können. Die Stromquelleneinheit kann jedoch auch ein separates Gerät sein, welches vom Zellenmessgerät getrennt ausgebildet ist. Vorzugsweise können die Stromquelleneinheit und das Zellenmessgerät jedoch einstückig ausgebildet sein, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein oder dergleichen.This proves to be particularly advantageous if the cell measuring device has a power source unit which can be connected to the battery cells connected in series and which can apply a predetermined or predeterminable cell current to the series connection of the battery cell. Preferably, the cell current can be adjusted over a wide range in terms of amplitude and frequency. The cell current can also have a direct current component. The direct current component can be both positive and negative. A frequency of the cell current may be in a range from about 10 mHz to about 10 kHz, for example. The current source unit is preferably designed to change the cell current in terms of frequency and/or amplitude, particularly preferably continuously over time, for example in order to be able to carry out impedance spectroscopy. However, the power source unit can also be a separate device, which is designed separately from the cell measuring device. Preferably, however, the power source unit and the cell measuring device can be designed in one piece, for example arranged in a common housing or the like.

Wird eine Impedanzspektroskopie durchgeführt, kann das Verhalten der Batteriezellen, beispielsweise in Bezug auf eine Zellenimpedanz einer jeweiligen der Batteriezellen oder dergleichen, mittels der Auswerteeinheit bestimmt werden. Die Auswerteeinheit kann ebenfalls eine separate Einheit sein, die an das Zellenmessgerät angeschlossen werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit mit dem Zellenmessgerät gemeinsam, das heißt einstückig, ausgebildet ist, wobei das Zellenmessgerät und die Auswerteeinheit beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse oder dergleichen angeordnet sein können. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, jeweilige den erfassten Zellenspannungen der jeweiligen Batteriezellen entsprechende Messsignale zu verarbeiten beziehungsweise auszuwerten. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit eine Hardwareschaltung und/oder eine programmgesteuerte Rechnereinheit aufweisen. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit kommunikationstechnisch auch mit der Stromquelleneinheit gekoppelt, wobei besonders bevorzugt Daten bezüglich des Zellenstroms, wie beispielsweise Amplitude, Frequenz, Gleichstromanteil und/oder dergleichen, von der Stromquelleneinheit an die Auswerteeinheit übermittelt werden können. Darüber hinaus kann alternativ oder ergänzend natürlich auch vorgesehen sein, dass der Zellenstrom, der für alle in Reihe geschalteten Batteriezellen der gleiche ist, mittels eines Stromsensors erfasst wird, der ein entsprechendes Sensorsignal für die Auswerteeinheit bereitstellt. Das Sensorsignal kann an die Auswerteeinheit übermittelt werden und beim Auswerten entsprechend berücksichtigt werden.If an impedance spectroscopy is carried out, the behavior of the battery cells, for example in relation to a cell impedance of a respective battery cell or the like, can be determined by means of the evaluation unit. The evaluation unit can also be a separate unit that can be connected to the cell measuring device. However, it can also be provided that the evaluation unit is designed together with the cell measuring device, that is to say in one piece, whereby the cell measuring device and the evaluation unit can be arranged, for example, in a common housing or the like. The evaluation unit is designed to process or evaluate measurement signals corresponding to the detected cell voltages of the respective battery cells. For this purpose, the evaluation unit can have a hardware circuit and/or a program-controlled computer unit. Preferably, the evaluation unit is also coupled to the power source unit in terms of communication technology, with particularly preferably data relating to the cell current, such as amplitude, frequency, direct current component and/or the like, being able to be transmitted from the power source unit to the evaluation unit. In addition, alternatively or additionally it can of course also be provided that the cell current, which is the same for all battery cells connected in series, is detected by means of a current sensor which provides a corresponding sensor signal for the evaluation unit. The sensor signal can be transmitted to the evaluation unit and taken into account accordingly during evaluation.

Die Schaltungsanordnungen des Zellenmessgeräts sind vorzugsweise gleich ausgebildet. Eine jeweilige Schaltungsanordnung kann vorzugsweise als Hardwareschaltung mit elektronischen Bauteilen ausgebildet sein. Sie kann zumindest teilweise auch integrierte Schaltungen aufweisen. Die Schaltungsanordnung kann einen Schaltungsträger, zum Beispiel in Form einer elektrischen Leiterplatte oder dergleichen, aufweisen, auf dem die elektronischen Bauelemente der Schaltungsanordnung angeordnet sind. Der Schaltungsträger kann zugleich auch eine entsprechende elektrische Verbindung der auf ihm angeordneten Bauteile bereitstellen.The circuit arrangements of the cell measuring device are preferably designed in the same way. A respective circuit arrangement can preferably be designed as a hardware circuit with electronic components. It can at least partially also have integrated circuits. The circuit arrangement can have a circuit carrier, for example in the form of an electrical circuit board or the like, on which the electronic components of the circuit arrangement are arranged. At the same time, the circuit carrier can also provide a corresponding electrical connection for the components arranged on it.

Darüber hinaus weist die Schaltungsanordnung den ersten und den zweiten Zellenanschluss auf. Der Zellenanschluss kann als elektrischer Kontakt ausgebildet sein, der beispielsweise als Steckkontakt, Schraubkontakt und/oder dergleichen ausgebildet sein kann. Die Schaltungsanordnung kann ausgebildet sein, unmittelbar an Anschlusskontakte der jeweiligen Batteriezelle angeschlossen zu werden. Zu diesem Zweck können die Zellenanschlüsse entsprechend ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zellenanschlüsse über entsprechende Anschlusskabel mit den entsprechenden elektrischen Potentialen der Batteriezellen elektrisch verbunden sind.In addition, the circuit arrangement has the first and second cell connections on. The cell connection can be designed as an electrical contact, which can be designed, for example, as a plug contact, screw contact and/or the like. The circuit arrangement can be designed to be connected directly to connection contacts of the respective battery cell. For this purpose, the cell connections can be designed accordingly. However, it can also be provided that the cell connections are electrically connected to the corresponding electrical potentials of the battery cells via corresponding connecting cables.

Die Schaltungsanordnung weist darüber hinaus vorzugsweise wenigstens zwei Versorgungsanschlüsse auf, die dem Anschluss als eine elektrische Energieversorgung dienen. Die elektrische Energieversorgung kann beispielsweise für alle Schaltungsanordnungen des Zellenmessgeräts die gleiche sein, sodass die Schaltungsanordnungen bezüglich der elektrischen Energieversorgung parallelgeschaltet sein können. Dem Grunde nach kann jede Schaltungsanordnung für sich genommen eine eigene Energieversorgungseinheit aufweisen.The circuit arrangement also preferably has at least two supply connections, which serve as an electrical energy supply for the connection. The electrical energy supply can, for example, be the same for all circuit arrangements of the cell measuring device, so that the circuit arrangements can be connected in parallel with respect to the electrical energy supply. Basically, each circuit arrangement can have its own energy supply unit.

Die Energieversorgungseinheit für die Schaltungsanordnungen bezieht die elektrische Energie vorzugsweise aus zumindest einem Teil der in Reihe geschalteten Batteriezellen. Dadurch können die Batteriezellen zugleich auch die Energieversorgung für die Schaltungsanordnungen beziehungsweise das Zellenmessgerät während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Messung zur Verfügung stellen. Für die Energieversorgung der Schaltungsanordnungen aus den in Reihe geschalteten Batteriezellen bereitgestellte elektrische Energie kann von der Energiequelleneinheit bei der Bereitstellung des jeweiligen Zellenstroms berücksichtigt werden. Dadurch kann die Energieversorgung für das Zellenmessgerät beispielsweise während des Messvorgangs, insbesondere während der Durchführung einer Spektroskopie, erfolgen.The energy supply unit for the circuit arrangements preferably draws the electrical energy from at least some of the series-connected battery cells. As a result, the battery cells can also provide the energy supply for the circuit arrangements or the cell measuring device during the intended operation of the measurement. Electrical energy provided for the energy supply of the circuit arrangements from the series-connected battery cells can be taken into account by the energy source unit when providing the respective cell current. As a result, the energy supply for the cell measuring device can take place, for example, during the measuring process, in particular while carrying out a spectroscopy.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung einen separaten Bezugspotentialanschluss aufweist, der beispielsweise ein Massepotential oder dergleichen sein kann. Dieser Bezugspotentialanschluss kann mit einem Batteriezellenpotential der Reihenschaltung und/oder der Auswerteeinheit elektrisch gekoppelt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bezugspotentialanschluss der Schaltungsanordnung über einen Potentialwandler, der beispielsweise als DC/DC-Wandler oder dergleichen ausgebildet sein kann, mit dem Bezugspotential der Auswerteeinheit beziehungsweise der Reihenschaltung gekoppelt sein kann.In addition, it can be provided that the circuit arrangement has a separate reference potential connection, which can be, for example, a ground potential or the like. This reference potential connection can be electrically coupled to a battery cell potential of the series connection and/or the evaluation unit. It can also be provided that the reference potential connection of the circuit arrangement can be coupled to the reference potential of the evaluation unit or the series circuit via a potential converter, which can be designed, for example, as a DC/DC converter or the like.

Der elektrische Kondensator ist vorzugsweise ein elektronischer Kondensator, der einen möglichst kleinen Leckstrom aufweist. Dem Grunde nach kann der elektrische Kondensator durch einen Keramikkondensator, einen Folienkondensator, einen Elektrolytkondensator, eine Kombination von mehreren, insbesondere unterschiedlichen, Kondensatoren und/oder dergleichen gebildet seinThe electrical capacitor is preferably an electronic capacitor that has the smallest possible leakage current. Basically, the electrical capacitor can be formed by a ceramic capacitor, a film capacitor, an electrolytic capacitor, a combination of several, in particular different, capacitors and/or the like

Der Differenzverstärker kann ein auf Basis eines oder mehrerer Operationsverstärker ausgebildeten Differenzverstärker sein. Elektronische Differenzverstärker sind zum Beispiel offenbart in Operationsverstärker-Anwendung von Dieter Hirschmann, Franzis-Verlag, 1977 sowie in Lineare Schaltungen mit Operationsverstärkern von N. Fliege, Springer-Verlag, 1979. Die Realisierung und die Funktion eines elektronischen Differenzverstärkers ist dem Fachmann bekannt, weshalb von weiteren Ausführungen hierzu vorliegend abgesehen wird.The differential amplifier can be a differential amplifier based on one or more operational amplifiers. Electronic differential amplifiers are disclosed, for example, in Operational Amplifier Application by Dieter Hirschmann, Franzis-Verlag, 1977 and in Linear Circuits with Operational Amplifiers by N. Fliege, Springer-Verlag, 1979. The implementation and function of an electronic differential amplifier is known to those skilled in the art, and why no further explanations will be given here.

Die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung ist vorzugsweise ebenfalls eine elektronische Schaltung, die durch diskrete Bauelemente unter Nutzung von Transistoren und Widerständen gebildet sein kann. Sie ist insbesondere ausgebildet, an den Zellenanschlüssen eine im Wesentlichen gleiche Eingangsimpedanz bereitzustellen. Beispielsweise weist die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung zwei Operationsverstärker auf, die im nicht-invertierenden Betrieb betrieben werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine sehr hohe Impedanz an den Zellenanschlüssen erreicht werden. Dies ist insbesondere auch deshalb möglich, weil der zweite Zellenanschluss unmittelbar mit der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung elektrisch gekoppelt beziehungsweise verbunden ist. Vorzugsweise sind hier keine die elektrische Impedanz wesentlich beeinflussenden Elemente angeschlossen.The impedance converter and amplifier circuit is preferably also an electronic circuit, which can be formed by discrete components using transistors and resistors. In particular, it is designed to provide a substantially identical input impedance at the cell connections. For example, the impedance converter and amplifier circuit has two operational amplifiers that are operated in non-inverting operation. This makes it easy to achieve a very high impedance at the cell connections. This is possible in particular because the second cell connection is electrically coupled or connected directly to the impedance converter and amplifier circuit. Preferably, no elements that significantly influence the electrical impedance are connected here.

Vorzugsweise weist die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung zwei nicht-invertierende Operationsverstärkerschaltungen auf, wobei ein nicht-invertierender Eingangsanschluss einer der Operationsverstärkerschaltungen unmittelbar mit dem zweiten Kondensatoranschluss und ein nicht-invertierender Eingangsanschluss der anderen der Operationsverstärkerschaltungen unmittelbar mit dem zweiten Zellenanschluss elektrisch verbunden ist. Insbesondere sind die Operationsverstärkerschaltungen galvanisch miteinander gekoppelt. Die Operationsverstärkerschaltungen brauchen insbesondere kein elektrische Potentiale voneinander trennendes Bauteil, wie zum Beispiel einen oder mehrere elektrische Kondensatoren, einen oder mehrere induktive Übertrager oder dergleichen, aufweisen. Vorzugsweise sind die Operationsverstärkerschaltungen zumindest kondensatorlos und/oder induktivitätslos realisiert. Auf diese Weise kann die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung mit wenig Aufwand schaltungstechnisch realisiert werden. Zugleich ist es möglich, die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung für eine Verstärkungsfunktion zu nutzen. Zu diesem Zweck können die nicht-invertierenden Operationsverstärkerschaltungen entsprechend beschaltet sein, sodass eine vorgegebene Verstärkung erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn jeweilige invertierende Eingangsanschlüsse der Operationsverstärkerschaltungen über elektrische Widerstände, die den gleichen Wert aufweisen, mit jeweilige Ausgangsanschlüssen der Operationsverstärkerschaltungen verbunden sind und die beiden invertierenden Eingangsanschlüsse der Operationsverstärkerschaltungen über einen gemeinsamen elektrischen Widerstand miteinander gekoppelt sind. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, für die beiden Operationsverstärkerschaltungen eine im Wesentlichen gleiche Verstärkung zu erreichen. Dies erweist sich für die weitere Signalverarbeitung als besonders vorteilhaft. Die Operationsverstärkerschaltungen können dem Grunde nach durch diskrete elektronische Bauteile realisiert sein. Besonders vorteilhaft können jedoch integrierte Schaltungen als Operationsverstärkerschaltungen vorgesehen sein.Preferably, the impedance converter and amplifier circuit has two non-inverting operational amplifier circuits, a non-inverting input terminal of one of the operational amplifier circuits being electrically connected directly to the second capacitor terminal and a non-inverting input terminal of the other of the operational amplifier circuits being electrically connected directly to the second cell terminal. In particular, the operational amplifier circuits are galvanically coupled to one another. In particular, the operational amplifier circuits do not need to have any component that separates electrical potentials from one another, such as one or more electrical capacitors, one or more inductive transformers or the like. The operational amplifier circuits are preferably implemented without capacitors and/or inductors. In this way, the impedance converter and amplifier circuit can be implemented with little effort in terms of circuitry. At the same time, it is possible to use the impedance converter and amplifier circuit for amplifying radio to use the function. For this purpose, the non-inverting operational amplifier circuits can be connected accordingly so that a predetermined gain can be achieved. It proves to be particularly advantageous if respective inverting input connections of the operational amplifier circuits are connected to respective output connections of the operational amplifier circuits via electrical resistors that have the same value and the two inverting input connections of the operational amplifier circuits are coupled to one another via a common electrical resistance. This makes it possible in a simple manner to achieve essentially the same gain for the two operational amplifier circuits. This proves to be particularly advantageous for further signal processing. The operational amplifier circuits can basically be implemented using discrete electronic components. However, integrated circuits can be particularly advantageously provided as operational amplifier circuits.

Es wird vorgeschlagen, dass die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung als integrierte Einheit ausgebildet ist, die zwei Impedanzwandleranschlüsse zum Anschließen eines elektrischen Widerstands aufweist, der dem gemeinsamen Einstellen einer Verstärkung der Operationsverstärkerschaltungen dient. Dadurch kann nicht nur ein einfach handhabbares Bauteil geschaffen werden, sondern, insbesondere wenn die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung durch einen Halbleiter-Chip gebildet ist, kann erreicht werden, dass die Komponenten, wie zum Beispiel Widerstände oder dergleichen, nahezu identische Eigenschaften aufgrund des gemeinsamen Herstellprozesses aufweisen. Dadurch kann die Genauigkeit und die Funktion der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung weiter verbessert werden. Insbesondere dadurch, dass durch die Impedanzwandleranschlüsse die Möglichkeit geschaffen wird, einen einzigen elektrischen Widerstand dazu zu nutzen, die Verstärkung der beiden Operationsverstärkerschaltungen nahezu identisch einstellen zu können, wird die Funktion der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung und damit auch die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der Schaltungsanordnung insgesamt weiter verbessert. Die integrierte Einheit kann ergänzend auch den Elektronischen Differenzverstärker aufweisen. Dadurch können eine sehr kompakte Bauform und ein einfach handzuhabendes Bauteil erreicht werden.It is proposed that the impedance converter and amplifier circuit be designed as an integrated unit which has two impedance converter connections for connecting an electrical resistor which serves to jointly adjust a gain of the operational amplifier circuits. This not only makes it possible to create a component that is easy to handle, but, especially if the impedance converter and amplifier circuit is formed by a semiconductor chip, it can be achieved that the components, such as resistors or the like, have almost identical properties due to the common manufacturing process exhibit. This allows the accuracy and function of the impedance converter and amplifier circuit to be further improved. In particular, the fact that the impedance converter connections create the possibility of using a single electrical resistance to set the gain of the two operational amplifier circuits almost identically improves the function of the impedance converter and amplifier circuit and thus also the accuracy and reliability of the circuit arrangement as a whole further improved. The integrated unit can also have the electronic differential amplifier. This allows a very compact design and an easy-to-handle component to be achieved.

Es wird ferner vorgeschlagen, dass der Differenzverstärker als elektrisches Bezugspotential ein elektrisches Bezugspotential der Auswerteeinheit nutzt. Es braucht somit zwischen der Schaltungsanordnung und der Auswerteeinheit keine elektrische Potentialtrennung vorgesehen zu sein. Die Schaltungsanordnung selbst bewirkt eine entsprechende Potentialanpassung, sodass eine galvanische Trennung mit den ungünstigen signaltechnischen Auswirkungen vermieden werden kann. Gleichzeitig kann der Aufwand für die Schaltungsanordnung bei großer Zuverlässigkeit und Dynamik erhöht werden. Das gemeinsame Bezugspotential ist jedoch nicht zwingend für den bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlich. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Bezugspotential der Schaltungsanordnung beziehungsweise des Differenzverstärkers und das Bezugspotential der Auswerteeinheit durch eine vorgegebene, fest einstellbare beziehungsweise eingestellte Spannung bestimmt ist.It is further proposed that the differential amplifier uses an electrical reference potential of the evaluation unit as an electrical reference potential. There is therefore no need for electrical potential isolation to be provided between the circuit arrangement and the evaluation unit. The circuit arrangement itself causes a corresponding potential adjustment, so that galvanic isolation with the unfavorable signaling effects can be avoided. At the same time, the effort for the circuit arrangement can be increased with great reliability and dynamics. However, the common reference potential is not absolutely necessary for intended operation. It can also be provided that the reference potential of the circuit arrangement or of the differential amplifier and the reference potential of the evaluation unit are determined by a predetermined, permanently adjustable or set voltage.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Bemessungsspannung des elektrischen Kondensators mindestens um einen Faktor 10 größer als eine im bestimmungsgemäßen Betrieb maximale auftretende Betriebsspannung ist. Dies erlaubt es, parasitäre Eigenschaften des elektrischen Kondensators in Bezug auf die Funktion der Schaltungsanordnung möglichst gering zu halten. Insbesondere kann dies einen Leckstrom betreffen, beispielsweise wenn der elektrische Kondensator einen Elektrolytkondensator aufweist. Dem Grunde nach kann der elektrische Kondensator durch einen Keramikkondensator, einen Folienkondensator, einen Elektrolytkondensator und/oder dergleichen gebildet sein. Der elektrische Kondensator kann natürlich auch mehr als einen einzigen Kondensator als Bauteil aufweisen, beispielsweise indem diese Bauteile parallelgeschaltet und/oder in Reihe geschaltet sind. Insbesondere kann erreicht werden, dass ein Leckstrom des elektrischen Kondensators möglich klein ist und seine Auswirkungen auf den bestimmungsgemäßen Betrieb der Schaltungsanordnung weiter reduziert werden können.Furthermore, it is proposed that a rated voltage of the electrical capacitor is at least a factor of 10 greater than a maximum operating voltage that occurs during intended operation. This makes it possible to keep parasitic properties of the electrical capacitor in relation to the function of the circuit arrangement as low as possible. In particular, this can relate to a leakage current, for example if the electrical capacitor has an electrolytic capacitor. Basically, the electrical capacitor can be formed by a ceramic capacitor, a film capacitor, an electrolytic capacitor and/or the like. The electrical capacitor can of course also have more than a single capacitor as a component, for example by these components being connected in parallel and/or in series. In particular, it can be achieved that a leakage current of the electrical capacitor is as small as possible and its effects on the intended operation of the circuit arrangement can be further reduced.

In Bezug auf das Zellenmessgerät wird ferner vorgeschlagen, dass das Zellenmessgerät eine Energieversorgungseinheit zum Versorgen der Schaltungsanordnungen mit elektrischer Energie aufweist, wobei die Energieversorgungseinheit mit mehreren Batteriezellen der Reihenschaltung verbunden ist, und zumindest eine Hochsetzstellerschaltung (englisch: Booster) oder eine Tiefsetzstellerschaltung (englisch: Buck) aufweist. Die Energieversorgungseinheit kann mit der Reihenschaltung elektrisch verbunden sein, sodass alle Batteriezellen der Reihenschaltung einen Beitrag zur Energieversorgung leisten. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass lediglich eine ausgewählte Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriezellen zur Energieversorgung der Schaltungsanordnungen mittels der Energieversorgungseinheit genutzt wird. Die Hochsetzstellerschaltung und/oder die Tiefsetzstellerschaltung kann als DC/DC-Wandler ausgebildet sein. Durch die Hochsetzstellerschaltung und/oder die Tiefsetzstellerschaltung kann eine weitere Spannungsanpassung erreicht werden, sodass die Schaltungsanordnungen derart mit elektrischer Energie versorgt werden können, dass elektrische Potentiale der Batteriezellen größer als das durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellte negative elektrische Potential und kleiner als das durch die Energieversorgungseinheit bereitgestellte positive elektrische Potential sind. Dies gilt insbesondere für eine Energieversorgung, die eine gemeinsame Energieversorgung aller Schaltungsanordnungen mit einer einzigen Energieversorgungseinheit vorsieht, wodurch dann die Spannungsversorgung die Energieversorgungseinheit entsprechend realisiert sein kann. Ist ein Bezugspotential der Schaltungsanordnungen beziehungsweise der jeweiligen Differenzverstärker an einem mittleren elektrischen Potential der in Reihe geschalteten Batteriezellen vorgesehen, können sowohl die Hochsetzstellerschaltung als auch die Tiefsetzstellerschaltung dieses Bezugspotential als gemeinsames Bezugspotential für das Bereitstellen der elektrischen Energie nutzen. Dadurch ist es möglich, insbesondere für den Betrieb von Operationsverstärkerschaltungen, ein negatives Energieversorgungspotential und ein positives Energieversorgungspotential in Bezug auf das Bezugspotential bereitzustellen.With regard to the cell measuring device, it is further proposed that the cell measuring device has a power supply unit for supplying the circuit arrangements with electrical energy, the power supply unit being connected to a plurality of battery cells in the series circuit, and at least one step-up converter circuit (booster) or a step-down converter circuit (buck ) having. The energy supply unit can be electrically connected to the series circuit, so that all battery cells in the series circuit contribute to the energy supply. In addition, there is of course also the possibility that only a selected number of the battery cells connected in series are used to supply energy to the circuit arrangements by means of the energy supply unit. The step-up converter circuit and/or the step-down converter circuit can be designed as a DC/DC converter. Through the high A further voltage adjustment can be achieved in the step-down converter circuit and/or the step-down converter circuit, so that the circuit arrangements can be supplied with electrical energy in such a way that electrical potentials of the battery cells are greater than the negative electrical potential provided by the energy supply unit and smaller than the positive electrical potential provided by the energy supply unit are. This applies in particular to an energy supply that provides a common energy supply for all circuit arrangements with a single energy supply unit, whereby the voltage supply can then be implemented accordingly for the energy supply unit. If a reference potential of the circuit arrangements or the respective differential amplifiers is provided at an average electrical potential of the battery cells connected in series, both the step-up converter circuit and the step-down converter circuit can use this reference potential as a common reference potential for providing the electrical energy. This makes it possible, particularly for the operation of operational amplifier circuits, to provide a negative energy supply potential and a positive energy supply potential in relation to the reference potential.

Dadurch kann der Betrieb der Schaltungsanordnungen, insbesondere der Operationsverstärkerschaltungen und auch der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung weiter verbessert werden.This allows the operation of the circuit arrangements, in particular the operational amplifier circuits and also the impedance converter and amplifier circuit, to be further improved.

Die für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten entsprechend auch für das mit den erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen ausgerüstete Zellenmessgerät und das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Somit können Vorrichtungsmerkmale auch als Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.The advantages and effects specified for the circuit arrangement according to the invention also apply correspondingly to the cell measuring device equipped with the circuit arrangements according to the invention and the method according to the invention and vice versa. Device features can therefore also be formulated as process features and vice versa.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine vorgebbare elektrische Verbindung von zwei unmittelbar miteinander elektrisch verbundenen Batteriezellen der Reihenschaltung ein elektrisches Bezugspotential bereitstellt. Das elektrische Betriebspotential ist vorzugsweise größer als ein durch die Reihenschaltung bereitgestelltes positives elektrisches Potential und kleiner als ein durch die Reihenschaltung bereitgestelltes negatives elektrisches Potential. Die Energieversorgungseinheit kann dieses elektrische Bezugspotential für die Bereitstellung der Energieversorgung nutzen. Insbesondere können die Hochsetzstellerschaltung und/oder die Tiefsetzstellerschaltung das elektrische Bezugspotential für die Bereitstellung von Versorgungsspannungen für die Schaltungsanordnungen nutzen.Furthermore, it is proposed that a predefinable electrical connection of two battery cells of the series circuit that are directly electrically connected to one another provides an electrical reference potential. The electrical operating potential is preferably greater than a positive electrical potential provided by the series connection and smaller than a negative electrical potential provided by the series connection. The energy supply unit can use this electrical reference potential to provide the energy supply. In particular, the step-up converter circuit and/or the step-down converter circuit can use the electrical reference potential to provide supply voltages for the circuit arrangements.

Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.For use cases or application situations that may arise with the method and that are not explicitly described here, it can be provided that an error message and/or a request to enter user feedback and/or a standard setting and/or a predetermined one can be issued according to the method Initial state is set.

Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Zellenmessgerät. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.The invention also includes the control device for the cell measuring device. The control device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code that is designed to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The processor circuit of the processor device can, for example, have at least one circuit board and/or at least one SoC (System on Chip).

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the circuit arrangement according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Blockschaltbildansicht eines an eine Reihenschaltung von acht Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie angeschlossenen Zellenmessgeräts, welches für jede Batteriezelle eine Schaltungsanordnung zum Erfassen einer jeweiligen Zellenspannung aufweist; und
2 eine schematische Schaltbilddarstellung einer der Schaltungsanordnungen in 1.

Examples of embodiments of the invention are described below. This shows:

1 a schematic block diagram view of a cell measuring device connected to a series connection of eight battery cells of a vehicle battery, which for each battery rie cell has a circuit arrangement for detecting a respective cell voltage; and
2 a schematic circuit diagram representation of one of the circuit arrangements in 1 .

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also further develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference numerals designate functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Blockschaltbildansicht eines an eine Reihenschaltung 12 von acht Batteriezellen 14 einer Fahrzeugbatterie 20 angeschlossenen Zellenmessgeräts 62. Das Zellenmessgerät 62 weist für jede der Batteriezellen 14 eine Schaltungsanordnung 10 zum Erfassen einer jeweiligen Zellenspannung einer jeweiligen der Batteriezellen 14 auf. Auch wenn in der vorliegenden Ausgestaltung die Fahrzeugbatterie 20 mit acht Batteriezellen 14 dargestellt ist, kann in alternativen Ausgestaltungen die Fahrzeugbatterie 20 natürlich auch weniger oder mehr Batteriezellen 14 aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugbatterie 20 eine Reihenschaltung 12 aus mehr als acht Batteriezellen 14 aufweist, von denen zum Beispiel acht unmittelbar miteinander elektrische verbundene Batteriezellen 14 ausgewählt sein können, die mittels des Zellenmessgeräts 62 elektrisch verbunden werden. Die Fahrzeugbatterie 20 dient der elektrischen Energieversorgung eines Bordnetzes eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein, beispielsweise ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen, an dessen Bordnetz die Fahrzeugbatterie 20 angeschlossen ist. Die Schaltungsanordnungen 10 dienen dazu, die jeweiligen Zellenspannungen zu erfassen und jeweilige Messsignale bereitzustellen. 1 shows a schematic block diagram view of a cell measuring device 62 connected to a series circuit 12 of eight battery cells 14 of a vehicle battery 20. The cell measuring device 62 has a circuit arrangement 10 for detecting a respective cell voltage of a respective battery cell 14 for each of the battery cells 14. Even if in the present embodiment the vehicle battery 20 is shown with eight battery cells 14, in alternative embodiments the vehicle battery 20 can of course also have fewer or more battery cells 14. In particular, it can be provided that the vehicle battery 20 has a series connection 12 of more than eight battery cells 14, of which, for example, eight directly electrically connected battery cells 14 can be selected, which are electrically connected by means of the cell measuring device 62. The vehicle battery 20 is used to supply electrical energy to an on-board electrical system of a motor vehicle, not shown. In particular, the motor vehicle can be an electrically driven motor vehicle, for example an electric vehicle, a hybrid vehicle or the like, to the vehicle electrical system of which the vehicle battery 20 is connected. The circuit arrangements 10 serve to detect the respective cell voltages and to provide respective measurement signals.

Die Batteriezellen 14 können galvanische Zellen einer beliebigen Zellchemie sein. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Batteriezellen 14 als Lithium-Ion-Zellen ausgebildet sind. Daneben können die Batteriezellen 14 jedoch auch als Nickel-Metallhydrid-Zellen, Nickel-Cadmium-Zellen, Blei-Säure-Zellen oder dergleichen ausgebildet sein. Die Erfindung ist nicht an eine spezifischen Zellchemie und auch nicht an eine spezifische Anzahl von Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind, gebunden.The battery cells 14 can be galvanic cells of any cell chemistry. In the present embodiment it is provided that the battery cells 14 are designed as lithium-ion cells. In addition, the battery cells 14 can also be designed as nickel-metal hydride cells, nickel-cadmium cells, lead-acid cells or the like. The invention is not tied to a specific cell chemistry or to a specific number of battery cells connected in series.

Das Zellenmessgerät 62 weist für jede der Batteriezellen 14 der Reihenschaltung 12 jeweils eine Schaltungsanordnung 10 auf. Jede der Schaltungsanordnungen 10 weist Zellenanschlüsse 22, 24 (2) zum elektrischen Koppeln mit elektrischen Potentialen 16, 18 der jeweiligen Batteriezelle 14 auf, um die elektrische Zellenspannung der jeweiligen der Batteriezellen 14 zu erfassen. Vorliegend ist vorgesehen, dass bei den an die Batteriezellen 14 mit den Nummern 0 bis 3 angeschlossenen Schaltungsanordnungen 10 jeweils der erste Zellenanschluss 22 dem negativen elektrischen Potenzial 18 der Batteriezelle 14 und der zweite Zellenanschluss 24 dem positiven elektrischen Potenzial 16 der Batteriezelle 14 verbunden ist. Bei den an die Batteriezellen 14 mit den Nummern 4 bis 7 angeschlossenen Schaltungsanordnungen 10 ist jeweils der erste Zellenanschluss 22 dem positiven elektrischen Potenzial 16 der Batteriezelle 14 und der zweite Zellenanschluss 24 dem negativen elektrischen Potenzial 18 der Batteriezelle 14 verbunden.The cell measuring device 62 has a circuit arrangement 10 for each of the battery cells 14 of the series circuit 12. Each of the circuit arrangements 10 has cell connections 22, 24 ( 2 ) for electrical coupling with electrical potentials 16, 18 of the respective battery cell 14 in order to detect the electrical cell voltage of the respective battery cells 14. In the present case it is provided that in the circuit arrangements 10 connected to the battery cells 14 with the numbers 0 to 3, the first cell connection 22 is connected to the negative electrical potential 18 of the battery cell 14 and the second cell connection 24 is connected to the positive electrical potential 16 of the battery cell 14. In the circuit arrangements 10 connected to the battery cells 14 with the numbers 4 to 7, the first cell connection 22 is connected to the positive electrical potential 16 of the battery cell 14 and the second cell connection 24 is connected to the negative electrical potential 18 of the battery cell 14.

An die Schaltungsanordnungen 10 ist ferner eine Auswerteschaltung 60 (2) zum Auswerten der mit den Schaltungsanordnungen 10 erfassten Zellenspannungen angeschlossen. Die Auswerteschaltung 60 verarbeitet die durch die Schaltungsanordnungen 10 bereitgestellten Messsignale. Die Auswerteschaltung 60 kann separat vom Zellenmessgerät 62 ausgebildet sein. Vorliegend ist jedoch vorgesehen, dass die Auswerteschaltung 60 vom Zellenmessgerät 62 umfasst ist und beispielsweise in einem nicht dargestellten Gehäuse zusammen mit dem Zellenmessgerät 62 angeordnet sein kann.An evaluation circuit 60 ( 2 ) for evaluating the cell voltages detected with the circuit arrangements 10. The evaluation circuit 60 processes the measurement signals provided by the circuit arrangements 10. The evaluation circuit 60 can be designed separately from the cell measuring device 62. In the present case, however, it is provided that the evaluation circuit 60 is included in the cell measuring device 62 and can be arranged, for example, in a housing (not shown) together with the cell measuring device 62.

Aus 1 ist ferner ersichtlich, dass das Zellenmessgerät 62 eine Energieversorgungseinheit 64 zum Versorgen der Schaltungsanordnungen 10 mit elektrischer Energie aufweist. Vorliegend ist in 1 der Teil der Energieversorgungseinheit 64 dargestellt, der die an die Batteriezellen 14 mit den Nummern 4 bis 7 angeschlossenen Schaltungsanordnungen 10 mit elektrischer Energie versorgt. Die anderen an die Batteriezellen 14 mit den Nummern 0 bis 3 angeschlossenen Schaltungsanordnungen 10 werden von einem nicht dargestellten Teil der Energieversorgungseinheit 64 mit elektrischer Energie versorgt, der entsprechend dem dargestellten Teil in dualer Weise invertiert ausgebildet ist. Die Energieversorgungseinheit 64 ist mit den Batteriezellen 14 der Reihenschaltung 12 elektrisch verbunden und weist für den dargestellten Teil sowie für den nicht dargestellten Teil jeweils eine Hochsetzstellerschaltung 66 und eine Tiefsetzstellerschaltung 68 auf. Die jeweilige Hochsetzstellerschaltung 66 und die jeweilige Tiefsetzstellerschaltung 68 sind an ein gemeinsames elektrisches Bezugspotential 56 angeschlossen, welches mittig an der Reihenschaltung 12 der Batteriezellen 14 angeschlossen ist. In 1 ist der Anschluss des elektrischen Bezugspotentials 56 zwischen den in Reihe geschalteten Batteriezellen 3 und 4 vorgesehen. Der dargestellte Teil der Energieversorgungseinheit 64, der die Schaltungsanordnungen 10 der Batteriezellen 14 mit den Nummern 4 bis 7 versorgt, stellt in Bezug auf der elektrische Bezugspotential 56 eine elektrische Spannung von vorliegend etwa 27 V und eine negative Versorgungsspannung von vorliegend etwa -9 V bereit. Der nicht dargestellte Teil stellt für die anderen Schaltungsanordnungen 10 eine positive Versorgungsspannung von etwa 9 V und eine negative Versorgungsspannung von vorliegend etwa -27 V bereit.Out of 1 It can also be seen that the cell measuring device 62 has a power supply unit 64 for supplying the circuit arrangements 10 with electrical energy. Present is in 1 the part of the energy supply unit 64 is shown, which supplies the circuit arrangements 10 connected to the battery cells 14 with the numbers 4 to 7 with electrical energy. The other circuit arrangements 10 connected to the battery cells 14 with the numbers 0 to 3 are supplied with electrical energy from a part of the energy supply unit 64, not shown, which is designed to be inverted in a dual manner corresponding to the part shown. The energy supply unit 64 is electrically connected to the battery cells 14 of the series circuit 12 and has a step-up converter circuit 66 and a step-down converter circuit 68 for the part shown and for the part not shown. The respective boost converter circuit 66 and the respective step-down converter circuit 68 are connected to a common electrical reference potential 56, which is connected centrally to the series circuit 12 of the battery cells 14. In 1 the connection of the electrical reference potential 56 is provided between the series-connected battery cells 3 and 4. The part of the energy supply unit 64 shown, which supplies the circuit arrangements 10 of the battery cells 14 with the numbers 4 to 7, provides an electrical voltage of approximately 27 V and a negative supply voltage of approximately -9 V in relation to the electrical reference potential 56. The part not shown provides a positive supply voltage of approximately 9 V and a negative supply voltage of approximately -27 V for the other circuit arrangements 10.

Die Reihenschaltung 12 weist einen positiven Anschlusspol 70 und einen negativen Anschlusspol 72 auf, zwischen denen durch die Batteriezellen 14 eine elektrische Spannung der Reihenschaltung 12 bereitgestellt wird, die sich aus der Summe der einzelnen Zellenspannungen der Batteriezellen 14 der Reihenschaltung 12 ergibt. Die Hochsetzstellerschaltung 66 ist ferner an den positiven Anschlusspol 70 angeschlossen. Die Tiefsetzstellerschaltung 68 ist an den negativen Anschlusspol 72 angeschlossen. An einem Versorgungsanschluss 74 stellt die Hochsetzstellerschaltung 66 eine elektrische Spannung gegenüber dem elektrischen Bezugspotential 56 von vorliegend etwa 28 V bereit. An einem Versorgungsanschluss 76 stellt die Tiefsetzstellerschaltung 68 in der vorliegenden Ausgestaltung eine elektrische Spannung gegenüber dem elektrischen Bezugspotential 56 von vorliegend etwa -10 V bereit. An den Versorgungsanschluss 74 ist ein Linearregler 78 angeschlossen. An einem Versorgungsanschluss 82 stellt der Spannungsregler 78 eine Versorgungsspannung von 27 V bereit. Am Versorgungsanschluss 76 ist ein weiterer Spannungsregler 80 angeschlossen, der an einem Versorgungsanschluss 84 eine elektrische Spannung gegenüber dem elektrischen Bezugspotential 56 von etwa -9 V bereitstellt. An den Versorgungsanschlüssen 82 und 84 sind die Schaltungsanordnungen 10 angeschlossen, sodass sie hierüber mit elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt werden können.The series circuit 12 has a positive connection pole 70 and a negative connection pole 72, between which an electrical voltage of the series circuit 12 is provided by the battery cells 14, which results from the sum of the individual cell voltages of the battery cells 14 of the series circuit 12. The step-up converter circuit 66 is also connected to the positive connection pole 70. The step-down converter circuit 68 is connected to the negative terminal 72. At a supply connection 74, the step-up converter circuit 66 provides an electrical voltage relative to the electrical reference potential 56 of approximately 28 V in the present case. In the present embodiment, the step-down converter circuit 68 provides an electrical voltage relative to the electrical reference potential 56 of approximately -10 V at a supply connection 76. A linear regulator 78 is connected to the supply connection 74. The voltage regulator 78 provides a supply voltage of 27 V at a supply connection 82. A further voltage regulator 80 is connected to the supply connection 76 and provides an electrical voltage of approximately -9 V relative to the electrical reference potential 56 at a supply connection 84. The circuit arrangements 10 are connected to the supply connections 82 and 84 so that they can be supplied with electrical energy for intended operation.

In 1 nicht dargestellt ist eine Stromquellenschaltung, die an die Reihenschaltung 12 angeschlossen ist und die die Batteriezellen 14 mit einem vorgebbaren elektrischen Zellenstrom beaufschlagen kann. Die Stromquellenschaltung beziehungsweise Stromquelleneinheit kann vom Zellenmessgerät 62 umfasst sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Stromquellenschaltung als separate Schaltung ausgebildet ist und eine eigene Steuerung aufweist. Die Stromquellenschaltung ist unter anderem ausgebildet, die Reihenschaltung 12 der Batteriezellen 14 mit einem Wechselstrom zu beaufschlagen, dem ein Gleichstrom überlagert sein kann. Je nach Bedarf kann die Polarität des Gleichstroms gewechselt werden. Die Stromquellenschaltung ist ferner ausgebildet, die Frequenz des Wechselstroms bedarfsgerecht einstellen beziehungsweise ändern zu können. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Einstellen der Frequenz in geeigneter Weise zum Durchführen einer Impedanzspektroskopie realisiert ist. Zu diesem Zweck ist in der vorliegenden Ausgestaltung vorgesehen, dass die Stromquellenschaltung die Frequenz in einem Bereich von etwa 10 mHz bis etwa 10 kHz kontinuierlich ändert. Die Stromquellenschaltung ist vorliegend ferner ausgebildet, den Zellenstrom mit einer vorgegebenen Amplitude bereitstellen zu können. In der vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Amplitude etwa 5 A beträgt.In 1 Not shown is a power source circuit which is connected to the series circuit 12 and which can supply the battery cells 14 with a predeterminable electrical cell current. The power source circuit or power source unit can be included in the cell measuring device 62. However, it can also be provided that the power source circuit is designed as a separate circuit and has its own control. The power source circuit is designed, among other things, to apply an alternating current to the series connection 12 of the battery cells 14, which can be superimposed on a direct current. Depending on your needs, the polarity of the direct current can be changed. The power source circuit is further designed to be able to adjust or change the frequency of the alternating current as required. In the present embodiment it is provided that the frequency is set in a suitable manner for carrying out impedance spectroscopy. For this purpose, the present embodiment provides that the current source circuit continuously changes the frequency in a range from approximately 10 mHz to approximately 10 kHz. In the present case, the current source circuit is further designed to be able to provide the cell current with a predetermined amplitude. In the present embodiment it is provided that the amplitude is approximately 5 A.

Die Stromquellenschaltung ist ferner in Kommunikationsverbindung mit der Energieversorgungseinheit 64, sodass die für die Schaltungsanordnungen 10 und gegebenenfalls weitere elektronische Einrichtungen des Zellenmessgeräts 62 den Batteriezellen 14 entnommenen Energie bei der Bereitstellung des Zellenstroms berücksichtigt werden kann. Die Stromquellenschaltung ist ferner in Kommunikationsverbindung mit der Auswerteeinheit 60, sodass die von den Schaltungsanordnungen 10 bereitgestellten Signale unter Berücksichtigung des jeweils aktuellen Zellenstroms ausgewertet werden können.The power source circuit is also in communication connection with the energy supply unit 64, so that the energy taken from the battery cells 14 for the circuit arrangements 10 and possibly other electronic devices of the cell measuring device 62 can be taken into account when providing the cell current. The current source circuit is also in communication connection with the evaluation unit 60, so that the signals provided by the circuit arrangements 10 can be evaluated taking into account the current cell current.

Die Impedanzspektroskopie für Batteriezellen ist dem Fachmann dem Grunde nach bekannt, sodass von weiteren detaillierten Erläuterungen vorliegend abgesehen wird.Impedance spectroscopy for battery cells is basically known to those skilled in the art, so further detailed explanations are omitted here.

Das elektrische Bezugspotenzial 56 wird durch eine vorgegebene elektrische Verbindung von zwei unmittelbar miteinander elektrisch verbundenen Batteriezellen 14 der Reihenschaltung 12 bereitgestellt.The electrical reference potential 56 is provided by a predetermined electrical connection of two battery cells 14 of the series circuit 12 that are directly electrically connected to one another.

2 zeigt nun in einer schematischen Schaltbilddarstellung eine der Schaltungsanordnungen 10 gemäß 1. Die Schaltungsanordnung 10 dient zum Erfassen der elektrischen Zellenspannung der Batteriezelle 14 der Reihenschaltung 12, an die die Schaltungsanordnung 10 angeschlossen ist, und zum Bereitstellen eines entsprechenden Messsignals für die Auswerteschaltung 60. Die Schaltungsanordnung 10 weist einen ersten Zellenanschluss 22 zum elektrischen Koppeln mit dem positiven elektrischen Potenzial 16 der jeweiligen Batteriezelle 14 auf. Weiterhin weist die Schaltungsanordnung 10 einen zweiten Zellenanschluss 24 zum elektrischen Koppeln mit dem negativen elektrischen Potenzial 18 der Batteriezelle 14 auf. 2 now shows a schematic circuit diagram representation of one of the circuit arrangements 10 according to 1 . The circuit arrangement 10 serves to detect the electrical cell voltage of the battery cell 14 of the series circuit 12 to which the circuit arrangement 10 is connected, and to provide a corresponding measurement signal for the evaluation circuit 60. The circuit arrangement 10 has a first cell connection 22 for electrical coupling to the positive electrical Potential 16 of the respective battery cell 14. Furthermore, the circuit arrangement 10 has a second cell connection 24 for electrical coupling to the negative electrical potential 18 of the battery cell 14.

Die Schaltungsanordnung 10 weist ferner einen elektrischen Kondensator 26 auf, der mit einem ersten Kondensatoranschluss 28 am ersten Zellenanschluss 22 angeschlossen ist.The circuit arrangement 10 also has an electrical capacitor 26, which is connected to the first cell connection 22 with a first capacitor connection 28.

Ferner weist die Schaltungsanordnung 10 einen elektronischen Differenzverstärker 30 auf, der zwei Verstärkereingangsanschlüsse 32, 34 sowie einen Verstärkerausgangsanschluss 36 aufweist. Einer der Verstärkereingangsanschlüsse 32, 34 ist mit einem zweiten Kondensatoranschluss 38 des elektrischen Kondensators und einer der Verstärkereingangsanschlüsse 32, 34 ist mit dem zweiten Zellenanschluss 24 elektrisch gekoppelt. Der Verstärkerausgangsanschluss 36 ist mit der Auswerteeinheit 60 elektrisch gekoppelt.Furthermore, the circuit arrangement 10 has an electronic differential amplifier 30, which has two amplifier input connections 32, 34 and an amplifier output connection 36. One of the amplifier input connections 32, 34 is electrically coupled to a second capacitor connection 38 of the electrical capacitor and one of the amplifier input connections 32, 34 is electrically coupled to the second cell connection 24. The amplifier output connection 36 is electrically coupled to the evaluation unit 60.

Der elektronische Differenzverstärker 30 weist einen Operationsverstärker U3 auf, dessen Verstärkung mittels der Widerstände R1 bis R4 eingestellt ist. Ein Verstärkerausgang des Operationsverstärkers U3 ist mit einem Verstärkerausgangsanschluss 36 elektrisch verbunden.The electronic differential amplifier 30 has an operational amplifier U3, the gain of which is adjusted using the resistors R1 to R4. An amplifier output of the operational amplifier U3 is electrically connected to an amplifier output terminal 36.

Am Verstärkerausgangsanschluss 36 ist ein elektrischer Kondensator C2 mit einem ersten Anschluss angeschlossen, wobei der Kondensator C2 mit seinem zweiten Anschluss an der Auswerteeinheit 60 angeschlossen ist. Der zweite Anschluss ist ferner über einen Widerstand R9 an das elektrische Bezugspotenzial 56 angeschlossen.An electrical capacitor C2 with a first connection is connected to the amplifier output connection 36, the capacitor C2 being connected to the evaluation unit 60 with its second connection. The second connection is also connected to the electrical reference potential 56 via a resistor R9.

Die Funktion des Differenzverstärkers 30 ist dem Fachmann ebenfalls bekannt, weshalb von detaillierten Erläuterungen vorliegend ebenfalls abgesehen wird. Mittels der elektrischen Widerstände R1 bis R4 wird die Verstärkung eingestellt. Der Widerstand R3 ist mit einem weiteren elektrischen Bezugspotenzial 54 verbunden, welches elektrisch mit dem elektrischen Bezugspotenzial 56 verbunden sein kann. Je nach Ausgestaltung kann aber auch vorgesehen sein, dass zwischen dem elektrischen Bezugspotenzial 54 und dem elektrischen Potenzial 56 eine vorgegebene, festeingestellte elektrische Spannung anliegt.The function of the differential amplifier 30 is also known to those skilled in the art, which is why detailed explanations are not provided here. The gain is adjusted using the electrical resistors R1 to R4. The resistor R3 is connected to a further electrical reference potential 54, which can be electrically connected to the electrical reference potential 56. Depending on the design, it can also be provided that a predetermined, fixed electrical voltage is present between the electrical reference potential 54 and the electrical potential 56.

Die Schaltungsanordnung 10 weist ferner eine Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung 40 zum elektrischen Koppeln der jeweiligen Verstärkereingangsanschlüsse 32, 34 mit dem zweiten Zellenanschluss 24 und dem zweiten Kondensatoranschluss 38 auf. Der zweite Zellenanschluss 24 ist unmittelbar mit der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung 40 elektrisch gekoppelt. Durch die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung 40 kann erreicht werden, dass an den Zellenanschlüssen 22, 24 signaltechnisch eine hohe elektrische Impedanz bereitgestellt wird.The circuit arrangement 10 further has an impedance converter and amplifier circuit 40 for electrically coupling the respective amplifier input connections 32, 34 to the second cell connection 24 and the second capacitor connection 38. The second cell connection 24 is electrically coupled directly to the impedance converter and amplifier circuit 40. The impedance converter and amplifier circuit 40 can ensure that a high electrical impedance is provided at the cell connections 22, 24 in terms of signaling.

Dies erreicht die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung 40 dadurch, dass vorliegend zwei nicht-invertierende Operationsverstärkerschaltungen 42, 44 vorgesehen sind, die jeweilige Operationsverstärker U1 und U2 aufweisen. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss 46 der Operationsverstärkerschaltung 42 ist unmittelbar mit dem zweiten Kondensatoranschluss 38 elektrisch verbunden. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss 48 der anderen Operationsverstärkerschaltung 44 ist unmittelbar mit dem zweiten Zellenanschluss 24 elektrisch verbunden. Durch diese Schaltungsstruktur wird erreicht, dass die Operationsverstärker U1 und U2 ihren jeweiligen nicht-invertierenden Eingangsanschlüssen 46, 48 mit den Zellenanschlüssen 22, 24 elektrisch gekoppelt sind. Dadurch kann unter Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften von Operationsverstärkern die den Operationsverstärkern U1 und U2 eine hohe Impedanz an den Zellenanschlüssen 22, 24 bereitgestellt werden.The impedance converter and amplifier circuit 40 achieves this by providing two non-inverting operational amplifier circuits 42, 44, which have respective operational amplifiers U1 and U2. A non-inverting input terminal 46 of the operational amplifier circuit 42 is electrically connected directly to the second capacitor terminal 38. A non-inverting input terminal 48 of the other operational amplifier circuit 44 is electrically connected directly to the second cell terminal 24. This circuit structure ensures that the operational amplifiers U1 and U2 are electrically coupled to their respective non-inverting input connections 46, 48 with the cell connections 22, 24. As a result, taking into account the electrical properties of operational amplifiers, a high impedance can be provided at the cell connections 22, 24 for the operational amplifiers U1 and U2.

In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung 40 als integrierte Einheit ausgebildet ist, die zwei Impedanzwandleranschlüsse 50 zum Anschließen eines elektrischen Widerstands 52 aufweist. Der elektrische Widerstand 52 dient dem gemeinsamen Einstellen der Verstärkungen der Operationsverstärkerschaltungen 42, 44. In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass invertierende Verstärkereingangsanschlüsse der Operationsverstärker U1 und U2 über jeweilige elektrische Widerstände R5, R6 mit jeweiligen Ausgangsanschlüssen der Operationsverstärker U1, U2 elektrisch verbunden sind. In Zusammenwirkung mit dem elektrischen Widerstand 52 kann, insbesondere wenn die elektrischen Widerstände R5 und R6 den gleichen Widerstandswert in etwa aufweisen, eine im Wesentlichen gleiche Verstärkung für die Operationsverstärkerschaltungen 42, 44 erreicht werden. Dies ist vorteilhaft für die weitere Signalverarbeitung.In the present embodiment it is further provided that the impedance converter and amplifier circuit 40 is designed as an integrated unit which has two impedance converter connections 50 for connecting an electrical resistor 52. The electrical resistor 52 serves to jointly adjust the gains of the operational amplifier circuits 42, 44. In the present embodiment it is further provided that inverting amplifier input connections of the operational amplifiers U1 and U2 are electrically connected to respective output connections of the operational amplifiers U1, U2 via respective electrical resistors R5, R6 . In cooperation with the electrical resistor 52, a substantially equal gain for the operational amplifier circuits 42, 44 can be achieved, particularly if the electrical resistors R5 and R6 have approximately the same resistance value. This is advantageous for further signal processing.

Durch die Schaltungsstruktur der Schaltungsanordnung 10 kann eine hohe Gleichtaktunterdrückung erreicht werden. Die Schaltungsanordnungen 10 brauchen unter anderem daher keine galvanische Trennung beim Erfassen der Zellenspannungen bereitzustellen. Vielmehr kann durch die Schaltungsstruktur der Schaltungsanordnungen 10 erreicht werden, dass eine entsprechende Anpassung bei guter Gleichtaktunterdrückung erreicht werden kann. Zugleich ermöglicht es die Schaltungsstruktur der Schaltungsanordnung 10, dass ein weiter Frequenzbereich zuverlässig abgedeckt werden kann, sodass frequenzabhängige Auswirkungen auf die Verstärkung und auf eine Phasenlage in Bezug auf das jeweilige Messsignal weitgehend geringgehalten werden können. Dadurch ermöglicht es die Erfindung auch, dass, insbesondere bei einer Impedanzspektroskopie, ein sehr weiter Frequenzbereich zum Auswerten erreicht werden kann, ohne dass die Schaltungsanordnungen 10 systematische Fehler in signifikanter Weise zur Folge haben.The circuit structure of the circuit arrangement 10 allows a high level of common-mode rejection to be achieved. Among other things, the circuit arrangements 10 therefore do not need to provide any galvanic isolation when detecting the cell voltages. Rather, the circuit structure of the circuit arrangements 10 can ensure that a corresponding adaptation can be achieved with good common mode rejection. At the same time, the circuit structure of the circuit arrangement 10 enables a wide frequency range to be reliably covered, so that frequency-dependent effects on the gain and on a phase position in relation to the respective measurement signal can be largely kept to a minimum. As a result, the invention also makes it possible to use a very wide frequency, particularly in impedance spectroscopy area for evaluation can be achieved without the circuit arrangements 10 causing significant systematic errors.

Aus 2 ist ferner ersichtlich, dass die Schaltungsanordnung 10 eine Leckstromeinheit 86 aufweist. Die Leckstromeinheit 86 ist am zweiten Kondensatoranschluss 38 und am zweiten Zellenanschluss 24 angeschlossen. Die Leckstromeinheit 86 ist ausgebildet, einen im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretenden Leckstrom des elektrischen Kondensators 26 zumindest teilweise abzuleiten.Out of 2 It can also be seen that the circuit arrangement 10 has a leakage current unit 86. The leakage current unit 86 is connected to the second capacitor connection 38 and to the second cell connection 24. The leakage current unit 86 is designed to at least partially divert a leakage current of the electrical capacitor 26 that occurs as direct current during normal operation.

Die Leckstromeinheit 86 weist einen Operationsverstärker U4 auf, der einen Ausgangsanschluss 88, einen invertierenden Eingangsanschluss 90 und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss 92 aufweist. Der Ausgangsanschluss 88 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss 90 unmittelbar elektrisch verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss 92 ist mit dem zweiten Zellenanschluss 24 über einen elektrischen Widerstand R10 elektrisch verbunden. Der nicht-invertierenden Eingangsanschluss 92 ist ferner über einen weiteren elektrischen Kondensator C3 und der invertierenden Eingangsanschluss 90 über einen elektrischen Widerstand R11 elektrisch mit dem zweiten Kondensatoranschluss 38 elektrisch verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss 92 ist über einen elektrischen Widerstand R10 mit dem zweiten Zellenanschluss 24 elektrisch verbunden. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Leckstrom mittels der Leckstromeinheit 86 überwiegend zum schaltungsanordnungsexternen negativen elektrischen Potential der Energieversorgungseinheit 64 am Versorgungsanschluss 84 abgeleitet werden. Der Leckstrom kann damit die Funktion der Schaltungsanordnung 10 im Wesentlichen kaum noch beeinflussen.The leakage current unit 86 has an operational amplifier U4 which has an output connection 88, an inverting input connection 90 and a non-inverting input connection 92. The output connection 88 is directly electrically connected to the inverting input connection 90. The non-inverting input terminal 92 is electrically connected to the second cell terminal 24 via an electrical resistor R10. The non-inverting input terminal 92 is further electrically connected to the second capacitor terminal 38 via a further electrical capacitor C3 and the inverting input terminal 90 is electrically connected to the second capacitor terminal 38 via an electrical resistor R11. The non-inverting input terminal 92 is electrically connected to the second cell terminal 24 via an electrical resistor R10. This can ensure that the leakage current is diverted predominantly to the negative electrical potential of the energy supply unit 64 at the supply connection 84 external to the circuit arrangement by means of the leakage current unit 86. The leakage current can therefore essentially hardly influence the function of the circuit arrangement 10.

Zwischen dem zweiten Kondensatoranschluss 38 und dem zweiten Zellenanschluss 24 ist ferner ein elektrischer Widerstand 58 angeschlossen. Der elektrische Widerstand 58 dient ebenfalls dazu, den Leckstrom des Kondensators 26 teilweise abzuleiten. Dem Grunde nach kann mittels des Widerstands 58 das gleiche auch für einen Eingangsstrom des Operationsverstärkers U1 erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass das elektrische Potential am Eingang des Operationsverstärkers U1 im Wesentlichen dem elektrischen am Eingang des Operationsverstärkers U2 entspricht, wodurch vermieden werden kann, dass eine ungewollte Differenzspannung verstärkt wird.An electrical resistor 58 is also connected between the second capacitor connection 38 and the second cell connection 24. The electrical resistance 58 also serves to partially dissipate the leakage current of the capacitor 26. Basically, the same thing can also be achieved for an input current of the operational amplifier U1 using the resistor 58. In particular, it can be achieved that the electrical potential at the input of the operational amplifier U1 essentially corresponds to the electrical potential at the input of the operational amplifier U2, which can prevent an unwanted differential voltage from being amplified.

Darüber hinaus ist vorliegend vorgesehen, dass zur Reduzierung eines Leckstroms eine Bemessungsspannung des elektrischen Kondensators 26 vorliegend etwa um einen Faktor 15 größer als eine im bestimmungsgemäßen Betrieb maximal auftretende Betriebsspannung ist. Durch die hohe Bemessungsspannung kann der Leckstrom sehr klein ausfallen. Besonders bei groß gewählten Kapazitätswerten für den elektrischen Kondensator 26 kann vorgesehen sein, dass der elektrische Kondensator 26 durch einen Elektrolytkondensator gebildet ist. Bekanntermaßen weisen Elektrolytkondensatoren gegenüber anderen Kondensatortechnologien, beispielsweise Folienkondensatoren, Keramikkondensatoren oder dergleichen, einen vergleichsweise hohen Leckstrom auf. Um die Auswirkungen des Leckstroms möglichst geringhalten zu können, kann eine entsprechende Bemessungsspannung vorgesehen sein. Dadurch kann die Funktion der Schaltungsanordnung 10 insgesamt weiter verbessert werden.In addition, it is provided here that in order to reduce a leakage current, a rated voltage of the electrical capacitor 26 is approximately a factor of 15 greater than a maximum operating voltage that occurs during normal operation. Due to the high rated voltage, the leakage current can be very small. Particularly if the capacitance values for the electrical capacitor 26 are selected to be large, it can be provided that the electrical capacitor 26 is formed by an electrolytic capacitor. It is known that electrolytic capacitors have a comparatively high leakage current compared to other capacitor technologies, for example film capacitors, ceramic capacitors or the like. In order to keep the effects of the leakage current as low as possible, an appropriate rated voltage can be provided. As a result, the function of the circuit arrangement 10 can be further improved overall.

Bei der Bestimmung des Widerstandswerts des elektrischen Widerstands 58 ist einerseits zu bedenken, dass der Leckstrom des elektrischen Kondensators 26 zuverlässig abgeleitet werden kann und andererseits eine Beeinflussung der zu messenden elektrischen Zellenspannung aufgrund einer durch den elektrischen Kondensator 26 und dem elektrischen Widerstand 58 gebildeten Zeitkonstante möglichst groß sein sollte. Die Zeitkonstante sollte vorzugsweise derart gewählt werden, dass sie größer ist als die Periodendauer der kleinsten Frequenz bei der Durchführung der Impedanzspektroskopie.When determining the resistance value of the electrical resistor 58, it should be borne in mind, on the one hand, that the leakage current of the electrical capacitor 26 can be reliably derived and, on the other hand, that the influence on the electrical cell voltage to be measured due to a time constant formed by the electrical capacitor 26 and the electrical resistor 58 is as large as possible should be. The time constant should preferably be chosen such that it is greater than the period of the smallest frequency when carrying out the impedance spectroscopy.

Die Erfindung ist nicht auf den Anwendung bei Fahrzeugbatterien beschränkt und kann bei beliebigen Batterien zum Einsatz kommen, bei denen Batteriezellen in Reihe geschaltet sind.The invention is not limited to use in vehicle batteries and can be used in any battery in which battery cells are connected in series.

Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not intended to limit it.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015/075357 A1 [0003]WO 2015/075357 A1 [0003]
DE 2433298 A1 [0004]DE 2433298 A1 [0004]

Claims

Schaltungsanordnung (10) zum Erfassen einer elektrischen Zellenspannung einer einzelnen Batteriezelle (14) einer Reihenschaltung (12) von Batteriezellen (14) einer Fahrzeugbatterie, (20) mit - einem ersten Zellenanschluss (22) zum elektrischen Koppeln mit einem positiven elektrischen Potential (16) der Batteriezelle (14), - einem zweiten Zellenanschluss (24) zum elektrischen Koppeln mit einem negativen elektrischen Potential (18) der Batteriezelle (14), - einem elektrischen Kondensator (26), der mit einem ersten Kondensatoranschluss (28) am ersten Zellenanschluss (22) angeschlossen ist, - einem zwei Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) aufweisenden elektronischen Differenzverstärker (30), wobei jeweils einer der Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) mit einem zweiten Kondensatoranschluss (38) des elektrischen Kondensators (26) und einer der Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) mit dem zweiten Zellenanschluss (24) elektrisch gekoppelt ist, und - einem Verstärkerausgangsanschluss (36) des elektronischen Differenzverstärkers (30) zum elektrischen Koppeln einer Auswerteeinheit (60), gekennzeichnet durch - eine Leckstromeinheit (86), die zumindest am zweiten Kondensatoranschluss (38) angeschlossen ist und die ausgebildet ist, einen im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretenden Leckstrom des elektrischen Kondensators (26) zumindest teilweise abzuleiten.Circuit arrangement (10) for detecting an electrical cell voltage of a single battery cell (14) of a series connection (12) of battery cells (14) of a vehicle battery, (20) with - a first cell connection (22) for electrical coupling with a positive electrical potential (16) the battery cell (14), - a second cell connection (24) for electrical coupling to a negative electrical potential (18) of the battery cell (14), - an electrical capacitor (26) which has a first capacitor connection (28) on the first cell connection ( 22), - an electronic differential amplifier (30) having two amplifier input connections (32, 34), one of the amplifier input connections (32, 34) being connected to a second capacitor connection (38) of the electrical capacitor (26) and one of the amplifier input connections (32 , 34) is electrically coupled to the second cell connection (24), and - an amplifier output connection (36) of the electronic differential amplifier (30) for electrically coupling an evaluation unit (60), characterized by - a leakage current unit (86) which is at least at the second capacitor connection (38) is connected and which is designed to at least partially divert a leakage current of the electrical capacitor (26) that occurs as direct current during normal operation.

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckstromeinheit ausgebildet ist, den Leckstrom zumindest teilweise zu einem schaltungsanordnungsexternen elektrischen Potential abzuleiten.Circuit arrangement according to Claim 1 , characterized in that the leakage current unit is designed to at least partially divert the leakage current to an electrical potential external to the circuit arrangement.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckstromeinheit (86) einen Operationsverstärker (U4) aufweist, der einen Ausgangsanschluss (88), einen invertierenden Eingangsanschluss (90) und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss (92) aufweist, wobei der Ausgangsanschluss (88) mit dem invertierenden Eingangsanschluss (90) unmittelbar elektrisch verbunden ist, wobei der nicht-invertierende Eingangsanschluss (92) mit dem zweiten Zellenanschluss (24) elektrisch gekoppelt ist und wobei der nicht-invertierenden Eingangsanschluss (92) über einen weiteren elektrischen Kondensator (C3) und der invertierende Eingangsanschluss (90) über einen elektrischen Widerstand (11) mit dem zweiten Kondensatoranschluss (38) elektrisch gekoppelt ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the leakage current unit (86) has an operational amplifier (U4) which has an output connection (88), an inverting input connection (90) and a non-inverting input connection (92), the output connection (88) is directly electrically connected to the inverting input terminal (90), wherein the non-inverting input terminal (92) is electrically coupled to the second cell terminal (24) and wherein the non-inverting input terminal (92) is connected via a further electrical capacitor ( C3) and the inverting input connection (90) is electrically coupled to the second capacitor connection (38) via an electrical resistor (11).

Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-invertierende Eingangsanschluss über wenigstens einen elektrischen Widerstand mit dem zweiten Zellenanschluss (24) elektrisch verbunden ist.Circuit arrangement according to Claim 3 , characterized in that the non-inverting input connection is electrically connected to the second cell connection (24) via at least one electrical resistor.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Zellenanschluss (24) und dem zweiten Kondensatoranschluss (38) ein Leckstromwiderstand angeschlossen ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a leakage current resistor is connected between the second cell connection (24) and the second capacitor connection (38).

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung (40) zum elektrischen Koppeln der jeweiligen Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) mit dem zweiten Zellenanschluss (24) und dem zweiten Kondensatoranschluss (38), wobei der zweite Zellenanschluss (24) unmittelbar mit der Impedanzwandler- und Verstärkerschaltung (40) elektrisch gekoppelt ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized by an impedance converter and amplifier circuit (40) for electrically coupling the respective amplifier input connections (32, 34) to the second cell connection (24) and the second capacitor connection (38), the second cell connection (24) is electrically coupled directly to the impedance converter and amplifier circuit (40).

Zellenmessgerät (62) für eine Reihenschaltung (12) einer vorgegebenen Anzahl von Batteriezellen (14) einer Fahrzeugbatterie (20), mit - jeweils einer Schaltungsanordnung (10) für eine jeweilige der Batteriezellen (14) der Reihenschaltung (12), wobei jede der Schaltungsanordnungen (10) Zellenanschlüsse (22, 24) zum elektrischen Koppeln mit elektrischen Potentialen (16, 18) der jeweiligen Batteriezelle (14) aufweist, um eine elektrische Zellenspannung der jeweiligen der Batteriezellen (14) zu erfassen, sowie - einer an die Schaltungsanordnungen (10) angeschlossen Auswerteschaltung (60) zum Auswerten der mit den Schaltungsanordnungen (10) erfassten Zellenspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnungen (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Cell measuring device (62) for a series connection (12) of a predetermined number of battery cells (14) of a vehicle battery (20), with - each a circuit arrangement (10) for a respective one of the battery cells (14) of the series connection (12), each of the circuit arrangements (10) has cell connections (22, 24) for electrical coupling with electrical potentials (16, 18) of the respective battery cell (14) in order to detect an electrical cell voltage of the respective battery cells (14), and - one to the circuit arrangements (10 ) connected evaluation circuit (60) for evaluating the cell voltages detected with the circuit arrangements (10), characterized in that the circuit arrangements (10) is designed according to one of the preceding claims.

Zellenmessgerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Energieversorgungseinheit (64) zum Versorgen der Schaltungsanordnungen (10) mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgungseinheit (64) mit mehreren Batteriezellen (14) der Reihenschaltung (12) elektrisch verbunden ist und zumindest eine Hochsetzstellerschaltung (66) oder eine Tiefsetzstellerschaltung (68) aufweist.Cell measuring device Claim 7 , characterized by a power supply unit (64) for supplying the circuit arrangements (10) with electrical energy, the power supply unit (64) being electrically connected to a plurality of battery cells (14) of the series circuit (12) and at least one step-up converter circuit (66) or a step-down converter circuit ( 68).

Zellenmessgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgebbare elektrische Verbindung von zwei unmittelbar miteinander elektrisch verbundenen Batteriezellen (14) der Reihenschaltung (12) ein elektrisches Bezugspotential (56) bereitstellt.Cell measuring device Claim 7 or 8th , characterized in that a predeterminable electrical connection of two battery cells (14) which are directly electrically connected to one another provides an electrical reference potential (56) to the series circuit (12).

Verfahren zum Erfassen einer elektrischen Zellenspannung einer einzelnen Batteriezelle (14) einer Reihenschaltung (12) von Batteriezellen (14) einer Fahrzeugbatterie (20) mittels einer Schaltungsanordnung (10), wobei - ein erster Zellenanschluss (22) der Schaltungsanordnung (10) mit einem positiven elektrischen Potential (16) der Batteriezelle (14) elektrisch gekoppelt wird, - ein zweiter Zellenanschluss (24) der Schaltungsanordnung (10) mit einem negativen elektrischen Potential (18) der Batteriezelle (14) elektrisch gekoppelt wird, - wobei erste Zellenanschluss (22) an einem ersten Kondensatoranschluss (28) eines elektrischen Kondensators (26) der Schaltungsanordnung (10) angeschlossen ist, - wobei jeweils ein Verstärkereingangsanschluss (32, 34) eines zwei Verstärkereingangsanschlüsse (32, 34) aufweisenden elektronischen Differenzverstärkers (30) der Schaltungsanordnung mit einem zweiten Kondensatoranschluss (38) des elektrischen Kondensators (26) und mit dem zweiten Zellenanschluss (24) elektrisch gekoppelt wird, und - ein Verstärkerausgangsanschluss (36) des elektronischen Differenzverstärkers (30) mit einer Auswerteeinheit (60) elektrisch gekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein im bestimmungsgemäßen Betrieb als Gleichstrom auftretender Leckstrom des elektrischen Kondensators (26) mittels einer Leckstromeinheit, die zumindest am zweiten Kondensatoranschluss (38) angeschlossen ist, zumindest teilweise abgeleitet wird.Method for detecting an electrical cell voltage of an individual battery cell (14) of a series connection (12) of battery cells (14) of a vehicle battery (20) by means of a circuit arrangement (10), wherein - a first cell connection (22) of the circuit order (10) is electrically coupled to a positive electrical potential (16) of the battery cell (14), - a second cell connection (24) of the circuit arrangement (10) is electrically coupled to a negative electrical potential (18) of the battery cell (14), - wherein the first cell connection (22) is connected to a first capacitor connection (28) of an electrical capacitor (26) of the circuit arrangement (10), - in each case an amplifier input connection (32, 34) of an electronic differential amplifier (32, 34) having two amplifier input connections (32, 34). 30) the circuit arrangement is electrically coupled to a second capacitor connection (38) of the electrical capacitor (26) and to the second cell connection (24), and - an amplifier output connection (36) of the electronic differential amplifier (30) is electrically coupled to an evaluation unit (60). is, characterized in that - a leakage current of the electrical capacitor (26) which occurs as direct current during normal operation is at least partially derived by means of a leakage current unit which is connected at least to the second capacitor connection (38).