WO2016020149A1 - Selbstentladungscharakterisiereinrichtung und verfahren zur charakterisierung einer selbstentladung von energiespeichern - Google Patents

Selbstentladungscharakterisiereinrichtung und verfahren zur charakterisierung einer selbstentladung von energiespeichern Download PDF

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WO2016020149A1
WO2016020149A1 PCT/EP2015/066013 EP2015066013W WO2016020149A1 WO 2016020149 A1 WO2016020149 A1 WO 2016020149A1 EP 2015066013 W EP2015066013 W EP 2015066013W WO 2016020149 A1 WO2016020149 A1 WO 2016020149A1
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WO
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self
discharge
battery
voltage
battery cell
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PCT/EP2015/066013
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Stefan Butzmann
Marco Friedrich
Bernhard Springer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3647—Constructional arrangements for determining the ability of a battery to perform a critical function, e.g. cranking
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

Definitions

  • the invention relates to a method for characterizing a self-discharge.
  • Battery cells are subject to a certain self-discharge, which manifests itself in the occurrence of a self-discharge current within the battery cell.
  • Self-discharge current flows directly across the electrolyte and / or through a separating layer between an anode and a cathode of the battery, whereby aging, dendrites, contamination, production faults or external mechanical effects can influence, in particular increase, the self-discharge current.
  • Cell delays and processes caused by aging increase this self-discharge current. Therefore, the self-discharge can be characterized via the self-discharge current.
  • Self-discharge also lowers the voltage of the battery cell or battery. From a battery cell is due to the stored energy in principle a threat. The above states of cells resulting in increased self-discharge current may possibly lead to overheating and self-destruction of a battery, especially if the self-discharge current rises sharply. This can be serious
  • an increased self-discharge current can be detected in good time before the occurrence of a critical condition and the battery can be brought to a safe state. For example, the charging of the battery can be prevented or energy can be discharged from the battery.
  • Self-discharge current would be associated with an intrusion into the cell itself, which would require additional connections to the cell or additional sensors in the cell. Disclosure of the invention
  • a Dentladungs characterisier is proposed, with which the self-discharge and / or the battery state of one or more interconnected battery cells can be characterized.
  • the Disentladungs suspectisier observed on a reference energy storage, which is charged with energy from the or the battery cells or other energy source.
  • the reference energy storage and the battery cell are connected in parallel, wherein each of the positive poles and the
  • References energy storage may be about a battery or preferably one
  • the reference energy storage has a lower one
  • the reference energy storage may have a reference voltage that is at least approximately equal to a battery voltage of the one or more battery cells. Due to the self-discharge of the battery cells, the battery voltage drops after charging. This can be especially true in the
  • Reference voltage for example, if the reference energy storage also has a self-discharge, or if this energy is taken to supply the Disentladungs suspectisier Surprise.
  • the battery voltage decreases to an increased degree.
  • a battery cell By a battery cell is meant in this patent application, in particular a rechargeable battery cell.
  • the battery cell (s) are not part of the Disentladungs suspectisier Road, but their object of measurement. In this patent application will be discussed below for reasons of concise presentation of the invention of a battery cell, but always is the
  • Equalizing current path a compensating current flows, which in turn causes the battery voltage and the reference voltage to equalize.
  • the direction of the compensation current depends on which of the battery voltage and the reference voltage is higher. This in turn depends on the self-discharge or external discharge ratios of the two energy stores.
  • the equalizing current in the equalizing current path can be determined by means of a compensating current measuring device, which in the
  • Balancing current path is arranged to be measured.
  • the compensating current measuring device has a shunt resistor, at which a voltage proportional to the compensating current can be tapped and measured; Other known methods of current measurement can also be used.
  • the self-discharge current of the battery flows at any time in its interior. This constantly changes the electric charge of the
  • Battery cell and thus also their battery voltage.
  • the reference voltage may also change due to self-discharge; thus, the changes
  • the differential voltage drives the compensating current through the battery voltage and the reference voltage at any time.
  • the differential voltage drives the compensating current through the battery voltage and the reference voltage at any time.
  • Equalizing current path across the shunt resistor This results in a time course of the compensation current, during which the compensating current approaches asymptotically to an end equalizing current, provided that there are no further influences. Such influences may affect the magnitude of the final equilibrium current or, if singular events, cause jumps in the asymptotic approach to a final state.
  • increased self-discharge of the battery cell (s) can be detected by measuring the measured values and / or the timing of the compensating current with known values for defective and non-defective cells be compared.
  • the measurement of the compensation current may be digital and preferably by means of a microcontroller.
  • Self-discharge at least approximately permanent This can be useful, for example, for singular events in the battery.
  • References energy storage is arranged to the battery and can be effected by closing, that the current flows in the current path and thus the self-discharge is characterized.
  • the switch can be controlled, for example, by a microcontroller. This microcontroller can also do the
  • An intermittent operation of the self-discharge characterizing device may be useful if a slowly developing increase in self-discharge occurs or is expected.
  • the self-discharge characterizing device it is supplied with electrical energy from the reference energy store or from the battery cell or from a supply energy store which is separate from the reference energy store.
  • Self-discharge characterizer to achieve required voltage level, this may be connected to a DC / DC converter, which adjusts the voltage level of the reference energy storage or or the battery cells or the supply energy storage thereto.
  • the reference energy storage has less capacity than the one or more battery cells. As a result, only a small amount of charge is removed from the battery cell by the operation of the self-discharge characterizing device.
  • a battery cell which has a self-discharge characterizing device according to the invention according to one of the embodiments described above.
  • a method is proposed, with which a self-discharge of the battery and / or a battery state is detected by means of one of the self-discharge characterizing devices described above.
  • an electrical reference energy storage before detection is at least approximately brought to the same potential as the one or more battery cells. Then, by taking advantage of changes in the battery voltage and the reference voltage, the
  • Self-discharge and / or battery condition are detected.
  • the self-discharge does not have to be explicitly recorded as current, but can also be characterized in the form of suitable data.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of a self-discharge characterizing device
  • Figure 2 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of the Disentladungs characterisierised.
  • Figure 1 shows schematically a circuit diagram of a
  • One terminal of the battery cell 10 is connected to ground potential 20.
  • the other terminal of the battery cell 10 is connected via a shunt resistor 21 to a first terminal of the
  • References energy storage 22 is connected to ground potential 20 so that a Parallel connection of the battery cell 10 with the reference energy storage 22 is present.
  • the reference energy storage 22 is connected to the battery cell 10 via a current path 11 in which a shunt resistor 21 is arranged.
  • a shunt resistor 21 In order to be able to measure a voltage across the shunt resistor 21, its two terminals are each connected via connecting lines 25 and 26 with a
  • Voltage measuring device 23 is connected, which can measure a difference voltage between the connecting lines 25 and 26. Prior to detection of the self-discharge current, the reference energy storage 22 is brought to the voltage of the battery cell 10. After equalizing the voltages of the battery cell 10 and the balancing voltage source 22 discharges the
  • Resistor 21 flows.
  • the equalizing current A flows through the current path 11 to the battery cell 10, as indicated by the arrow in FIG. 1.
  • the connection lines 25 and 26 between the shunt resistors 21 and the voltage measuring device 23 results in a differential voltage corresponding to the equalizing current and the of the
  • Differential voltage detection device 23 is detected.
  • Differential voltage detection device 23 is connected via a signal line 27 to a microcontroller 24 which receives the signals from the
  • Differential voltage detection device 23 evaluates and from the
  • Equalizing current A is the self-discharge current or a state of
  • the differential voltage detection device 23 may be, for example, a differential voltage amplifier, wherein on the
  • the amplified voltage difference can be applied as a voltage.
  • an analog-to-digital converter can be arranged, with which the amplified differential voltage is converted into digital data.
  • the differential voltage at the shunt can also be measured directly in the microcontroller.
  • the digital data can be processed and converted into the self-discharge current or a state of the battery cell.
  • a switching device 35 can be arranged in a variant, which is shown in Figure 1, by means of which the flow of current through the current path 1 1 is interruptible. By means of Switching device can be an intermittent characterization of
  • Self-discharge can be effected by the switching device 35 allows the current flow only for a single, time-limited characterization.
  • the switching device 35 is missing in the current path 1 1.
  • the switching device 35 can be omitted.
  • FIG. 2 schematically shows a circuit diagram of a second embodiment of the self-discharge characterizing device, which in essential parts of the first embodiment
  • the second embodiment includes the first embodiment and extends it to the features and functions described below.
  • an additional third energy source 30 is provided for the power supply of the microcontroller 24, which is connected with one connection to the ground potential 20 and with a second connection to one
  • Charging connection 32 to the not connected to the ground potential 20 terminal of the battery cells 10 - 15 connected.
  • a charging switch 31 is arranged, which is preferably designed as a semiconductor switch.
  • the control terminal of the semiconductor switch serving as a charging switch 31 is connected to the microcontroller 24 via a control line 34.
  • Microcontroller 24 can thus trigger the charging of the third energy source 30 by switching on the charging switch 31 via the control line 34. Then, the potentials of the battery cells 10-15 and the third power source 30 at the terminals connected to the connection line 32 are made equal. In this case, a charging current L flows from the battery cells 10-15 to the third energy source 30. To the charging line 32, a DC / DC converter 29 may also be connected, which adapts the voltage of the third power source 30 to the voltage required by the microcontroller 24. Of the
  • Microcontroller can thus switch through the charging switch 31 at appropriate time intervals, whereby each of the third power source 30 is charged.
  • Battery cells 10-15 are thus only temporarily charged by the charging of the third energy source 30. During this time, for example, measuring be exposed to the compensation current A.
  • the DC / DC converter 29 is connected to the microcontroller 24 via a power supply line 28.

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Abstract

Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1) für eine oder mehrere zusammengeschaltete Batteriezellen (10 - 15), wobei die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1) einen elektrischen Referenzenergiespeicher (22) aufweist, der eine Referenzspannung bereitstellt und der mit Energie aus der oder den Batteriezellen (10 -15) aufladbar ist, wobei nach dem Aufladen die Referenzspannung wenigstens näherungsweise gleich einer Batteriespannung der einen oder der mehreren Batteriezellen (10 - 15) ist, und die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung dazu eingerichtet ist, zu einem Zeitpunkt nach dem Aufladen des Referenzenergiespeichers (22) Änderungen der Batteriespannung und der Referenzspannung zum Zwecke der Erfassung einer Selbstentladung der Batteriezelle(n) (10 - 15) und/oder eines Zustands der Batteriezelle(n) (10 - 15) zu nutzen, wobei die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung einen Ausgleichsstrompfad (11) zwischen dem Referenzenergiespeicher (22) und der einen oder den mehreren Batteriezellen (10 - 15) zum Messen eines Spannungsausgleichsstroms (A) aufweist, wobei der Spannungsausgleichsstrom (A) die Batteriespannung und die Referenzspannung aneinander angleicht, und in dem Ausgleichsstrompfad eine Ausgleichsstrommesseinrichtung (21, 23, 25, 26) zu Messen des Spannungsausgleichsstroms (A) angeordnet ist, wobei die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung dazu eingerichtet ist, aus einem gemessenen Spannungsausgleichsstrom (A) die Selbstentladung und/oder den Batteriezustand der einen oder der mehreren Batteriezellen (10 - 15) abzuleiten.

Description

Titel
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung und Verfahren zur Charakterisierung einer Selbstentladung von Energiespeichern
Stand der Technik
Diese Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Charakterisierung einer
Selbstentladung einer oder mehrerer in Reihe geschalteter Batteriezellen. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Charakterisierung einer Selbstentladung.
Batteriezellen unterliegen einer gewissen Selbstentladung, was sich im Auftreten eines Selbstentladungsstromes innerhalb der Batteriezelle äußert. Ein
Selbstentladungsstrom fließt unmittelbar über den Elektrolyten und/oder durch eine Trennschicht zwischen einer Anode und einer Kathode der Batterie, wobei Alterung, Dendriten, Verunreinigungen, Produktionsfehler oder mechanische Einwirkungen von außen den Selbstentladungsstrom beeinflussen, insbesondere vergrößern können. Durch Fehler in der Zelle und Prozesse, die durch Alterung hervorgerufen werden, erhöht sich dieser Selbstentladungsstrom. Daher kann die Selbstentladung über den Selbstentladungsstrom charakterisiert werden. Durch die Selbstentladung sinkt außerdem die Spannung der Batteriezelle oder der Batterie. Von einer Batteriezelle geht aufgrund der in ihr gespeicherten Energie grundsätzlich eine Gefährdung aus. Die vorstehend genannten Zustände von Zellen, die zu erhöhtem Selbstentladungsstrom führen, können unter Umständen zu Überhitzung und Selbstzerstörung einer Batterie führen, insbesondere wenn der Selbstentladungsstrom stark ansteigt. Dies kann schwerwiegende
Konsequenzen haben. Durch die Charakterisierung der Selbstentladung kann ein erhöhter Selbstentladungsstrom rechtzeitig vor dem Auftreten eines kritischen Zustandes erkannt werden und die Batterie in einen sicheren Zustand gebracht werden. Beispielsweise kann das Laden der Batterie unterbunden werden oder Energie aus der Batterie entladen werden. Eine direkte Messung des
Selbstentladungsstroms wäre mit einem Eingriff in die Zelle selbst verbunden, was zusätzliche Anschlüsse an der Zelle oder zusätzliche Sensorik in der Zelle erfordern würde. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Selbstentladungscharakterisiereinrichtung vorgeschlagen, mit der die Selbstentladung und/oder der Batteriezustand von einer oder mehreren zusammengeschalteten Batteriezellen charakterisiert werden kann. Dazu weist die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung einen Referenzenergiespeicher auf, der mit Energie aus der oder den Batteriezellen oder einer anderen Energiequelle aufladbar ist. Der Referenzenergiespeicher und die Batteriezelle sind parallel geschaltet, wobei jeweils die Pluspole und die
Minuspole der Referenzenergiespeicher und der Batteriezelle
zusammenschaltbar oder zusammengeschaltet sind. Der
Referenzenergiespeicher kann etwa eine Batterie oder bevorzugt ein
Kondensator sein, wie etwa ein Superkondensator oder dergleichen. In einer besonderen Ausführungsform weist der Referenzenergiespeicher eine geringere
Selbstentladung als die die Batteriezelle auf, d.h., dass dessen
Referenzspannung ohne weiteres Zutun weniger stark sinkt, als die
Batteriespannung. Der Referenzenergiespeicher kann eine Referenzspannung aufweisen, die wenigstens näherungsweise gleich einer Batteriespannung der einen oder der mehreren Batteriezellen ist. Durch die Selbstentladung der Batteriezellen sinkt nach dem Aufladen die Batteriespannung. Daraus kann insbesondere im
Vergleich mit der Referenzspannung die Selbstentladung und, daraus abgeleitet, der Batteriezustand charakterisiert werden. Unter Umständen sinkt auch die
Referenzspannung, beispielsweise wenn der Referenzenergiespeicher ebenfalls eine Selbstentladung aufweist, oder wenn diesem Energie zur Versorgung der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung entnommen wird. Wenn Energie zur Versorgung der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung der Batterie entnommen wird, sinkt die Batteriespannung in verstärktem Maße.
Mit einer Batteriezelle ist in dieser Patentanmeldung insbesondere auch eine wiederaufladbare Batteriezelle gemeint. Die Batteriezelle(n) sind kein Teil der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung, sondern deren Messobjekt. In dieser Patentanmeldung wird im Folgenden aus Gründen der knappen Darstellung der Erfindung von einer Batteriezelle gesprochen, jedoch ist immer auch die
Anwendung der Erfindung auf mehrere Batteriezellen gemeint und umfasst. In der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung ist zwischen dem
Referenzenergiespeicher und der einen oder den mehreren Batteriezellen ein Ausgleichsstrompfad angeordnet. Ein Spannungsunterschied zwischen der Batteriespannung und der Referenzspannung führt dazu, dass über den
Ausgleichsstrompfad ein Ausgleichsstrom fließt, welcher wiederum dazu führt, dass sich die Batteriespannung und die Referenzspannung aneinander angleichen. Die Richtung des Ausgleichsstroms hängt davon ab, welche von der Batteriespannung und der Referenzspannung höher ist. Dies wiederum hängt von den Selbstentladungs- bzw. Fremdentladungsverhältnissen der beiden Energiespeicher ab. Der Ausgleichsstrom in dem Ausgleichsstrompfad kann mittels einer Ausgleichsstrommesseinrichtung, welche in dem
Ausgleichsstrompfad angeordnet ist, gemessen werden. Beispielsweise weist die Ausgleichsstrommesseinrichtung einen Shunt-Widerstand auf, an dem eine dem Ausgleichsstrom proportionale Spannung abgegriffen und gemessen werden kann; andere bekannte Verfahren zur Strommessung können ebenfalls eingesetzt werden. Der Selbstentladungsstrom der Batterie fließt jederzeit in deren Inneren. Dadurch ändert sich ständig die elektrische Ladung der
Batteriezelle(n) und damit auch deren Batteriespannung. Die Referenzspannung kann sich durch Selbstentladung ebenfalls ändern; somit ändert sich die
Differenzspannung zwischen der Batteriespannung und der Referenzspannung jederzeit. Die Differenzspannung treibt den Ausgleichsstrom durch den
Ausgleichsstrompfad über den Shunt-Widerstand. Es ergibt sich somit ein zeitlicher Verlauf des Ausgleichsstroms, während dem sich der Ausgleichsstrom asymptotisch an einen End-Ausgleichsstrom annähert, sofern keine weiteren Einflüsse wirken. Solche Einflüsse können die Größe des End-Ausgleichsstroms beeinflussen oder, wenn es singuläre Ereignisse sind, Sprünge in der asymptotischem Annäherung an einen Endzustand bewirken. Durch das Messen des Ausgleichsstromes zu einem oder mehreren Zeitpunkten während oder zu Ende des beschriebenen Ausgleichsprozesses kann ein erhöhte Selbstentladung der Batteriezelle(n) erkannt werden, indem die gemessenen Werte und/oder der zeitliche Verlauf des Ausgleichsstromes mit bekannten Werten für fehlerhafte und nicht fehlerbehaftete Zellen verglichen werden .
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. In einer Ausführungsform kann die Messung des Ausgleichsstroms digital und vorzugsweise mittels eines Mikrocontrollers stattfinden. Alternativ ist es in einer weiteren Ausführungsform denkbar, die Charakterisierung der Selbstentladung mittels analoger Schaltungstechnik durchzuführen.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Charakterisierung der
Selbstentladung wenigstens näherungsweise permanent durchgeführt. Dies kann beispielsweise bei singulären Ereignissen in der Batterie sinnvoll sein.
In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform der
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung wiederholt diese die Messung des Ausgleichsstroms mehrfach jeweils nach einem Zeitintervall. Dies kann mittels eines Schalters erfolgen der in dem Strompfad von dem
Referenzenergiespeicher zu der Batterie angeordnet ist und mit dem durch Schließen bewirkbar ist, dass der Strom in dem Strompfad fließt und somit die Selbstentladung charakterisierbar ist. Der Schalter ist beispielsweise von einem Microcontroller aus steuerbar. Dieser Mikrocontroller kann auch die
Charakterisierung der Selbstentladung durchführen. Ein intermittierender Betrieb der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung kann sinnvoll sein, wenn eine sich langsam entwickelnde Erhöhung der Selbstentladung stattfindet oder zu erwarten ist.
Es ist in einer weiteren Ausführungsform auch denkbar, aus dem asymptotischen Verlauf des Ausgleichsstroms Informationen über die Selbstentladung der Batterie zu gewinnen. Insbesondere kann der Stromverlauf mit einem
gespeicherten Standard-Stromverlauf verglichen werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung wird diese aus dem Referenzenergiespeicher oder aus der Batteriezelle oder aus einem von dem Referenzenergiespeicher separaten Versorgungsenergiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Um das für die
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung erforderliche Spannungsniveau zu erreichen, kann diese mit einem DC/DC-Wandler verbunden sein, welcher das Spannungsniveau des Referenzenergiespeichers bzw. oder den Batteriezellen oder des Versorgungsenergiespeichers daran anpasst. In einer weiteren Ausführungsform der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung weist der Referenzenergiespeicher weniger Kapazität als die eine oder die mehreren Batteriezellen auf. Dadurch wird der Batteriezelle durch den Betrieb der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung nur wenig Ladung entzogen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, die eine erfindungsgemäße Selbstentladungscharakterisiereinrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem eine Selbstentladung der Batterie und/oder ein Batteriezustand mittels einer der vorstehend beschriebenen Selbstentladungscharakterisiereinrichtungen erfasst wird. Dazu wird ein elektrischer Referenzenergiespeicher vor einer Erfassung wenigstens näherungsweise auf dasselbe Potential wie die eine oder die mehreren Batteriezellen gebracht. Anschließend kann durch Ausnutzung von Änderungen der Batteriespannung und der Referenzspannung die
Selbstentladung und/oder der Batteriezustand erfasst werden. Dabei muss die Selbstentladung nicht explizit als Strom erfasst werden, sondern kann auch in Form geeigneter Daten charakterisiert werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Figur 1 ein schematischer Schaltplan einer ersten Ausführungsform einer Selbstentladungscharakterisiereinrichtung,
Figur 2 ein schematischer Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung.
Figur 1 zeigt schematisch einen Schaltplan einer
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung 1 zur Messung eines
Selbstentladungsstroms einer Batteriezelle 10. Ein Anschluss der Batteriezelle 10 ist mit Massepotential 20 verbunden. Der andere Anschluss der Batteriezelle 10 ist über einen Shunt-Widerstand 21 mit einem ersten Anschluss des
Referenzenergiespeichers 22 verbunden. Ein zweiter Anschluss des
Referenzenergiespeichers 22 ist mit Massepotenzial 20 verbunden, so dass eine Parallelschaltung der Batteriezelle 10 mit dem Referenzenergiespeicher 22 vorliegt. Der Referenzenergiespeicher 22 ist mit der Batteriezelle 10 über einen Strompfad 1 1 verbunden, in dem ein Shunt-Widerstand 21 angeordnet ist. Um eine Spannung über dem Shunt-Widerstand 21 messen zu können, sind dessen beide Anschlüsse jeweils über Verbindungsleitungen 25 und 26 mit einer
Spannungsmesseinrichtung 23 verbunden, die eine Differenzspannung zwischen den Verbindungsleitungen 25 und 26 messen kann. Vor einer Erfassung des Selbstentladungsstroms wird der Referenzenergiespeicher 22 auf die Spannung der Batteriezelle 10 gebracht. Nach dem Angleichen der Spannungen der Batteriezelle 10 und der Ausgleichsspannungsquelle 22 entlädt sich die
Batteriezelle 10 weiter durch den Selbstentladungsstrom. Dies führt dazu, dass zwischen dem in anderem Maße, insbesondere erheblich weniger, entladenden Referenzenergiespeicher 22 und der Batteriezelle 10 eine Spannungsdifferenz entsteht, durch die ein Ausgleichsstrom A zwischen dem
Referenzenergiespeicher 22 und der Batteriezelle 10 sowie über den Shunt-
Widerstand 21 fließt. Wenn die Selbstentladung des Referenzenergiespeichers 22 geringer als die der Batteriezelle 10 ist, fließt der Ausgleichsstrom A wie durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet über den Strompfad 1 1 zu der Batteriezelle 10. Zwischen den Verbindungsleitungen 25 und 26 zwischen dem Shunt-Widerstand 21 und der Spannungsmesseinrichtung 23 ergibt sich eine Differenzspannung, die dem Ausgleichsstrom entspricht und die von der
Differenzspannungserfassungseinrichtung 23 erfasst wird. Die
Differenzspannungserfassungseinrichtung 23 ist über eine Signalleitung 27 mit einem MikroController 24 verbunden, der die Signale von der
Differenzspannungserfassungseinrichtung 23 auswertet und aus dem
Ausgleichsstrom A den Selbstentladungsstrom oder einen Zustand der
Batteriezelle ableitet. Die Differenzspannungserfassungseinrichtung 23 kann beispielsweise ein Differenzspannungsverstärker sein, wobei auf der
Signalleitung 27 die verstärkte Spannungsdifferenz als Spannung anliegen kann. In dem MikroController 24 kann ein Analog-Digital-Wandler angeordnet sein, mit dem die verstärkte Differenzspannung in digitale Daten gewandelt wird. Alternativ zu einem Differenzspannungsverstärker kann die Differenzspannung an dem Shunt auch direkt in dem Mikrocontroller messbar sein. Die digitalen Daten können verarbeitet und in den Selbstentladungsstrom oder einen Zustand der Batteriezelle umgerechnet werden. In dem Strompfad 1 1 kann in einer Variante, die in Figur 1 dargestellt ist, eine Schalteinrichtung 35 angeordnet sein, mittels der der Stromfluss über den Strompfad 1 1 unterbrechbar ist. Mittels der Schalteinrichtung kann eine intermittierende Charakterisierung der
Selbstentladung bewirkt werden, indem die Schalteinrichtung 35 den Stromfluss jeweils nur für eine einzelne, zeitlich begrenzte Charakterisierung zulässt. In einer anderen, nicht dargestellten Variante fehlt die Schalteinrichtung 35 in dem Strompfad 1 1. Insbesondere wenn eine kontinuierliche Charakterisierung der
Selbstentladung erwünscht ist, kann die Schalteinrichtung 35 weggelassen werden.
Figur 2 zeigt schematisch einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung, die in wesentlichen Teilen der ersten
Ausführungsform gleicht. Gleiche Merkmale und Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die Ausführungen zu Figur 1 verwiesen. In Fig. 2 ist statt nur einer Batteriezelle 10 eine Reihenschaltung von Batteriezellen 10 - 15 gezeigt, deren Selbstentladung bzw. Zustand erfasst werden soll. Beide Varianten sind für alle
Ausführungsformen denkbar. Die zweite Ausführungsform umfasst die erste Ausführungsform und erweitert sie um die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionen. Zur Stromversorgung des MikroControllers 24 ist eine zusätzliche dritte Energiequelle 30 vorgesehen. Diese ist mit einem Anschluss an das Massepotenzial 20 angeschlossen und mit einem zweiten Anschluss an eine
Ladeverbindung 32 zu dem nicht an das Massepotenzial 20 angeschlossenen Anschluss der Batteriezellen 10 - 15 verbunden. In der Ladeverbindung 32 ist ein Ladeschalter 31 angeordnet, der vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgeführt ist. Der Steueranschluss des als Ladeschalter 31 dienenden Halbleiterschalters ist über eine Steuerleitung 34 mit dem MikroController 24 verbunden. Der
MikroController 24 kann somit das Laden der dritten Energiequelle 30 auslösen, indem er über die Steuerleitung 34 den Ladeschalter 31 durchschaltet. Dann werden die Potenziale der Batteriezellen 10-15 und der dritten Energiequelle 30 an den Anschlüssen, die mit der Verbindungsleitung 32 verbunden sind, angeglichen. Dabei fließt ein Ladestrom L von den Batteriezellen 10-15 zu der dritten Energiequelle 30. An die Ladeleitung 32 kann außerdem ein DC/DC- Wandler 29 angeschlossen sein, der die Spannung der dritten Energiequelle 30 an die von dem MikroController 24 benötigte Spannung anpasst. Der
Mikrocontroller kann somit in geeigneten Zeitintervallen den Ladeschalter 31 durchschalten, womit jeweils die dritte Energiequelle 30 aufgeladen wird. Die
Batteriezellen 10-15 werden somit nur zeitweise durch das Aufladen der dritten Energiequelle 30 belastet. Während dieser Zeit kann beispielsweise das Messen des Ausgleichsstroms A ausgesetzt werden. Der DC/DC-Wandler 29 ist über eine Stromversorgungsleitung 28 mit dem Mikrocontroller 24 verbunden.

Claims

Ansprüche
1 . Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) für eine oder mehrere
zusammengeschaltete Batteriezelle(n) (10 - 15),
dadurch gekennzeichnet, dass die
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) einen elektrischen
Referenzenergiespeicher (22) aufweist, der eine Referenzspannung bereitstellt und der mit Energie aus der oder den Batteriezelle(n) (10 -15) aufladbar ist, wobei nach dem Aufladen die Referenzspannung wenigstens näherungsweise gleich einer Batteriespannung der einen oder der mehreren Batteriezelle(n) (10 - 15) ist, und die
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung dazu eingerichtet ist, zu einem Zeitpunkt nach dem Aufladen des Referenzenergiespeichers (22)
Änderungen der Batteriespannung und der Referenzspannung zum
Zwecke der Erfassung einer Selbstentladung der Batteriezelle(n) (10 - 15) und/oder eines Zustande der Batteriezelle(n) (10 - 15) zu nutzen, wobei die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung einen Ausgleichsstrompfad (1 1 ) zwischen dem Referenzenergiespeicher (22) und der einen oder den mehreren Batteriezellen (10 - 15) zum Messen eines
Spannungsausgleichsstroms (A) aufweist, wobei der
Spannungsausgleichsstrom (A) die Batteriespannung und die
Referenzspannung aneinander angleicht, und
in dem Ausgleichsstrompfad eine Ausgleichsstrommesseinnchtung (21 , 23, 25, 26) zu Messen des Spannungsausgleichsstroms (A) angeordnet ist, wobei die Selbstentladungscharakterisiereinrichtung dazu eingerichtet ist, aus einem gemessenen Spannungsausgleichsstrom (A) die
Selbstentladung und/oder den Batteriezustand der einen oder der mehreren Batteriezelle(n) (10 - 15) abzuleiten.
2. Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) dazu eingerichtet ist, die Messung des Ausgleichsstroms (A) nach Zeitintervallen mehrfach zu wiederholen und einen so gemessenen zeitlichen Stromverlauf des Ausgleichsstroms (A) zur Bestimmung einer Selbstentladung der
Batteriezelle(n) (10 - 15) und/oder eines Batteriezustands zu nutzen.
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) nach einem der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Energieversorgung der Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) aus dem Referenzenergiespeicher 22 oder aus der oder den Batteriezelle(n) (10 - 15) oder aus einem aus der oder den Batteriezelle(n) (10 - 15) aufladbaren Versorgungsenergiespeicher erfolgt, insbesondere über einen DC/DC-Wandler (46).
Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) nach einem der
vorangehenden Ansprüche, bei der der Referenzenergiespeicher (22) weniger Kapazität als die Batteriezelle(n) (10 - 15) aufweist.
Batteriezelle (10 - 15) mit einer Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mittels der die
Selbstentladung und/oder der Zustand der Batteriezelle(n) (10-15) erfassbar ist.
Verfahren zur Charakterisierung einer Selbstentladung und/oder eines Batteriezustands einer oder mehrerer Batteriezellen (10 - 15) mittels einer Selbstentladungscharakterisiereinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Referenzenergiespeicher (22) wenigstens
näherungsweise auf dasselbe Potential wie die Batteriezelle(n) (10 bis 15) gebracht wird und zur Charakterisierung der Selbstentladung und/oder des Batteriezustands von der einen oder den mehreren Batteriezelle(n) (10 - 15) Änderungen der Batteriespannung und der Referenzspannung genutzt werden, indem ein Ausgleichsstrom (A) gemessen und daraus die
Selbstentladung und/oder der Batteriezustand der einen oder der mehreren Batteriezelle(n) (10 - 15) abgeleitet wird.
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