CN105980871A - 用于测量电池单池电流的方法和装置 - Google Patents

用于测量电池单池电流的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105980871A
CN105980871A CN201580008482.8A CN201580008482A CN105980871A CN 105980871 A CN105980871 A CN 105980871A CN 201580008482 A CN201580008482 A CN 201580008482A CN 105980871 A CN105980871 A CN 105980871A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery list
pool unit
unit
battery
list pool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580008482.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105980871B (zh
Inventor
B.斯普林格
P.希伦布兰德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN105980871A publication Critical patent/CN105980871A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105980871B publication Critical patent/CN105980871B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

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

Landscapes

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

Abstract

本发明涉及用于测量通过电池单池单元的电池单池电流的一种方法和一种装置。在此，在断开电池单池单元之后借助于放电单元实施电池单池单元的感应地储存的能量的放电(S1)，其中，电池单池单元的感应地储存的能量是通过电池单池单元的感应的特性储存的能量，确定(S2)持续时间，在该持续时间中电池单池单元的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值，和基于确定的持续时间确定(S3)电池单池电流。

Description

用于测量电池单池电流的方法和装置
本发明涉及用于测量电池单池电流的一种方法和一种装置。
当前的电池系统由各具有一个电池单池的多个电池单池控制单元构成，由此实现对各个与电池单池控制单元连接的电池单池的单独的控制。电池单池经由电池单池控制单元在串联电路中相互连接。此外，存在一个用于控制电池系统的中央控制单元。
为了产生电池系统的调节的总输出电压，各单个的电池单池借助于电池单池控制单元或者在正极性或者在负极性下，相对于总输出电压的分接头，被置入串联电路中(状态"正连接"或"负连接")，或被断开，即电池单池被与串联电路分开和所属的电池单池控制单元的连接端子被可导电地连接(状态"跨接")。
此外，如此地实施电池系统的控制，即电池单池依赖于其充电状态和其它的状态参数(例如SOH–健康状态（State of Health）)，被激活，由此实现电池单池的主动平衡。
SOH可以依据瞬时的单池电压和已经取出的能量来确定，这可以借助于电流传感器实现。由于在这种电池系统中每个电池单池可以独立于其它的电池单池地进行控制，因此每个电池单池需要一个确定充电/放电电流的可能性，借此它被瞬时地充电/放电。电流测量可以例如通过分流电阻测量或霍尔传感器在每个电池单池控制单元上实施。
一种按照现有技术的电池系统或电池60在图6中示出。电池系统60包括多个串联的电池单池控制单元61(也称为智能电池单元)。每个电池单池控制单元61包括一个电池单池64。电池单池控制单元61经由单向通讯接口62与中央调节器63连接。电池单池控制单元61的电池单池64可以单个地通过中央调节器63的控制信号经由单向的通讯接口62插入到全部电池单池54的串联电路中或被桥接在其中。
本发明的公开
按照本发明的用于测量通过电池单池单元的电池单池电流的方法包括步骤：在断开电池单池单元之后借助于放电单元使电池单池单元的感应地储存的能量放电，其中，电池单池单元的感应地储存的能量是通过电池单池单元的感应的特性储存的能量，确定持续时间，在该持续时间中感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值，和基于确定的持续时间确定电池单池电流。
按照本发明的用于测量通过电池单池单元的电池单池电流的装置包括放电单元，其在断开电池单池单元之后使电池单池单元的感应地储存的能量放电，其中，电池单池单元的感应地储存的能量是通过电池单池单元的感应的特性储存的能量，测量单元，其确定持续时间，在该持续时间中电池单池单元的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值，和评价单元，其基于确定的持续时间确定电池单池电流。
以这种方式提供一种成本有利的用于确定直接地在该断开之前通过电池单池单元流动的电流的可能性。此外通过放电避免在接通电池单池的电压峰值，其通过电池单池单元的感应的特性产生。由于该电池电流在断开的电池单池中实现，此外对测量的外部的干扰影响被减小到最低程度。尤其是可以利用常规的电池单池控制单元的已经存在的功率电子部件。此外在功率电路中不需要附加的电阻，由此最大程度上减小功率损失。尤其是相对于借助于霍尔传感器的测量，提供一种成本有利的备选方案。
从属权利要求显示本发明的优选的扩展方案。
有利的是，通过放电单元实施电池单池单元的断开。通过这种多次使用放电单元可以减少电池单池控制单元的必要的元器件的数量，由此形成成本优势。
此外有利的是，电池单池单元的感应地储存的能量借助于在断开之后通过电池单池单元产生的测量电压检测。这实现以较小费用来测量电池单池单元的感应地储存的能量。尤其是在许多电池中已经提供用于测量测量电压的机构，由此不需要用于检测电池单池单元的储存的能量的附加的机构并且由此形成成本优势。
同样有利的是，储存的能量电池单池单元的放电和/或电池单池单元的断开经由放电单元的晶体管，尤其是MOSFET，实施。通过晶体管的快速的开关时间可以由此实施特别精确的测量。此外可以在很大程度上避免其它的感应产生的电压峰值，如其在其它的开关中可以出现的那样。MOSFET是尤其有利的，因为这种元件对传导和阻断在多个电池单池的串联电路中出现的大的电流和电压是优化的。
有利地经由MOSFET的寄生的二极管实施电池单池单元的感应地储存的能量的放电，该寄生的二极管基于通过电池单池单元的感应地储存的能量产生的电压击穿。由此可以进一步减少必要的元器件的数量，这导致较高的可靠性和较低的成本。此外以这种方式保证在放电单元仅仅在放电阶段期间是激活的。
尤其地，电池单池单元的感应地储存的能量被用于接通晶体管，以便使电池单池单元的感应地储存的能量经由接通的晶体管放电。由此可以取消附加的开关电压和用于提供该附加的开关电压的机构。
此外有利的是，借助于二极管，尤其是借助于齐纳二极管，触发电池单池单元的感应地储存的能量的放电，该二极管基于通过电池单池单元的感应地储存的能量产生的电压击穿和由此提供用于接通晶体管的电压。由此以简单的方法保证，放电单元仅仅在放电期间是激活的。
此外一种电池单池控制单元是有利的，其包括用于测量电池单池电流的装置和电池单池单元。这是有利的，因为由此提供一种成本有利的具有前述优点的电池单池控制单元，其可以在当前的电池系统使用。
同样，一种电池是有利的，其包括至少一个按照本发明的电池单池控制单元。由此提供一种成本有利的具有前述优点的电池。
附图简述
以下参照附图详细描述本发明的实施例。在附图中:
图1是优选的按照本发明的用于测量电池单池电流的方法的流程图，
图2是在第一优选的按照本发明的实施方式中的具有用于测量电池单池电流的装置的电池单池控制单元的示意图，
图3是曲线图，相应于第一优选的按照本发明的实施方式的在放电单元上的电压和电流，
图4是在第二优选的按照本发明的实施方式中的具有用于测量电池单池电流的装置的电池单池控制单元的示意图，
图5是曲线图，相应于第二优选的按照本发明的实施方式的在放电单元上的电压和电流，和
图6是按照现有技术的具有多个电池单池控制单元的电池的示意图。
本发明的实施方式
图1示出一个优选的按照本发明的用于测量电池单池电流IB的方法的流程图。方法包括第一步骤S1，第二步骤S2和第三步骤S3。该方法有利地通过一个用于断开电池单池单元20的信号开始，要测量的电池单池电流IB流动通过该电池单池单元。这种信号例如可以由电池的中央调节器输出。如果该方法已经开始，首先实施第一步骤S1，然后实施第二步骤S2和最后实施第三步骤S3。在实施第三步骤S3之后该方法结束。
在第一步骤S1中在断开电池单池单元20之后借助于放电单元10实施电池单池单元20的感应地储存的能量的放电。在此，电池单池单元20的感应地储存的能量是通过电池单池单元20的感应的特性储存的能量。电池单池单元20是一个单元，它包括至少一个电池单池23。电池单池单元20的电池单池23可以相互间串联和/或并联连接。当电池单池23被断开，每个电池单池23具有感应的特性。被断开在此意味着电池单池23与负载分开。电池单池23的感应的特性例如可以通过电池单池23的物理结构限定。因此，例如通过电池单池23的电极的绕组可以产生电池单池23的类似于线圈的特性。通过各个电池单池23的感应的特性建立电池单池单元20的感应的特性。类似于线圈，通过电池单池单元20因此储存能量。通过电池单池单元20的感应的特性感应地储存的电池单池单元的能量20因此是一种能量，它除了电池单池单元20的电化学地储存的能量以外，附加地暂时地储存在电池单池单元20中。电池单池单元20的感应地储存的能量按照本发明在断开电池单池单元之后20通过放电单元10完全地或部分地放电。为此例如建立电池单池单元的连接极21，22与接地点的导电连接或电池单池单元的连接极21，22与一个点的连接，该点的电位低于电池单池单元20在断开之后的电位。该导电的连接最好具有一个电阻，通过该电阻可以影响放电的速度。一旦电池单池单元20的感应地储存的能量被放电，最好这个导电的连接被分开，以避免电池单池单元20的电化学储存的能量经由放电单元10放电。
在第二步骤S2中实施持续时间tM的确定，在该持续时间中，电池单池单元20的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值。在此情况下可以直接地测量电池单池单元20的感应地储存的能量并且将测量值与阈值比较。也可以测量一个参数，它受到电池单池单元20的感应地储存的能量影响。因此例如可以在断开电池单池单元20之后测量在放电单元10和/或电池单池单元20上的电压并且与阈值比较，该阈值在这种情况下是电压值S。作为持续时间tM也可以测量在断开的时间点和一个事件之间的时间间隔，该事件在电池单池单元20的感应地储存的能量已经达到阈值时出现。这种事件例如可以是通过放电单元10的放电的结束或晶体管的接通。
在第三步骤S3中基于确定的持续时间tM实施电池单池电流IB的确定。由于开始的电池单池单元20的感应地储存的能量取决于在断开之前通过电池单池单元20流动的电池单池电流IB，该确定的持续时间tM随电池单池电流IB增大，因为较大的储存的能量需要较长的持续时间来放电。因此由该确定的持续时间tM可以推断出在断开之前通过电池单池单元20流动的电池单池电流IB。这例如可以通过在先的校准实施，在该校准中不同的持续时间tM分别分配一个电池单池电流IB。
图2示出在第一优选的按照本发明的实施方式中的具有用于测量电池单池电流IB的装置的电池单池控制单元50的示意图。通过在图2中示出的电池单池控制单元50实施上述方法。电池单池控制单元50包括电池单池单元20，放电单元10，测量单元30和评价单元40。
电池单池控制单元50具有第一连接触头51，第二连接触头52和控制触头53。放电单元10在这个第一实施方式中包括MOSFET14。电池单池单元20包括第一连接极21和第二连接极22。在第一和第二连接极21，22之间串联多个电池单池23。测量单元30包括第一测量输入端31和第二测量输入端32。
MOSFET14具有特性，在击穿电压S下，它大于电池单池单元20的空载电压，在MOSFET14的漏极触头11和源极触头12之间实施雪崩击穿。该雪崩击穿是在MOSFET14的漏极触头11和源极触头12之间的一个寄生的二极管的击穿。
第一连接触头51可导电地与第一连接极21连接。第二连接极22可导电地与第一测量输入端31和MOSFET14的漏极触头11连接。第二连接触头52可导电地与第二测量输入端32和MOSFET14的源极触头12连接。MOSFET14的栅极触头13经由电阻R与控制输入端53连接。评价单元40这样地与测量单元30耦联，从测量单元30可以传递至少一个描述持续时间tM的信号到评价单元40。
电池单池控制单元50此外还包括开关单元54，它在此次实施成机械开关，但是也可以是晶体管或其它的电开关。该开关单元54连接在第一连接触头51和第二连接触头52之间。开关单元54在打开的状态下实现将电池单池单元20与其它的电池单池控制单元的其它的电池单池单元串联和在闭合状态下将电池单池单元20在一个串联电路中与其它的电池单池单元跨接。
如果一个相应的控制电压UGS被施加到控制输入端53上，那么MOSFET14接通和因此在漏极触头11和源极触头12之间实现电流流动。该状态在图3的曲线图中在第一时间段100中示出。在此，电池单池电流IB通过点划线，测量电压UDS通过实线和控制电压UGS通过虚线示出。如果将一个负载连接到电池单池控制单元50上，电池单池电流IB可以从第一连接触头51经由电池单池单元20和放电单元10流到第二连接触头52。通过测量单元30测量在漏极触头11和源极触头12之间的测量电压UDS。在该第一实施方式中，如果控制电压UGS施加在控制输入端53上，在漏极触头11和源极触头12之间的测量电压UDS为“0”伏，因为在MOSFET14的漏极触头11和源极触头12之间的电阻在这种情况下接近0欧姆。
在该第一优选的按照本发明的实施方式中，如果控制电压UGS不再施加在控制输入端53上，通过放电单元10的MOSFET14实施电池单池单元20的断开。在断开电池单池单元20的同时，通过闭合开关单元54将电池单池单元桥接，以便不中断通过可能的另外的与电池单池单元20串联的电池单池单元20的电流流动。该状态在图3的曲线图中在第二时间段200中示出。控制电压UGS被中断并且降低到“0”伏。在该状态中，MOSFET14打开和在漏极触头11和源极触头12之间的电流流动中断。通过在漏极触头11和源极触头12之间缺少的或至少高欧姆的电连接导致大于“0”伏的测量电压UDS。基于电池单池单元20的感应的特性，测量电压UDS超过电池单池单元20的空载电压。由此实施MOSFET14的雪崩击穿和在漏极触头11和源极触头12之间建立导电的连接。在电池单池单元20中感应地储存的能量经由该导电的连接和由此经由MOSFET14或经由放电单元10放电，因为电池单池单元20经由开关单元54和MOSFET14被短路。由于电池单池单元20的感应地储存的能量减少，在漏极触头11和源极触头12之间的测量电压UDS也减小。如果通过下降的测量电压UDS达到MOSFET14的击穿电压S，那么MOSFET11阻断在漏极触头11和源极触头12之间的导电的连接。测量电压UDS下降到电池单池单元的电压(或电池的电压，如果多个电池单池单元串联的话)的值。电池单池控制单元50由此转入通过在图3中的第三时间段300示出的状态。电池单池单元20的感应地储存的能量因此在断开电池单池单元20之后借助于放电单元10放电和由此实施前述的第一步骤S1。
如果击穿电压S再次被降低，则通过测量单元30测量测量电压UDS和由此也测量在断开之后测量电压UDS超过空载电压的升高和测量电压UDS的下降。在此情况下，测量单元30被设置用于，确定在测量电压UDS的该升高和下降之间的持续时间tM。该确定的持续时间tM作为模拟的或数字的值被传输到评价单元40。由此通过测量单元30确定持续时间tM，在该持续时间中电池单池单元的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值。阈值在该第一实施方式中通过MOSFET14的击穿电压S限定。由此通过测量单元30实施前述的第二步骤S2。
在该第一实施方式中，确定的持续时间tM被转换成数字值并且由测量单元30传输到评价单元40。在评价单元40中，确定的持续时间tM与一个预先给定的表比较和由此确定的持续时间tM被转换成一个描述电池单池电流IB的值。这种表例如可以由工厂方面预先给定并且事先通过一系列的试验在同时直接地测量电池电流IB下制成。同样也可以确定电池单池单元20的电感并且电池单池电流IB由评价单元40计算。评价单元40由此基于确定的持续时间tM确定电池单池电流IB。由此通过评价单元40实施前述的第三步骤S3。
图4示出在第二优选的按照本发明的实施方式中的具有用于测量电池单池电流的装置的电池单池控制单元的示意图。通过在图4中示出的电池单池控制单元50实施前述的方法。电池单池控制单元50包括电池单池单元20，放电单元10，测量单元30和评价单元40。
电池单池控制单元50具有第一连接触头51，第二连接触头52和控制触头53。放电单元10在该第二实施方式中包括MOSFET14，二极管15和齐纳二极管16。电池单池单元20包括第一连接极21和第二连接极22。多个电池单池23在第一和第二连接极21，22之间串联。测量单元包括第一测量输入端31和第二测量输入端32。
齐纳二极管16具有特性，在齐纳电压S下，其大于电池单池单元20的空载电压，实施击穿。
第一连接触头51可导电地与第一连接极21连接。第二连接极22可导电地与第一测量输入端31和MOSFET14的漏极触头11连接。第二连接触头52可导电地与第二测量输入端32和MOSFET14的源极触头12连接。MOSFET14的栅极触头13经由电阻R与控制输入端53可导电地连接。二极管15的阳极与漏极触头11可导电地连接和二极管15的阴极与齐纳二极管16的阴极可导电地连接。齐纳二极管16的阳极与栅极触头13可导电地连接。评价单元40这样地与测量单元30耦联，由测量单元30可以将至少一个描述持续时间tM的信号传递到评价单元40。
电池单池控制单元50此外还包括开关单元54，其在此次实施成机械开关，但是也可以是晶体管或其它的电开关。该开关单元54连接在第一连接触头51和第二连接触头52之间。开关单元54实现在打开的状态下将电池单池单元20与其它的电池单池控制单元的其它的电池单池单元串联和在闭合的状态下将电池单池单元20在一个串联电路中与其它的电池单池单元跨接。
如果相应的控制电压UGS被施加到控制输入端53上，那么MOSFET14接通和由此实现在漏极触头11和源极触头12之间的电流流动。通过二极管15保证，没有通过电阻R和控制电压UGS限定的电流经由第一或第二连接触头51，52流出。该状态在图5的曲线图中在第一时间段101中示出。在此，在图5中电池单池电流IB通过点划线，测量电压UDS通过实线和控制电压UGS通过虚线示出。如果一个负载被连接到电池单池控制单元50上，电池单池电流IB可以从第一连接触头51经由电池单池单元20和放电单元10流到第二连接触头52。通过测量单元30测量在漏极触头11和源极触头12之间的测量电压UDS。在该第一实施方式中，如果控制电压UGS施加到控制输入端53上，测量电压UDS为“0”伏，因为在MOSFET14的漏极触头11和源极触头12之间的电阻趋于“0”欧姆。
在该第二实施方式中，如果控制电压UGS不再施加到控制输入端53上，通过放电单元10的MOSFET14实施电池单池单元20的断开。同时随着断开电池单池单元20，该电池单池单元通过闭合开关单元54被桥接，以便不中断通过可能的另外的与电池单池单元20串联的电池单池单元20的电流流动。该状态在图5的曲线图中在第二时间段201中示出。控制电压UGS被中断和下降。在该状态下MOSFET14打开和在漏极触头11和源极触头12之间的电流流动被中断。通过在漏极触头11和源极触头12之间的缺少的或至少高欧姆的电连接，导致测量电压UDS大于“0”伏。基于电池单池单元20的感应的特性，测量电压UDS升高超过电池单池单元20的空载电压。通过在MOSFET14的漏极触头11上的升高的电压水平，在该状态下在漏极触头11和栅极触头13之间的电压超过在该触头之间布置的齐纳二极管16的齐纳电压S。齐纳二极管16击穿，并且电流可以从MOSFET14的漏极触头11流到MOSFET14的栅极触头13。因此在MOSFET14上施加有一个减小的控制电压UGS，它由电池单池单元20的感应地储存的能量供给。由此电池单池单元20的感应地储存的能量被用于接通MOSFET14。MOSFET由此在它的线性的工作区域中运行并且在漏极触头11和源极触头12之间建立电阻式的导电的连接。在电池单池单元20中感应地储存的能量经由该导电的连接和由此经由MOSFET14或经由放电单元10放电，因为电池单池单元20经由开关单元54和MOSFET14被短路。由于电池单池单元20的感应地储存的能量减少，在MOSFET14的漏极触头13上升高的电压水平也下降。如果齐纳二极管16的齐纳电压S被降低，那么控制电压UGS下降到0伏，和MOSFET14阻断在漏极触头11和源极触头13之间的导电的连接。测量电压UDS下降到电池单池单元20的电压(或电池的电压，如果多个电池单池单元串联的话)的值。电池单池控制单元50进入到通过在图5中的第三时间段301示出的状态。由此电池单池单元20的感应地储存的能量在断开电池单池单元20之后借助于放电单元10放电和由此实施前述的第一步骤S1。
如果齐纳电压S再次被降低，通过测量单元测量电压UDS和由此也测量在断开之后超过空载电压的测量电压UDS的升高和测量电压UDS的下降。在此测量单元30被设置用于，确定在测量电压UDS的该升高和下降之间的持续时间tM。该确定的持续时间tM作为模拟的或数字的值被传输到评价单元40。由此通过测量单元30确定持续时间tM，在持续时间中电池单池单元20的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值。阈值在该第二实施方式中通过齐纳二极管16的齐纳电压S限定。由此通过测量单元30实施前述的第二步骤S2。
在该第二实施方式中确定的持续时间tM被转换成数字值并且由测量单元30传输到评价单元40。在评价单元40中确定的持续时间tM与一个预先给定的表比较和由此确定的持续时间tM被转换成一个描述电池单池电流IB的值。这种表例如可以由工厂方面预先给定并且事先通过一系列的试验在同时直接地测量电池电流IB下制成。同样也可以确定电池单池单元20的电感并且电池单池电流IB由评价单元40计算。评价单元40由此基于确定的持续时间tM确定电池单池电流IB。由此通过评价单元40实施前述的第三步骤S3。
一般地适用的是，在一个电池或电池系统中的电池单池单元20被频繁地接通和断开，由此实现全部单池的均匀的负载。在每个断开过程中，通过充电或放电电流在单池的电感中储存的能量必须被消除。这例如可以在利用MOSFET14的雪崩运行下实现或者借助于齐纳二极管，在MOSFET11的线性运行中实现。在两种变型中，MOSFET的源电压在断开电池单池电流IB之后非常快速地升高直到MOSFET的阻断电压或齐纳二极管的齐纳电压，直到能量被消除和接着再次下降到电池电压的水平。MOSFET14的源极触头12保持在较高的电压水平上的持续时间tM在相同的阻断电压和相同的电感下与消除的能量成比例和由此与先前流过的电池电流IB成比例。该持续时间tM可以通过通常在每个电池单池控制单元50中存在的微处理器单元简单地测量。
每个电池单池控制单元50知道该持续时间，电池单池控制单元以该持续时间被充电或放电。通过按照本发明的方法，电池单池控制单元50也知道所属的电池单池电流IB。由此电池单池控制单元50可以计算它已经输出了那些能量。在考虑电池单池单元20的空载电压下在与已经输出的能量的直接的比较下，电池单池控制单元50可以确定电池单池单元20的健康状态(SOH-State of Health)。借助于合适的算法，由此可以为保护已经极大老化的电池单池单元20做贡献。由此改善电池或电池系统的最大寿命。
除了上面文字上的公开以外，明确地参见图1至6的公开内容。

Claims (10)

1. 用于测量电池单池单元(20)的电池单池电流(IB)的方法，包括步骤:
-在断开电池单池单元(20)之后借助于放电单元(10)使电池单池单元（20）的感应地储存的能量放电，其中，电池单池单元（20）的感应地储存的能量是通过电池单池单元(20)的感应的特性储存的能量，
-确定持续时间(tM)，在该持续时间中电池单池单元（20）的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值，和
-基于确定的持续时间(tM)确定电池单池电流(IB)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过放电单元(10)实施电池单池单元(20)的断开。
3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电池单池单元（20）的感应地储存的能量借助于在断开电池单池单元(20)之后通过电池单池单元(20)产生的测量电压(UDS)检测。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电池单池单元（20）的感应地储存的能量的放电和/或电池单池单元(20)的断开经由放电单元(10)的晶体管，尤其是MOSFET(14)，实施。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，电池单池单元（20）的感应地储存的能量的放电经由MOSFET(14)的寄生的二极管实施，该二极管基于通过电池单池单元（20）的感应地储存的能量产生的电压击穿。
6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，电池单池单元（20）的感应地储存的能量被用于接通晶体管，以便使电池单池单元（20）的感应地储存的能量经由接通的晶体管放电。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，电池单池单元（20）的感应地储存的能量的放电借助于二极管，尤其是借助于齐纳二极管(16)，触发，该二极管基于通过电池单池单元（20）的感应地储存的能量产生的电压击穿，和由此提供用于接通晶体管的电压。
8. 用于测量电池单池单元(20)的电池单池电流(IB)的装置，包括:
-放电单元(10)，它在断开电池单池单元(20)之后使电池单池单元（20）的感应地储存的能量放电，其中，电池单池单元（20）的感应地储存的能量是通过电池单池单元(20)的感应的特性储存的能量，
-测量单元(30)，它确定持续时间(tM)，在该持续时间中电池单池单元（20）的感应地储存的能量一直下降到一个给定的阈值(S)，和
-评价单元(40)，它基于确定的持续时间(tM)确定电池单池电流(IB)。
9. 电池单池控制单元(50)，其特征在于，电池单池控制单元(50)包括根据权利要求8所述的用于测量电池单池电流(IB)的装置和电池单池单元(20)。
10. 电池，其特征在于，该电池包括至少一个根据权利要求9所述的电池单池控制单元(40)。
CN201580008482.8A 2014-02-13 2015-01-30 用于测量电池单池电流的方法和装置 Active CN105980871B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014202617.2A DE102014202617A1 (de) 2014-02-13 2014-02-13 Verfahren und Vorrichtung zum Messen eines Batteriezellenstromes
DE102014202617.2 2014-02-13
PCT/EP2015/051897 WO2015121085A1 (de) 2014-02-13 2015-01-30 Verfahren und vorrichtung zum messen eines batteriezellenstromes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105980871A true CN105980871A (zh) 2016-09-28
CN105980871B CN105980871B (zh) 2018-11-23

Family

ID=52472287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580008482.8A Active CN105980871B (zh) 2014-02-13 2015-01-30 用于测量电池单池电流的方法和装置

Country Status (5)

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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018174029A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 株式会社豊田中央研究所 電源装置及びそれにおけるｓｏｃ推定方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324958B1 (ko) 2016-09-29 2021-11-12 삼성전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 다양한 서비스를 지원하기 위한 방법 및 장치
DE102018217572A1 (de) * 2018-10-15 2020-04-16 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit integriertem Steuerschaltkreis
DE102018221813A1 (de) * 2018-12-14 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Überwachen und Steuern einer Batteriezelleneinheit

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030206021A1 (en) * 1997-07-25 2003-11-06 Laletin William H. Method and apparatus for measuring and analyzing electrical or electrochemical systems
CN1755376A (zh) * 2004-09-30 2006-04-05 日产自动车株式会社 过载电流检测方法及检测电路
CN1992495A (zh) * 2005-12-20 2007-07-04 国际整流器公司 输入电压检测电路
CN103003710A (zh) * 2010-07-29 2013-03-27 罗伯特·博世有限公司 用于估计可再充电电池的至少一个电池单元的效率的方法和装置
CN103390777A (zh) * 2013-07-31 2013-11-13 哈尔滨威星动力电源科技开发有限责任公司 带有测量电路的单只锂电池装置
DE102012209660A1 (de) * 2012-06-08 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und zugehöriges Verfahren zur Ermittlung des Innenwiderstandes von Batteriezellen oder Batteriemodulen des Batteriesystems

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4413234A (en) * 1981-09-28 1983-11-01 Sun Chemical Corporation Battery-operated condition monitor
US4564798A (en) * 1982-10-06 1986-01-14 Escutcheon Associates Battery performance control
GB8905708D0 (en) * 1989-03-13 1989-04-26 Yuasa Battery Uk Ltd Battery monitoring
US5537042A (en) * 1994-11-18 1996-07-16 Eldec Corporation Method and system for unobtrusively measuring physical properties in electrochemical processes
US5894212A (en) * 1997-09-19 1999-04-13 Tarrytown Consulting, Inc. Discharge monitoring and isolating system for batteries
JPH11344546A (ja) * 1998-03-31 1999-12-14 Hitachi Ltd 電流積算値検出装置及び電流検出装置及びそれらを用いた電池パック
JP4374729B2 (ja) * 2000-05-16 2009-12-02 ヤマハ株式会社 電流測定回路、使用電流量測定回路、および充放電電流測定回路
DE10207062A1 (de) * 2002-02-20 2003-08-28 Philips Intellectual Property Verfahren und Schaltungsanordnung zur Ermittlung des mittleren Stromverbrauchs eines batteriebetriebenen Gerätes
US20050275382A1 (en) * 2004-06-09 2005-12-15 Stessman Nicholas J Charge consumption monitor for electronic device
KR100844806B1 (ko) * 2005-03-31 2008-07-07 주식회사 엘지화학 복수의 검출 저항을 이용하여 배터리 셀의 전류량을측정하는 장치 및 방법
JP4894865B2 (ja) * 2009-02-12 2012-03-14 富士電機株式会社 双方向スイッチの電流検出回路
US8183870B1 (en) * 2009-02-12 2012-05-22 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Battery system and method for sensing and balancing the charge state of battery cells
DE102009002468A1 (de) * 2009-04-17 2010-10-21 Robert Bosch Gmbh Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie bei Einsatz von induktivem Zellbalancing
US8766648B2 (en) * 2010-11-01 2014-07-01 Ford Global Technologies, Llc Method and system for determining an operating characteristic associated with an inductor in a power converter system
DE102011113798A1 (de) * 2010-11-02 2012-05-03 Voltabatterien Gmbh Eigensichere Batterie
DE102012203309A1 (de) * 2012-03-02 2013-09-05 Robert Bosch Gmbh Mehrphasig modulare Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung
DE102012206622A1 (de) * 2012-04-23 2013-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Laden von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung und aufladbare Energiespeichereinrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030206021A1 (en) * 1997-07-25 2003-11-06 Laletin William H. Method and apparatus for measuring and analyzing electrical or electrochemical systems
CN1755376A (zh) * 2004-09-30 2006-04-05 日产自动车株式会社 过载电流检测方法及检测电路
CN1992495A (zh) * 2005-12-20 2007-07-04 国际整流器公司 输入电压检测电路
CN103003710A (zh) * 2010-07-29 2013-03-27 罗伯特·博世有限公司 用于估计可再充电电池的至少一个电池单元的效率的方法和装置
DE102012209660A1 (de) * 2012-06-08 2013-12-12 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und zugehöriges Verfahren zur Ermittlung des Innenwiderstandes von Batteriezellen oder Batteriemodulen des Batteriesystems
CN103390777A (zh) * 2013-07-31 2013-11-13 哈尔滨威星动力电源科技开发有限责任公司 带有测量电路的单只锂电池装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018174029A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 株式会社豊田中央研究所 電源装置及びそれにおけるｓｏｃ推定方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160125955A (ko) 2016-11-01
US10018678B2 (en) 2018-07-10
CN105980871B (zh) 2018-11-23
WO2015121085A1 (de) 2015-08-20
US20160377683A1 (en) 2016-12-29
KR102419237B1 (ko) 2022-07-11
DE102014202617A1 (de) 2015-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4692674B2 (ja) 充電装置
EP2606367B1 (en) Ground fault detection circuit for ungrounded power source
US20150036250A1 (en) Over-current and over-voltage protection circuit and method for an electronic cigarette
CN102377170B (zh) 保护电路
JP2017529046A5 (zh)
EP1393443A2 (en) Overcurrent detection and protection apparatus for switching element
KR20140012189A (ko) 배터리 유도 충전을 위한 시스템 및 방법
CN105980871A (zh) 用于测量电池单池电流的方法和装置
JP6088289B2 (ja) 充放電制御回路及びバッテリ装置
CN102625961A (zh) 用于防止电池深度放电的系统
US20090009134A1 (en) Method and device for measuring internal resistance of battery
CN108418197B (zh) 用于运行电子保护开关的方法和电子保护开关
CN106100008B (zh) 电池装置以及电池装置的制造方法
JP4945206B2 (ja) 電池パックおよびその断線検知方法
US10744963B2 (en) Charge/discharge device
CN105553245B (zh) 一种软启动电路
EP3038225A2 (en) Voltage detection apparatus, battery and voltage detection method
US20110089902A1 (en) Circuitry for balancing charging of series connected battery cells
CN113899954B (zh) 负载检测方法及电池管理系统
US20180033224A1 (en) Alternating current (ac) load pre-charge protection
TWI624133B (zh) Charge and discharge balance control device and method
CN100539227C (zh) 用于对特别是汽车燃油喷射设备的压电元件进行控制的电路
JP2017519477A (ja) 小さい電流を検出するための方法及び装置
CN213279185U (zh) 一种防反接装置
CN108306350B (zh) 一种小电池充电方法及其装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant