CN107024660A - 用于确定电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置 - Google Patents

Abstract

用于确定电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置。本发明涉及一种用于确定在由蓄电池组的单电池的串联电路构成的电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置。在所述串联电路的电相邻的单电池之间分别构造有一个电势点，其中在所述串联电路中连续的电势点的电势从参考电势出发在数值上增长。每个被构造在所述串联电路的两个单电池之间的电势点都通过测量电阻和开关与分析装置的测量输入端连接。为了测量单电池的电池电压，所述测量输入端通过测量电容器与参考电势连接。所述分析装置检测所述测量电容器到预先给定的测量电压上的充电时间。所述分析装置依据所检测到的充电时间确定所测量的单电池的电池电压。

Description

用于确定电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定在电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置，所述电池复合体由蓄电池组的单电池的串联电路构成，其中在所述串联电路的电相邻的单电池之间分别构造有电势点，而且在所述串联电路中连续的电势点的电势从参考电势出发在数值上增长。

背景技术

从DE 10 2007 049 528 B4中已知一种用于测量蓄电池组的单电池的电池电压的电路装置。所述单电池形成由单电池的串联电路构成的电池复合体，其中在所述串联电路的电相邻的单电池之间构造有电势点。在所述串联电路中连续的电势点的电势从参考电势出发在数值上增长。所述串联电路的每个电势点都通过测量电阻和开关与分析装置的测量输入端连接。在闭合所述开关之后，在测量电阻处降落如下电压，所述电压由所述分析装置来检测。被分配给一个电势点的测量电阻像电阻级联那样串联并且形成要测量的单电池的欧姆负载。在此，在测量所述串联电路的第一单电池时，闭合的开关和第一测量电阻与所述第一单电池形成第一测量电路。如果第二开关闭合、所有其它的开关断开，那么第一单电池、第二单电池、第一测量电阻和第二测量电阻形成闭合的测量电路。利用每次测量使单电池承受电负载，其中串联电路的第一单电池的负载大于所述串联电路的最后的单电池的负载。这些单电池分别通过将各个开关闭合来测量，其中分别检测和分析在所述测量电阻处降落的电压。

这种用于单个电压测量的电路装置的耗费是高的；因为所测量的电压在欧姆负载下被检测，所以使所述单电池承受强烈的电负载，由此可能影响蓄电池组的耐用度。

发明内容

本发明所基于的任务在于说明一种用于确定在由蓄电池组的单电池的串联电路构成的电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置，所述电路装置可简单地被构造并且在测量期间具有所述单电池的小的电负载。

该任务通过如下方式来解决：所述串联电路的每个电势点都通过测量电阻和开关与分析装置的测量输入端连接，而且所述测量输入端通过测量电容器与参考电势连接。所述分析装置检测测量电容器到预先给定的测量电压上的充电时间，其中所述分析装置依据所述测量电容器的充电时间来确定所述单电池的电池电压。

所述分析装置的测量输入端通过电容器与参考电势连接，其中所述分析装置检测所述电容器充电到预先给定的测量电压的充电时间。所述分析装置依据所述测量电容器的充电时间来确定所测量的单电池的电池电压。

有利地，所述测量电容器到测量电压上的充电时间以简单的方式借助于计数器来检测，所述计数器随着测量的开始而启动并且在达到预先给定的测量电压时停止。通过所述计数器以简单的方式直接以计数单位（Zähleinheit）检测所述测量电容器的充电时间，其中所述计数单位的数量优选被选择为大的。这样，例如可以利用计数到几千或者几万个单位的计数器状态来设计达到测量电压，这在没有大的技术上的耗费的情况下能够实现高分辨率。这样，相对于已知的A/D转换器可以实现高的精确度。

所述计数器的计数器状态与所述测量电容器到测量电压上的充电时间成比例。在此，所述计数器的计数单位可对应于预先给定的固定的时间单位。所述计数器以简单的方式对限时元件的脉冲进行计数。

所述测量电容器的电容器电压被连接到比较器的第一输入端上，根据预先给定的测量电压的参考值接到所述比较器的第二输入端上。所述比较器的输出端可以以简单的方式作为控制信号被连接到所述计数器上。所述比较器的输出端使所述计数器启动和停止。

有利地，在微处理器中构造有分析装置，所述分析装置用于将计数器状态换算成所测量的单电池的电池电压。在所述微处理器中也可以将所述计数器实施为集成器件。适宜地，所述比较器是所述微处理器的集成器件。限时元件由所述微处理器的“时钟（Clock）”形成，所述“时钟”的脉冲序列由所述计数器进行计数。

有利地，预先给定的测量电压比完全充满电的单电池的电池电压更小，尤其大约小10%到95%，使得所述单电池在测量过程期间的电负载是小的。如果单电池在充满电的状态下的电池电压为4.2伏特左右，那么所述预先给定的测量电压例如可能仅为2000mV左右。有利地，也作为参考值被用于比较的预先给定的测量电压为1000mV左右。

附图说明

本发明的另外的特征从进一步的权利要求、说明书和附图中得到，在所述附图中示出了本发明的一个实施例。其中：

图1以示意图示出了用于确定在电池复合体中的单电池的电池电压的电路装置，

图2以示意图示出了分析装置的方框电路图，

图3以示意图示出了测量电容器的电容器电压的电压变化过程。

具体实施方式

在图1中示意性地再现了在蓄电池组1之内的单电池Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅、Z₆、Z₇、Z₈、Z₉至Z_n的电路装置10的一个实施例。所述单电池Z₁至Z_n以串联电路2相继连接并且共同提供蓄电池组电压U_A作为总电压。所述蓄电池组电压U_A由单个电压U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆、U₇、U₈、U₉至U_n共同组成。所述单电池Z₁至Z_n形成所述蓄电池组的电池复合体。

在每个单电池Z₁至Z_n之后，所述串联电路2都具有一个电势点P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈、P₉至P_n，其中，如可在电压箭头U₁至U_n处可见的那样，在所述串联电路2中连续的电势点P₁至P_n的电势从参考电势3出发而增长。所述参考电势3优选地是接地电势。

每个电势点P₁至P_n都通过一个测量电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉至R_n和一个开关S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉至S_n与分析装置5的测量输入端7连接。

在下面，具有索引i的附图标记Z_i、P_i、U_i、S_i、R_i通常被用于附图标记Z₁、Z₂、…Z_n，P₁、P₂、…P_n，U₁、U₂、…U_n，S₁、S₂、…S_n，R₁、R₂、…R_n，其中i代表从1至n的自然数。这样，例如将Z_i限定为(Z_i)，其中i=1、2、3、…、n。

基于所示出的电路装置10，随着例如所述开关S7的闭合，所述单电池Z₁、Z₂、Z₃、Z₄、Z₅、Z₆和Z₇的子串联电路的单个电压U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆和U₇作为总电压施加在电容器C处。为了可以与所选择的开关S_i无关地在电容器C上量取到可比较的测量结果，所述测量电阻R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉至R_n在它们的大小方面适配地被选择。这样，针对第一电阻R₁例如选择10kΩ的值；后面的测量电阻R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉至R_n被构造具有增加的值；在十个测量电阻R_n的情况下，最后的测量电阻R_n具有例如100kΩ的值。以这种方式，用于测量在单电池Z_i上的单个电压U_i的电气条件与闭合的开关S_i有关地来适配。这样，每个活跃的测量支路都可以利用τ=R•C来静态地校准。

所述分析装置5的测量输入端7通过电容器C与参考电势3连接。通过开关S_K和欧姆电阻R_K使所述电容器C的正接线端子与校准电压4连接。

可能适宜的是：所述分析装置5配备第二测量输入端和第二测量电容器，由此可以减小对所有的（例如十个）单电池的测量的总持续时间。这样，即使在具有对更大数目的单电池的装置的更大的蓄电池的情况下也可以充分地提供如下测量装置，所述测量装置确保了可靠的电监控。

每个测量输入端都与所分配的测量电容器C一起单独地来校准，而所述校准的值有利地被存放在微处理器8中。有利地，进行动态校准，使得在每次测量之后都进行校准过程，使得测量电容器C的老化或者温度漂移被均衡。

要在参考电势3与测量输入端7之间量取的电容器电压U_C通过输入端电阻R_M被输送给微处理器8。

电容器电压U_C被连接到比较器11的第一输入端6上。以预先给定的测量电压U_M的形式的参考值施加在所述比较器的另一、第二输入端9处。

所述比较器的输出端12控制计数器13，所述计数器13对限时元件14的脉冲15进行计数。在计算单元16——给所述计算单元直接传送所述计数器13的计数器状态——依据所计数的脉冲15来确定所述电容器C到被预先给定为参考值的测量电压U_M上的充电时间t。微处理器8可以依据充电时间t_i推断出所测量的单电池Z_i的电池电压U_i。

如果例如电池Z₁通过闭合开关S₁被施加到测量电容器C处，则随着闭合开关S₁而启动计数器13。一方面，电容器电压U_C施加在比较器11处；作为参考值的测量电压U_M施加在所述比较器的另一输入端9处。在给电容器C充电期间，计数器13对限时元件14的脉冲15进行计数。一旦电容器电压U_C达到测量电压U_M的参考值，就通过比较器11的输出端12使所述计数器13停止。因为计数器状态对应于限时元件14的脉冲15的数目，所以所述计数器状态与时间、这里是充电时间t₁成比例。对所述电容器的标准化的充电被实现。

在图3中示意性地再现了对示例性地针对不同的充电曲线20的测量电容器C的充电。如所示出的那样，测量电压U_M位于所述电容器C的最大充电电压之下；对于检测单电池Z_i的电池电压U_i来说，观察测量电容器C的充电曲线20的子支路就足够了。通过计数器13的计数器状态可以确定充电时间t_i，需要所述充电时间t_i以便将测量电容器C充电到测量电压U_M上。这样，所述分析装置5例如依据通过计数器13所确定的充电时间t₁来确定所测量的单电池Z₁的电池电压U₁。

因为限时元件14提供由脉冲15构成的时间稳定（zeitstabil）的脉冲序列，所以所述计数器13的计数单位对应于预先给定的固定的时间单位、即脉冲15的周期T。如果选择具有高频率的脉冲序列，那么由计数器13来对脉冲15的大的数目进行计数，由此可在简单的结构的情况下实现高分辨率和高精确度。视所选择的频率和脉冲序列而定，可以实现几千、几万、或几十万个单位的计数器状态。这样，在微小的花费的情况下能够实现高精确度，所述高精确度在其品质方面利用具有合理的（vertretbar）耗费的A/D转换器是几乎不可能的。

在微处理器8中构造有分析装置5，所述分析装置用于将所述计数器13的计数器状态换算成所测量的单电池Z_i的电池电压U_i。在此，所述计数器13形成所述微处理器8的集成器件。所述比较器11也以相同的方式形成所述微处理器8的集成器件。

Claims (12)

1.一种电路装置，用于确定在由蓄电池组（1）的单电池（Z_i）的串联电路（2）构成的电池复合体中的单电池（Z_i）的电池电压（U_i），其中，在所述串联电路（2）的电相邻的单电池（Z_i）之间分别构造有一个电势点（P_i）并且在所述串联电路（2）中连续的电势点（P_i）的电势从参考电势（3）出发在数值上增长，

其特征在于，所述串联电路（2）的每个电势点（P_i）都通过测量电阻（R_i）和开关（S_i）与分析装置（5）的测量输入端（7）连接，所述测量输入端（7）通过测量电容器（C）与所述参考电势（3）连接，所述分析装置（5）检测所述测量电容器（C）到预先给定的测量电压（U_M）上的充电时间（t_i），以及所述分析装置（5）依据所述测量电容器（C）的充电时间（t_i）确定所述单电池（Z_i）的电池电压（U_i）。

2.根据权利要求1所述的电路装置，

其特征在于，所述测量电容器（C）到所述测量电压（U_M）上的充电时间（t_i）借助于计数器（13）来检测，所述计数器随着所述测量的开始而启动并且在达到所述预先给定的测量电压（U_M）时停止。

3.根据权利要求2所述的电路装置，

其特征在于，所述计数器（13）的计数器状态与所述测量电容器（C）到所述测量电压（U_M）上的充电时间（t_i）成比例。

4.根据权利要求3所述的电路装置，

其特征在于，所述计数器（13）的计数单位对应于预先给定的时间单位（t_i）。

5.根据权利要求4所述的电路装置，

其特征在于，所述计数器（13）对限时元件（14）的脉冲（15）进行计数。

6.根据权利要求2所述的电路装置，

其特征在于，所述测量电容器（C）的电容器电压（U_C）被连接到比较器（11）的第一输入端（6）上，并且根据所述预先给定的测量电压（U_M）的参考值接到所述比较器的第二输入端（9）上。

7.根据权利要求6所述的电路装置，

其特征在于，所述比较器（11）的输出端（12）作为控制信号被连接到所述计数器（13）上。

8.根据权利要求1所述的电路装置，

其特征在于，所述分析装置（5）被构造在微处理器（8）中，所述分析装置用于将所述计数器状态换算成所测量的单电池（Z_i）的电池电压（U_i）。

9.根据权利要求8所述的电路装置，

其特征在于，所述计数器（13）是所述微处理器（8）的集成器件。

10.根据权利要求7所述的电路装置，

其特征在于，用于将所述测量电容器（C）的电容器电压（U_C）与参考值进行比较的比较器被构造为所述微处理器（8）的集成器件。

11.根据权利要求9所述的电路装置，

其特征在于，所述计数器（13）对所述微处理器（8）的内部时钟发生器的时钟进行计数。

12.根据权利要求1所述的电路装置，

其特征在于，所述测量电压（U_M）小于单电池（Z_i）的电池电压（U_i）。