CN111443298B - 测量组件、高压电池、机动车和用于确定复阻抗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定第一电气构件(14)的复阻抗(Z1、Z2)的测量组件(10)，其中，测量组件(10)具有第一构件(14)和测量单元(16)，测量单元与第一构件(14)耦联并设计用于确定第一构件(14)的复阻抗(Z1、Z2)。在此，测量组件(10)具有至少一个第二电气构件(14)，其与第一构件(14)布置成并联电路(12)，该并联电路与测量单元(16)并联，其中，并联电路(12)具有至少一个切换装置(18)，借助于该切换装置可分开在第一构件和第二构件(14)之间的电气连接，其中，为确定第一构件(14)的第一复阻抗(Z1、Z2)，测量组件(10)设计用于，借助所分配的切换装置(18)暂时分开第一构件(14)和第二构件(14)之间的电气连接。

Description

测量组件、高压电池、机动车和用于确定复阻抗的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定电气构件、例如电池单池的复阻抗的测量组件，其中，测量组件具有电气构件和测量单元，该测量单元与电气构件耦联并且设计成确定电气构件的复阻抗。属于本发明的还有高压电池、机动车以及用于确定电气构件的复阻抗的方法。

背景技术

电池单池不是理想的电压源，而是如下的电化学系统，该电化学系统由于内部电阻或动态过程而可提供有限的能量和功率。电阻可由电流值和电压值算出。

为了测量交流电阻(其作为频率的复值函数还被称为阻抗)，电池或电池单池通过电极被有针对性地激励。由此可记录整个阻抗谱，其作为传递函数反映了电池单池的电气性能，并且通常通过等效电路来近似。通过阻抗测量设备、如上述测量单元的上电，可执行电化学交流阻抗谱测试(其还被简称为EIS)，或者一般地说可确定电池单池的阻抗。然而，在执行交流阻抗谱测试或进行阻抗确定时，不一定必须针对不同的激励频率确定阻抗，而是可仅仅针对特定频率确定阻抗值。

例如文献DE 11 2016 002 067 T5说明了一种用于监测电池系统的方法，该电池系统具有多个电池单池单元，其中，基于测量数据确定每个电池单池单元的与功率相关的至少一个参数。在此，电池单池单元包括两个并联的电池单池。作为参数，例如可求得相应的电池单池单元的阻抗。

此外，DE 10 2013 218 081 A1说明了一种电池模块装置，其具有电池模块和用于监测电池模块状态的监测装置，电池模块具有多个串联和/或并联的电池单池。在交流阻抗谱模式下，为了执行电池模块的交流阻抗谱测试，可用测量电流对电池模块加载。由此可求得电池模块的复阻抗。在此，还可探测每个各单个单池的电流和/或电压，并且由此求得总电压或总电流，以便算出电池模块的复阻抗，而不是单个电池单池的复阻抗。

此外，DE 10 2013 218 077 A1说明了一种电池单池装置，其具有电池单池和用于监测电池单池状态的监测装置。在交流阻抗谱模式下，为了执行电池单池的交流阻抗谱测试，可用测量电流加载电池单池，并且由此求得电池单池的复阻抗。

因此，借助于测量单元，或者可仅确定单个电池单池的复阻抗，或者对于这种电池单池处在具有多个电池单池的单池组件中的情况，可仅确定这种整体组件的阻抗。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种测量组件、高压电池、机动车以及用于确定电气构件的复阻抗的方法，借助于它们能够确定电气构件的复阻抗，即使电气构件处于具有其他电气构件的组件中。

该目的通过具有根据相应的独立权利要求的特征的测量组件、高压电池、机动车以及方法来实现。本发明的有利的设计方案为从属权利要求、说明书和附图的主题。

根据本发明的用于确定第一电气构件的第一复阻抗的测量组件具有第一电气构件和测量单元，该测量单元与第一电气构件耦联并且设计用于，尤其借助于交流阻抗谱测试来确定第一电气构件的第一复阻抗。在此，测量组件具有至少一个第二电气构件，该至少一个第二电气构件与第一电气构件布置在并联电路中，该并联电路又与测量单元并联，其中，并联电路具有至少一个切换装置，借助于该至少一个切换装置可分开在第一电气构件和至少一个第二电气构件之间的电气连接，其中，测量组件设计成，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，借助于分配的切换装置至少使在第一电气构件和至少一个第二电气构件之间的电气连接暂时分开。

如开头提到的那样，电气构件可以是电池单池，然而，所说明的测量组件以及下文还将说明的用于确定阻抗的方法可完全类似地应用于任意类型的处于并联电路中的要确定其阻抗的电气构件。

在此，本发明基于数个认知：一方面，在电池系统中，单池或一般地说上文提到的电气构件既可串行连接(即串联)也可并联，以便实现所需的功率和容量规格。在并联电路中，电池、即各个电池单池的电极处于相同的电位上。因此，在单池并联时无法容易地测量个性化特性、如开路电压和阻抗。在并联的单池中，以及一般地说在并联的构件中，电流分布在各单池上，能测量系统的总阻抗，而无法测量单个阻抗。相应地，如果电池单池处在单池组中、尤其是与其他的电池单池处在并联电路中，则完全不可实现电池单池的阻抗的这种单个测量。根据电池系统的当前标准配置，仅可执行所有电池单池的包电流的总电流测量、每个单个单池的电压测量和零星的温度测量。然而，在这种配置中没有注意到单池的并联电路。在一般情况下，通常将并联的单池视作单个较大的电池单池那样来处理。然而，如果可识别和表征在由单池构成的电气复合结构中的每个单个单池，则在从中得到的技术可能性上存在显著差异。而如果在没有在并联复合结构中的单个单池的结论的情况下仅可将由多个连接的单个单池组成的(超级)单池作为总单池来表征，则这呈现出了重大的功能性局限。因为在并联复合结构中每个单个单池也具有个性化的特性。例如，随着逐渐增加的老化，单池可彼此漂移，即，相应的电池单池的内电阻也发生改变。而本发明能够实现新的一维，即，电气上区分开并联的单池。此外，这根据本发明以特别简单的方式实现，即，通过有针对性地断开电气构件、例如电池单个单池的连接，由此可分开并联复合结构。此后可测量每个单个的电气构件、尤其是每个单个单池。这有利地允许高精度地确定所有电气构件、尤其是电池系统中的所有单池的状态，该状态确定可在没有受到其他电气构件、尤其是其他单池或还有负载的外部影响的情况下在运行中至少根据本发明的一些有利的实施方式来实现。

在此，下文经常提到的负载可一般性地理解成能阱以及能源或它们的组合。因此，这种负载例如可为机动车的耗电器，以及例如机动车的可与外部能源耦联的充电器、感应式充电单元、机动车的在发电机运行模式下的马达等等，通过其可为电池单池中的一个或多个电池单池供应能量。相应地，通常还可将负载电流理解成充电电流。

通常，第一电气构件、或类似地还有下文详细说明的任何其他构件的阻抗可作为针对单个频率、尤其是激励频率的阻抗来求得，或者针对多个不同的频率来求得，以提供阻抗谱。

在本发明的有利的设计方案中，至少一个切换装置为如下的切换装置，其分配给至少一个第二电气构件中的相应一个第二电气构件，借助于该切换装置可使分配的至少一个第二电气构件与并联电路断开连接。在此，测量组件又设计成，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，使至少一个第二电气构件借助于分配的切换装置暂时与并联电路断开连接。例如如果要求得在具有至少一个第二电气构件的并联复合结构中的第一构件的阻抗，则可在测量第一电气构件期间使第二电气构件至少暂时地、例如在预定的或可预定的时段内和/或在对第一构件进行测量的测量周期期间简单地断开连接。因此能以特别简单的方式测量第一构件。

在本发明的有利的设计方案中，还为第一电气构件分配有切换装置，借助于该切换装置可使被分配的第一电气构件与并联电路断开连接，其中，测量组件设计成，确定至少一个第二电气构件的至少一个第二复阻抗，并且为了确定至少一个第二电气构件的至少一个第二复阻抗，使第一电气构件借助于分配的切换装置暂时与并联电路断开连接。

换句话说，不仅可通过断开至少一个第二构件的连接来求得第一构件的单阻抗，而且可倒过来通过以下方式确定第二构件的复阻抗，即，在对应的测量周期期间，使第一构件通过分配的切换装置与并联电路断开连接。在此，相应的切换元件例如可与分配的电气构件串联。因此，第一电气构件以及第二电气构件均可有利地通过断开连接来与系统其余部分断耦联，并且这两个构件中的另一个可有利地通过测量单元来测量。然而，仍还存在其他有利的可行方案，以便暂时解散并联复合结构，如后文还将详细说明的那样。然而，该原理以及下文还将详细阐述的示例不限于两个电气构件，而是可完全类似地扩展到任意数量的电气构件、尤其是任意数量的单个电池单池。

相应地，本发明的另一有利的设计方案是，测量装置具有多于两个的电气构件，这些电气构件包括在并联电路中的第一构件和至少一个第二构件，其中，测量单元设计成，单独确定相应的构件的复阻抗。这可尤其如已经说明的方式那样通过以下方式来实现，即，为构件中的每个构件分配相应的切换装置、尤其是开关、例如可电子控制的开关、例如MOSFET，其中，如果要确定多个构件中的某个确定构件的复阻抗，则使并联电路中的其余构件通过为其分配的切换元件断耦联，从而可进行该确定构件的单个测量。由此可有利地在时间上顺序地、例如以预定的顺序测量相应的构件，即，可因此确定其相应的所分配的单个复阻抗、尤其是整个阻抗谱。

在本发明的另一有利的设计方案中，至少一个切换装置被分配给第一电气构件并且与第一电气构件串联，其中，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，测量单元具有测量引出头，该测量引出头布置在第一电气构件与为第一电气构件分配的切换装置之间，其中，测量组件设计成，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，使第一电气构件借助于分配的切换装置暂时与并联电路断开连接。测量单元的第二测量引出头可位于第一电气构件的相对侧上。因此，在电池单池作为电气构件的情况下，第一测量引出头与单池正电位耦联，并且第二测量引出头与单池负电位耦联。由于现在两个测量引出头中的一个测量引出头布置在第一电气构件和所分配的切换装置(例如上文说明的开关)之间，可有利地通过断开所分配的切换装置使待测量的第一构件与并联电路断开连接，并且然后不受其余第二构件影响地经由所述的测量引出头(其在切换装置断开时也继续与第一构件耦联)借助于测量单元确定该待测量的第一构件的阻抗。换句话说，能以这种方式有针对性地使待测量的构件借助于分配的切换装置在测量阶段期间与并联复合结构的其余部分断耦联，并且然后再次使之接通。

此外，在该变体中，可为电气构件中的每个电气构件、即第一构件和至少一个第二构件分配对应的测量单元，测量单元在所分配的构件的切换装置断开时也继续与该构件耦联，或者也可设置仅仅一个测量单元，该测量单元可借助于选择切换单元、例如一种类型的多路复用器在时间上顺序地与相应的、位于相应电气构件和为该相应电气构件分配的切换装置之间的测量引出头耦联，以便因此在时间上顺序地确定相应构件的阻抗。在此，多个测量单元具有的优点是，在通过仅仅一个测量单元可提供明显更简单和更经济的构造的同时，还可确定多个电气构件的阻抗。然而，在这两种情况下有利地提供这样的可行方案：在运行中、即在由耗电器引起的负载电流或由充电器作为负载提供的充电电流流过并联电路时也可对相应的电气构件进行测量，这是因为在该变体中待测量的构件通过所分配的切换装置与并联电路其余部分断耦联，并因此在负载或耗电器的非活动状态下不经受负载电流以及不经受负载影响。换句话说，可安全地与可能的串联的单池和负载断耦联，其在车辆的停车状态中也可影响测量，这是因为在没有负载电流的情况下也可能察觉到负载影响，因为耗电器被触点接通并且因此被一起测量。

优选地，第一电气构件和至少一个第二电气构件是相应的电化学存储器，尤其是用于高压电池的电池单池，例如锂离子单池。然而，如开头已经提到的那样，本发明可完全类似地应用于任意类型的一个或多个布置在并联电路中的电气构件上。其他的这种电气构件的示例例如为双电层电容器和/或燃料单池。然而，正是与电化学能量存储器、例如电池单池相结合，本发明具有特别大的优点。这由下述引起，即，当今的机动车越来越电气化，并且具有相应的高压电池。在此，对这种高压电池和尤其是其单个单池的监测一方面出于安全的角度特别重要，另一方面还在求得不同的状态和参数、例如确定和/或预测这种高压电池的老化状态或剩余寿命或确定一个或多个单个单池的单池温度时特别重要。因此，各个电池单池的电气特性的尽可能详细的分析可能性尤其对于这种电动车的用户来说具有特别大的优点。以同样的方式还证实为有利的是，将这种复合结构内的单个电池单池的并联电路用于提供高压电池，因为由此可更简单地实现所需的功率和容量规格。因此，本发明正是在确定并联电路内的电池单池的单个复阻抗方面为电动性提供了特别的增加价值。

测量单元相应地构造用于执行电化学交流阻抗谱测试或阻抗确定。在此，最终可由电流值和电压值算出复阻抗，其中，可预给定电流并且测量电压，或者在确定电压的情况下探测电流。因此，例如如果要确定有关的电池单池的复阻抗，则或者使其余的电池单池暂时通过为其分配的切换装置与并联复合结构断开连接，或者使待测量的电池单池本身与并联复合结构断开连接，并且然后对待测量的电池单池通过其电极有针对性地进行激励，即利用具有一个或多个期望的激励频率的相应的电流或电压激励信号进行激励，并且测量对该激励信号的相应的响应。即，如果例如通过电流、尤其是交变电流来激励有关的电池单池，则相应地通过测量单元测量电压响应，并且由给出的电流激励以及对应的电压响应求得电池单池的复阻抗。在此，电池单池的激励尤其可针对不同的频率来进行，其中，针对各个频率还借助于测量单元探测对应的响应，并且从中最终可算出有关的电池单池的与频率相关的复阻抗。这一般还适用于任意的电气构件。因此，以这种方式可有利地确定各个电池单池的复阻抗的差异，这例如可以是电池单池的不同程度的老化的指标。

在本发明的另一特别有利的设计方案中，第一电气构件和至少一个第二电气构件分别构造为单池单元的一部分，该单池单元在下文中还称成智能电池，其中，单池单元中的分别一个单池单元具有第一联接部和第二联接部、电池单池和与电池单池串联的第一开关、以及用于桥接电池单池的第二开关，第二开关与电池单池和第一开关并联。尤其是，这种单池单元、尤其智能电池也可具有分配的控制单元，其设计成操控对应的第一开关和第二开关。这种智能电池具有的很大的优点是：其能够以特别灵活的方式实现任意的并且尤其可改变的单池配置，即，各种并联和/或串联电路。因为这种智能电池还具有相对于智能电池的联接部与电池单池串联的第一开关，所以这种第一开关可同时用作分配的开关装置，以使有关的电池单池与并联电路断开连接。换句话说，在将这种智能电池作为所说明的电气构件与其他智能电池设置在并联电路中时，必须设置单独的切换装置的必要性变得多余。因为切换装置本来就已经集成在智能电池的功能性中。相应地，可在使用这种智能电池的情况下以特别简单且经济的方式将本发明付诸实施，而同时智能电池能够实现特别灵活的单池配置。

在本发明的另一特别有利的设计方案中，测量组件具有可与并联电路耦联的耗电器和/或供能部件、例如充电器，其中，测量组件设计成使耗电器和/或供能部件在用于确定第一构件的第一复阻抗并且尤其还用于确定相应的设置在并联电路中的其他电气构件的复阻抗的测量周期期间至少与第一构件或附加地也与每个有关的其他电气构件断耦联。这具有的很大的优点是：负载如这种耗电器和/或供能部件也不会使测量结果失真。因此可有利地在没有负载影响的情况下测量有关的电池单池或一般地说有关的电气构件的阻抗。否则，负载、即耗电器和/或供能部件可能引起工作点的偏移，并且还对来自马达、变流器和其他构件的噪声影响负责，由此可使测量结果明显失真。该优点对于所有类型的线路连接而不仅仅对于并联的电池单池有重要意义。

上文提到的这种负载或这种耗电器例如可为用于机动车电机的功率电子设备，在该电机中应应用测量组件，和/或还为机动车的通常的高压车载电网的任何其他的耗电器、尤其是高压耗电器，例如电动空调压缩机、转换器装置等等。有利的是，至少将当前测量的电池单池在测量周期期间切换成无负载。在此，例如可仅仅使单个当前待测量的电池单池或也使单池组、即并联电路与负载脱开。与负载或耗电器的脱开至少在耗电器停用时、尤其在机动车停用时简单地通过合适的断路开关实现。作为示例，如果作为电气构件的有关的电池单池在运行期间要在没有负载影响的情况下进行测量，则有利的是，使待测量的电池单池与在并联复合结构中的其余单池以及与负载通过断开为其分配的、与有关的待测量的电池单池串联布置的开关来断耦联，而此时其余的电池单池可为激活的负载继续供能。替代地，还可探测通过有关的待测量的电气构件的负载电流，并且在求得或确定有关的构件的阻抗时考虑该负载电流。因为并联电路的其余构件在测量周期期间与待测量的电气构件断耦联，所以通过测量单元的电流传感器还可有利地仅仅探测通过有关的构件的电流。

此外，本发明还涉及一种用于机动车的高压电池，其具有根据本发明的测量组件或其设计方案之一。此外，本发明还涉及一种机动车，其具有根据本发明的高压电池或其设计方案之一。针对根据本发明的测量组件和其设计方案说明的优点同样适用于根据本发明的高压电池和根据本发明的机动车。

根据本发明的机动车优选地设计为汽车，尤其设计为乘用车或载重汽车，或者设计为乘用客车或摩托车。

此外，本发明还涉及一种用于借助于测量组件确定第一电气构件的第一复阻抗的方法，测量组件具有测量单元，测量单元与电气构件耦联并且尤其借助于交流阻抗谱测试确定电气构件的第一复阻抗。在此，至少一个第二电气构件与第一电气构件布置在并联电路中，其中，并联电路具有至少一个切换装置，借助于该切换装置可分开在第一电气构件与至少一个第二电气构件之间的电气连接，其中，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，借助于分配的切换装置至少使在第一电气构件和至少一个第二电气构件之间的电气连接暂时分开。

针对根据本发明的测量组件和其设计方案说明的优点在此同样以相同的方式适用于根据本发明的方法。

属于本发明的还有根据本发明的方法的改进方案，其具有如已经结合根据本发明的测量组件的改进方案说明过的特征。出于该原因，根据本发明的方法的相应的改进方案在此不再次说明。

本发明还包括所说明的实施方式的特征的组合。

附图说明

下面说明本发明的实施例。其中：

图1示出了根据本发明的一实施例的测量组件在一个测量周期期间的示意图，在该测量周期中对第一电池单池进行测量；

图2示出了图1的根据本发明的一实施例的测量组件在一个测量周期中的示意图，在该测量周期中对与第一电池单池并联的第二电池单池进行测量；

图3示出了根据本发明的一实施例的测量组件的示意图，该测量组件具有多个电池单池的并联电路和与并联电路耦联的负载；

图4示出了根据本发明的一实施例的奈奎斯特图，以用于说明所求得的第一电池单池的第一阻抗、所求得的第二电池单池的第二阻抗以及并联电路的总阻抗；

图5示出了根据本发明的另一实施例的测量组件的示意图；

图6示出了根据本发明的另一实施例的测量组件的示意图，该测量组件具有多个分配给相应电池单池的测量单元，用以确定相应的复阻抗；并且

图7示出了测量组件的示意图，测量组件具有测量单元，测量单元可借助于选择切换单元在时间上顺序地与相应的测量引出头耦联，测量引出头相应布置在电池单池与分配给电池单池的开关之间，以便因此在时间上顺序地确定相应电池单池的阻抗。

具体实施方式

下文阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。在这些实施例中，实施方式的所说明的部件分别为本发明的单个的可彼此独立看待的特征，这些特征也相应彼此独立地改进本发明。因此，本公开还应包括实施方式的特征的不同于所示组合的组合。此外，所说明的实施方式还可通过本发明的已经说明的特征中的其他特征来补充。

在附图中，相同的附图标记表示功能相同的元件。

图1示出了根据本发明的实施例的用于确定复阻抗的测量组件10的示意图。测量组件10具有多个电气构件的并联电路12，这些电气构件在该示例中实施为电池单池14。示例性地，在此仅仅示出了两个电池单池14，然而，并联电路12还可具有多于两个的彼此并联的电池单池14。此外，与并联电路12并联有测量单元16。在此，测量单元16构造为阻抗测量单元，并且相应地设计成执行电化学交流阻抗谱测试或阻抗确定。在这种电化学交流阻抗谱测试中，用激励信号对待测量的构件加载，并且测量对应的响应。在恒电流交流阻抗谱测试中，激励信号为电流信号，而在恒电位交流阻抗谱测试中，激励信号为电压信号。

在本示例中，测量单元16实施为恒电流测量单元16，并且相应地具有信号源16a，该信号源被设计成产生电流信号、尤其是交变电流信号以用于激励。为了测量电压响应，测量单元16还具有电压传感器16b。此外，测量单元16还可包括电流传感器16c，电流传感器仅仅是可选项，不一定必须要设置，尤其是如果由信号源16a生成的激励信号是已知的且不然没有负载电流流过并联电路12时，不设置电流传感器。否则，由信号源16a生成的激励信号可通过电流传感器16c来探测。

如果电池单池处于传统的并联电路中，则通常不能通过这种测量单元、如所说明的测量单元16来确定各个电池单池14的单阻抗。原因是，在单池并联时，电流分配到单池上，并且因此最终仅能测得系统的总阻抗、即多个单池的并联电路的总阻抗，而无法测量相应的电池单池的单个阻抗。

相比之下，本发明现在能够有利地确定并联电路12中的相应的各个电池单池14的单个阻抗，尤其是在该示例中仅仅通过例如在图1中示出的那样的唯一一个测量单元16来确定。为此目的，为相应的电池单池14分配呈开关18的形式的相应的切换单元，所述开关例如可构造为可电子控制的开关、例如MOSFET。在此，开关18与分配的电池单池14串联。因此，如果分配的电池单池14的开关18断开，则有关的电池单池14从并联电路12断开连接。这一点现在能以各种方式用于相应的电池单池14的阻抗确定，如现在借助图1并且稍后还将借助图5、图6和图7阐述的那样。

在图1中的示例中，分配给在右边示出的电池单池14的右开关18断开，并且分配给另一个电池单池14的另一个开关18闭合。如果现在通过测量单元16的激励源16a产生呈电流信号、尤其是交变电流、例如正弦交变电流的形式的激励信号，则激励电流仅仅流过左边的第一电池单池14，并且没有流过与并联电路12断耦联的另一个、即第二电池单池14。因此即已知：多大的电流流过第一电池单池14，并且可借助于电压传感器16b测量所属的电压响应。而如果激励信号未知，则电流激励可通过电流传感器16c来探测。于是，由流过电池单池14的激励电流以及相配属的、可借助于电压传感器16b探测的电压响应可有利地求得第一电池单池14的阻抗。在此，可针对仅仅一个激励频率或针对多个不同的激励频率同时或在时间上相继地确定电池单池14的阻抗。即，在应对第一电池单池14进行测量的第一测量周期期间，第二电池单池14通过断开为其分配的开关18而与并联电路12断耦联。如果接着要测量另一个电池单池14，即在右边示出的电池单池14，则使为其分配的开关18闭合，并且替代地使左边示出的第一电池单池14的左开关18断开并因此使第一电池单池14与并联电路12断开连接，如在图2中示意性地示出的那样。相应地，通过激励源16a产生的电流现在是流过第二电池单池14并且不再流过第一电池单池14的电流，并且通过电压传感器16b探测的电压也为第二电池单池14的电压响应。然后又可基于这些参量如已经说明的那样求得第二电池单池14的单个阻抗。

因此，通过有针对性地与电池单池14断开连接，可拆开并联复合结构。据此可进行每个单个单池14的测量。此外，单个电池单池14还可实施为所谓的智能电池，即，智能电池单池或智能单池单元20，如示例性地在图3中作为根据本发明的另一实施例的测量组件10的一部分示出的那样。在此，两个电池单池14又同样彼此处在并联电路12中，并且可如之前说明的测量单元16那样构造的测量单元16又与并联电路12并联。在该示例中，单个电池单池14是相应的智能电池单池单元20的一部分或智能电池20的一部分。这种单池单元20除了电池单池14之外还具有两个开关18、22。为了操控开关，智能电池20还可具有控制单元或控制电子设备，其在此没有明确示出。在此，第一开关18又与有关的电池单池14串联，并且第二开关22与由电池单池14和第一开关18构成的组件并联并因此可跨接电池单池14。即，第二开关22相应地为用于跨接有关的电池单池14的旁路电路的一部分。因此，为了相应地跨接电池单池14，使该旁路开关或第二开关22闭合，并且使第一开关18断开。然而，第二开关22在当前的情况下不太重要。电池单池或单池单元20的这样的构造方案具有很大的优点：该构造方案提供了在单池14在单池组中彼此的布置方面的大量的灵活的接线可能性。因为这种智能电池20本来就具有与电池单池14串联的第一开关18，所以现在单池单元20还可特别有利地用于相应的电池单池14的阻抗的单个测量。如已经参考图1和图2说明的，为了相应地测量第一电池单池14，同样可使所分配的、与第一电池单池串联的开关18闭合，并且使为第二电池单池14分配的并且与第二电池单池串联的开关18断开，并因此使第二电池单池14从并联电路12中断开连接。当要测量第二电池单池14时，情况倒过来。因此，在每个电池单池14有两个开关18、22的这种智能电池方案中，这种阻抗测量、尤其是单阻抗测量可通过分开电气连接或并联电路12容易地进行。

此外，在图3中示出的示例中，还有负载24与并联电路12并联。负载24也可由多个单个耗电器组成，例如高压车载电网耗电器如功率电子设备、电动空调压缩机、DC/DC转换器等等。如果这种负载24在用于测量一个特定的电池单池14的一个测量周期期间与该电池单池14耦联，并且相应的负载电流相应地流过这种电池单池14，则这可使测量结果失真。因此，优选的是，在没有负载影响的情况下测量有关的电池单池14。这可由下述方式实现，即，使这种负载(例如提到的耗电器中的一个或多个)至少与当前测量的电池单池14和/或也与整个并联电路12在有关的测量周期期间断开连接。

在图4中说明了阻抗测量的结果。在此，图4示出了奈奎斯特图，在该奈奎斯特图中，阻抗Z的实部Re以欧姆Ω为单位绘在横坐标上，并且阻抗Z的虚部-Im同样以欧姆Ω为单位绘制在纵坐标上。在此，Z1为测量第一电池单池14(如图1所示)的测量结果，曲线Z2为在图2中示出的测量第二电池单池14的测量结果，并且ZG为对并联电路12的总阻抗进行测量的测量结果，即，在两个所分配的开关18同时闭合时对两个彼此并联的电池单池14进行测量。如比较两条曲线Z1和Z2可看出的，右边的电池单池14、即分配给第二阻抗曲线Z2的第二电池单池14比左边的电池单池14、即第一电池单池14具有明显更高的欧姆电阻(该欧姆电阻又是所测量的阻抗的实部Re)，这例如可以是第二电池单池14明显老化的证据。

通过网络理论的数学方法，由第一阻抗曲线Z1和第二阻抗曲线Z2还可算出在各开关18闭合时的总阻抗，其中，总阻抗的该计算结果通过曲线ZB来表示。计算结果ZB显示出，总阻抗可由单个阻抗Z1、Z2合成，因为算出的值ZB几乎完全重合地复现了总阻抗的测量曲线ZG。换句话说，算出的总阻抗ZB与测得的总阻抗ZG非常好地吻合。然而，无法由通过曲线ZG表示的总阻抗反推算出通过两条曲线Z1和Z2表示的相应的电池单池14的单个阻抗值，因此所说明的切换方案为求得单个单池阻抗Z1、Z2的最佳可行方案。

如示例性地针对两个电池单池14说明的那样，单阻抗Z1、Z2的确定可完全类似地应用于任意数量的布置在并联电路12中的电池单池14，它们相应地全都彼此并联。

例如图5示出了与图1、图2和图3类似的切换和测量结构，其具有多于两个的电池单池14，尤其是示例性地具有三个电池单池14。因此，可如上文说明的那样确定相应的电池单池14的阻抗。在该变体中，仅可在负载24被切断或负载路径包含电气中断部时进行隔离的、对单个单池14的测量。如果在没有电气中断部的情况下在运行(负载/充电)中进行测量，要测量的单池14还必须在并联复合结构12中承担所有的能量和功率需求，并因此不处于静止中。在图5中示出的旁路开关22在测量期间不可使用，因为否则出现短路。

图6示出了根据本发明的另一实施例的用于确定复阻抗的测量组件10的示意图。测量组件10又具有多个电气构件的并联电路12，电气构件在该示例中又实施为电池单池14。示例性地，在此又示出了三个电池单池14，然而并联电路12也可具有更多个彼此并联的电池单池14。同样也为相应的电池单池14分配有呈开关18的形式的相应的切换单元，其例如可构造为可电子控制的开关，例如MOSFET。在此，开关18又与分配的电池单池14串联。不同于之前的示例，现在为电池单池14中的每个都分配有测量单元16，并且测量单元与分配的电池单池14并联。测量单元16可如图1的测量单元那样并且以上文说明的方式来构造，并且具有相应的部件，例如激励源16a、电流传感器16c和电压传感器16b。

为了确定所分配的电池单池14的复阻抗，相应的测量单元16现在与测量引出头26耦联或可与之耦联，测量引出头布置在所分配的电池单池14与分配给所分配的电池单池14的开关18之间。此外，测量组件10如此设计，即，为了确定分配的电池单池14的复阻抗，借助于分配的开关18使电池单池暂时与并联电路12断开连接，并因此与其他的电池单池14断耦联，从而现在可不受流过并联电路12的电流影响地测量断开连接的电池单池14。换句话说，能以这种方式有针对性地使待测量的电池单池16借助于分配的开关18在测量阶段期间与并联复合结构12的其余部分断耦联，并且此后再次接通。测量单元的第二测量引出头可位于所分配的电池单池的相对侧上，即，第一测量引出头26与电池单池14的单池正电位耦联，并且第二测量引出头与电池单池14的单池负电位耦联。

虽然在该变体中需要多个测量单元16，然而这样一来也有利的是，电池单池14中的多个或所有的电池单池可同时通过相应的为其分配的测量单元16来测量，并因此确定其阻抗。为此，待测量的电池单池14在测量阶段期间同样与负载24断耦联，并因此还可有利地在没有负载影响的情况下在运行中进行测量，因为此时其余的、当前没有进行测量的单池可承担驱动。

图7示出了根据本发明的另一实施例的用于确定复阻抗的测量组件10的示意图。测量组件10再次具有多个电气构件的并联电路12，电气构件在该示例中又实施为电池单池14。示例性地，在此又示出了三个电池单池14，然而并联电路12还可具有更多个彼此并联的电池单池14。同样为相应的电池单池14分配有呈开关18的形式的相应的切换单元，其例如可构造为可电子控制的开关，例如MOSFET。在此，开关18又与分配的电池单池14串联。

在该示例中再次设置仅仅一个测量单元16，其又可如上文说明的那样来构造并且可具有相应的部件，如激励源16a、电流传感器16c和电压传感器16b。不同于之前的示例，测量单元16可借助于选择切换单元28、例如多路复用器类型的选择切换单元在时间上顺序地与分配给相应的电池单池14的、又位于相应的电池单池14和为其分配的开关18之间的测量引出头26耦联，以便因此在时间上顺序地确定相应的电池单池14的阻抗。为了确定分配的电池单池14的复阻抗，测量单元16现在与测量引出头26耦联，该测量引出头布置在待测量的电池单池14与为待测量的电池单池14分配的开关之间。此外，测量组件10设计成，为了确定电池单池14的复阻抗，使电池单池又借助于分配的开关18暂时与并联电路12断开连接，并且因此与其他的电池单池14断耦联，从而现在又可不受流过并联电路12的电流影响地测量断开连接的电池单池14。换句话说，能以这种方式有针对性地使待测量的电池单池14借助于分配的开关18在测量阶段期间与并联复合结构12的其余部分断耦联，并且然后再次接通。

在该变体中，有利地再次需要仅仅一个测量单元16，而待测量的电池单池14在测量阶段期间同样与负载24断耦联，因为在有关的电池单池14的测量期间所分配的开关18被断开，从而电池单池14又可有利地在运行期间并且仍然在没有负载影响的情况下进行测量。

通过每个并联复合结构12接入在图5、图6和图7中用22表示的至少一个旁路开关得到另一有利的功能。通过在由串联的并联复合结构12组成的单池组中跨接一个由单池14组成的整个并联线路，可在电池系统的运行(负载/充电)期间单个测量该被跨接的并联复合结构12。通过该方法，正是在图6中示出的变体中，可同时测量并联的所有单池14。

总体而言，这些示例示出了如何通过本发明提供并联的电池单池的阻抗测量，该阻抗测量能够实现电池系统中的所有电池单池的高精度的状态确定，该状态确定在没有其他单池或负载的外部影响的情况下在运行中也可进行。

Claims (8)

1.一种用于确定第一电气构件的第一复阻抗的测量组件(10)，其中，测量组件(10)具有第一电气构件和与第一电气构件耦联的测量单元(16)，该测量单元被设计用于确定第一电气构件的第一复阻抗，

其中，所述测量组件(10)具有至少一个第二电气构件，该至少一个第二电气构件与第一电气构件布置成并联电路(12)，该并联电路与所述测量单元(16)并联，其中，所述并联电路(12)具有至少一个切换装置，借助于该至少一个切换装置能分开在第一电气构件与所述至少一个第二电气构件之间的电气连接，其中，所述测量组件(10)被设计用于：为了确定第一电气构件的第一复阻抗，借助于所分配的切换装置至少使在第一电气构件与所述至少一个第二电气构件之间的电气连接暂时分开，

其特征在于，

所述测量组件(10)具有多于两个的电气构件，所述多于两个的电气构件包括所述并联电路(12)中的第一电气构件和所述至少一个第二电气构件，其中，所述测量单元(16)被设计用于：单独确定各个电气构件的复阻抗，以及

所述至少一个切换装置被分配给第一电气构件并与第一电气构件串联，其中，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，所述测量单元(16)具有测量引出头，该测量引出头布置在第一电气构件与分配给第一电气构件的切换装置之间，其中，所述测量组件(10)被设计用于：为了确定第一电气构件的第一复阻抗，使第一电气构件借助于所分配的切换装置暂时与所述并联电路(12)断开连接。

2.根据权利要求1所述的测量组件(10)，其特征在于，所述至少一个切换装置是分配给所述至少一个第二电气构件中的相应第二电气构件的至少一个切换装置，借助于该至少一个切换装置能使所分配的至少一个第二电气构件与所述并联电路(12)断开连接，其中，所述测量组件(10)被设计用于：为了确定第一电气构件的第一复阻抗，使所述至少一个第二电气构件借助于所分配的切换装置暂时与所述并联电路(12)断开连接。

3.根据权利要求1或2所述的测量组件(10)，其特征在于，第一电气构件分配有切换装置，借助于该切换装置能使所分配的第一电气构件与所述并联电路(12)断开连接，其中，所述测量组件(10)被设计用于：确定所述至少一个第二电气构件的第二复阻抗，并且被设计用于：为了确定所述至少一个第二电气构件的第二复阻抗，使第一电气构件借助于所分配的切换装置暂时与所述并联电路(12)断开连接。

4.根据权利要求1或2所述的测量组件(10)，其特征在于，第一电气构件和所述至少一个第二电气构件分别构造为相应的单池单元(20)的一部分，其中，所述相应的单池单元(20)分别具有第一联接部、第二联接部、与所述测量单元(16)并联的电池单池、与电池单池串联的第一开关和用于跨接电池单池的第二开关(22)，该第二开关与电池单池和第一开关并联。

5.根据权利要求1或2所述的测量组件(10)，其特征在于，所述测量组件(10)具有能与所述并联电路(12)耦联的耗电器(24) 和/或供能部件，其中，所述测量组件(10)被设计用于：使所述耗电器(24)和/或所述供能部件在用于确定第一电气构件的第一复阻抗的测量周期期间至少与第一电气构件断耦联。

6.一种用于机动车的高压电池，其具有根据权利要求1至5中任一项所述的测量组件(10)。

7.一种机动车，其具有根据权利要求6所述的高压电池。

8.一种用于借助于测量组件(10)确定第一电气构件的第一复阻抗的方法，该测量组件具有测量单元(16)，该测量单元与第一电气构件耦联并确定第一电气构件的第一复阻抗，

其中，将至少一个第二电气构件与第一电气构件布置成并联电路(12)，该并联电路与所述测量单元(16)并联，其中，所述并联电路(12)具有至少一个切换装置，借助于该至少一个切换装置能分开在第一电气构件与所述至少一个第二电气构件之间的电气连接，其中，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，借助于所分配的切换装置至少将第一电气构件与所述至少一个第二电气构件之间的电气连接暂时分开，

其特征在于，

所述测量组件(10)具有多于两个的电气构件，所述多于两个的电气构件包括所述并联电路(12)中的第一电气构件和至少一个第二电气构件，其中，所述测量单元(16)被设计用于：单独确定各个电气构件的复阻抗，以及

所述至少一个切换装置被分配给第一电气构件并与第一电气构件串联，其中，为了确定第一电气构件的第一复阻抗，所述测量单元(16)具有测量引出头，该测量引出头布置在第一电气构件与分配给第一电气构件的切换装置之间，其中，所述测量组件(10)被设计用于：为了确定第一电气构件的第一复阻抗，使第一电气构件借助于所分配的切换装置暂时与所述并联电路(12)断开连接。

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