CN115210592A - 用于电化学阻抗谱的电荷转移的方法和设备 - Google Patents

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CN115210592A CN202180018017.8A CN202180018017A CN115210592A CN 115210592 A CN115210592 A CN 115210592A CN 202180018017 A CN202180018017 A CN 202180018017A CN 115210592 A CN115210592 A CN 115210592A
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Abstract

从现有技术中已知，具有多个电池单元的电池组经受平衡问题。主动平衡在相邻的电池单元或电池单元组之间或通过未涉及电池的总线。还已知的是将电荷转移用于电化学阻抗谱(EIS)。本发明的目的是提供一种系统和方法，通过该系统和方法能够尤其是在单个电池处以显著更低的设备成本在电池组处执行EIS测量，并且即使在具有高容量的电池组的情况下以及甚至低激励频率的情况下以尽可能少的能量损耗来实现。所述目的通过如下方式来实现，在确定至少一个电压值期间尤其是周期性地在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间来回转移电荷，其中所述第一数量的电池单元与所述第二数量的电池单元串联连接并且其中所述第一和第二数量分别至少为两个。

Description

用于电化学阻抗谱的电荷转移的方法和设备
背景技术
从现有技术已知使具有多个电池单元的电池单元组经受平衡，这里已知的是被动和主动平衡。主动平衡在相邻电池单元或电池单元组之间或通过未涉及电池单元的总线进行。然而，主动平衡与相对较大的设备成本相关，因为每个电池都必须具有适当的电路来用于电荷转移。
在US 2017 163,160 A1和US 1,0393,818 B2以及“具有嵌入式实时电化学阻抗谱的可扩展主动电池管理系统A Scalable Active Battery Management System withEmbedded Real-Time Electrochemical Impedance Spectroscopy)”，Din等，(DOI10.1109/TPEL.2016.2607519，IEEE Transactions on Power Electronics)，已知使用主动平衡装置在两个相邻电池之间转移电荷并将其用于电化学阻抗谱(EIS)。
从US 2015/0145520 A1已知，使用用于主动平衡的装置在电池与所有电池之间转移电荷并将其用于电化学阻抗谱(EIS)。
US 2019 0288520 A1公开了将电池分成两个或更多个模块并且使用这些模块中的一个作为电源来平衡或测试这些模块中的另一个。
为了产生激励，还已知从电池或电池组获取能量并将其临时存储在电池和电池外部的存储设备中，特别是存储电容器和/或存储电感器，然后以至少部分进入电池或电池组。这通常周期性地进行，以便在电池和/或电池中产生交流电。为此目的，提供存储器，该存储器的尺寸被设计成使得其可以至少存储最大激励信号的能量，可能减去或加上在电池和能量存储器之间的电荷转移期间出现的损失。这对于大电池组和低频率的激励信号尤其是有问题的。
发明内容
本发明的目的是提供一种系统和方法，通过该系统和方法，可以以显著更少的设备成本来进行EIS测量，特别是在单个电池上，这使得能量损失尽可能小，并且还可以在具有高容量的电池组中以及在低激励频率的情况下进行。
该目的通过如下所述的方法、用途和设备来实现：
根据本发明的方法尤其是用于确定第一组电池单元的至少一个、尤其是所有电池单元的至少一个阻抗值、尤其是多个阻抗值的方法。
该方法涉及第一组电池单元，其中第一组电池单元由第一数量的电池单元和第二数量的电池单元形成。
根据本发明，确定第一和/或第二数量的电池单元中的至少一个电压值，尤其是至少一个电压和/或电压变化。
根据本发明，第一数量的电池单元与第二数量的电池单元串联，其中第一数量和第二数量分别为至少两个，特别是至少六个，并且其中第一数量的电池单元具有至少两个，特别是至少六个串联连接的电池单元，并且其中第二数量的电池单元具有至少两个，特别是至少六个串联连接的电池单元，其特征在于，在确定至少一个电压值期间，特别是周期性地，电荷在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间来回转移。
该目的还通过在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间使用特别是周期性的电荷转移来实现，其中第一数量的电池单元和第二数量的电池单元形成第一组电池单元。电荷转移优选地在第一组电池单元特别是所有第一组电池单元的充电或放电期间进行。
根据本发明，第一数量的电池单元与第二数量的电池单元串联，第一数量和第二数量分别为至少两个，特别是至少六个，并且第一数量的电池单元具有至少两个、特别是至少六个串联连接的电池单元，并且其中第二数量的电池单元包括至少两个串联连接的电池单元。
根据本发明，确定第一数量的电池单元中的至少一个的至少一个电压值，尤其是至少一个电压和/或电压变化，和/或确定第二数量中的至少一个的至少一个电压值，尤其是至少一个电压和/或电压变化。
这样做特别是为了确定至少一个阻抗值，特别是第一组电池单元的至少一个，特别是所有电池单元的多个阻抗值。
该目的还通过一种设备来实现，该设备尤其用于执行至少一种阻抗测量，尤其是电化学阻抗谱，该装置尤其被设置为用于确定第一组电池单元中的至少一个电池单元的至少一个阻抗值，尤其是多个阻抗值。特别地，该装置适合和/或被设置为用于第一组电池单元的这种布置，其中第一组电池单元由第一数量的电池单元和第二数量的电池单元形成，第一数量的电池单元串联连接到第二数量的电池单元，并且其中第一数量和第二数量为至少两个，尤其是分别至少六个，并且其中第一数量的电池单元具有至少两个，特别是至少六个串联的电池单元，并且其中第二数量的电池单元至少具有两个，特别是至少六个串联的电池单元。
该设备还被设置为确定第一或第二数量的电池单元中的至少一个的至少一个电压值，特别是至少一个电压和/或电压变化，在确定至少一个电压值期间，该设备进一步被设置为用于特别是周期性地在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间来回转移电荷。
该目的还通过一种用于具有第一组电池单元的电池的充电装置来实现，该充电装置具有根据本发明的设备并且特别被设置为在对电池，尤其是所有第一组单元充电时确定至少一个阻抗值，和/或执行根据本发明的方法。
该目的还通过一种电池管理系统来实现，该电池管理系统特别被设置为用于放电，特别是使用放电的能量，和/或利用第一组可再充电电池单元对可再充电电池充电，其中可再充电电池控制器具有根据本发明的设备和/或根据本发明的充电装置，特别是被设置成在电池，特别是所有第一组电池的充电和/或放电期间通过电池管理系统确定至少一个电压值。
该目的还通过具有第一组电池单元的电池和至少一个根据本发明的电池管理系统和/或充电装置和/或根据本发明的设备来实现。
第一数量的电池组和第二数量的电池组是不相交的。
尤其是连续地确定至少一个电压值，从而将电压分布确定为至少一个电压值。这种电压分布是单独确定的，特别是对于多个电池单元来说。这尤其在没有电流的情况下通过四点测量和/或在相应电池的阳极和阴极处进行。除了或代替确定至少一个单个电池或单个电池的并联连接的至少一个电压值，还可以确定第一和/或第二数量的电池的总电压。
绝对电压和/或电压变化可以确定为电压值。特别地，至少间接地确定电荷转移期间的电压变化。
所述至少一个电压值特别是这样确定的，即为此使用的导体和/或特别是共同用于电荷转移和确定至少一个电压值的导体或导体段具有小于第一组电池单元阻抗的3％，特别是在作为激励信号的组成部分或电荷转移的一部分的每个频率，特别是每个频率下都是这样。然而，优选地，不将任何导体段共同用于确定至少一个电压值和用于电荷转移。然而，与之不矛盾的是使用公共导体来测量在与电池电连接的第一和第二电池的电压。例如，也可以为此使用电池的传感或平衡线路或端口。特别地，电池的正极和负极和/或第一和第二数量的电池的串联连接的起点和终点以及在其串联连接中作用在第一和第二数量的电池之间的附加导体用于电荷转移。
至少一个阻抗可以由电荷转移的至少一个电压值和至少一个电流确定。特别是确定阻抗谱，为此，特别地，多个频率分量被用于电荷转移，并且为所考虑的每个电池单元确定多个电压值。代替或除了确定单个电池阻抗或阻抗谱之外，还可以确定第一和/或第二数量的阻抗或阻抗谱。
本发明使得可以通过电荷转移来激励电池，特别是不必在第一组电池单元之外临时存储能量。这简化了结构并减少了能量损失。此外，第一组电池单元的总电压以及因此特别是电池的总电压可以在电荷转移期间保持恒定，因为例如第一数量的电池的放电通过第二数量的电池的同时充电来补偿。
因此，该装置、电池管理系统、充电装置和/或电池不具有与每个电池并联连接的开关元件，例如晶体管或MOSFET，开关元件仅与电池并联连接，只要这些开关元件中的每一个与至少两个串联连接的单元并联连接和/或与单元并联连接的开关元件的开关元件数量最多为第一和第二数量之和的一半。开关元件的数量特别是通过计数与单元并联连接的所有开关元件和/或通过计数与电池并联连接的如下所有开关元件来确定，使得所有并联连接的开关元件被计数为一个开关元件。特别地，开关元件的数量是两个。
特别地，该装置、电池管理系统、充电装置和/或电池不具有与第一和第二数量的电池串并联连接的开关元件和/或没有与第一和第二数量的电池的电池串并联连接的变压器线圈和/或没有与第一和第二数量的电池串并联连接的电感和/或没有与第一和第二数量的电池串并联连接的电容器。
该方法和/或用途也特别是在不使用与每个电池并联的开关元件、例如晶体管或MOSFET的情况下进行。关于与电池并联的开关元件，该方法和/或使用尤其仅使用如下开关元件进行，每个开关元件与至少两个串联的电池并联和/或仅使用开关元件编号与电池并联的开关元件的数量，最多为第一和第二数量之和的一半。
该方法和/或使用尤其是在不使用与第一和第二数量的电池串并联的开关元件和/或不使用与第一和第二数量的电池串并联的变压器线圈的情况下进行的，和/或与第一和第二数量的电池传并联连接的电感和/或与第一和第二数量的电池串的电容器的并联串联的电容器。
可以如在已知的EIS方法中那样选择电荷转移，与现有技术相比，能够毫无问题地实现更大的电流和更低的频率，并且这在设备方面的费用很小。原则上，DC/DC转换器足以在第一数量和第二数量之间转移电荷。至少不是每个电池对都必须配备电压转换器。有利地进行电荷转移，使得转移电荷的转移电流和/或通过第一数量的电池单元的电流和/或通过第二数量的电池单元的电流具有多个频率和/或具有相位的多个不同频率，尤其是正弦信号分量。
如果该方法在达到周期性之前终止或改变，例如在半个周期之后被中断或改变，则周期性电荷转移不必在所使用的每个频率下都是周期性的。例如，对于低频的短程序，只执行一个半波。然而，电荷转移优选地在所有频率分量中是周期性的。
电荷转移特别优选通过同步整流实现和/或该设备具有至少一个同步整流器。
特别地，电压转换器的开关，特别是一个或高侧开关的占空比至少主要在d1,min和d1,max之间选择，其中：
Figure BDA0003824384300000061
Figure BDA0003824384300000062
VBat+是第一数量的电池单元的总电压，VBat-是第二数量的电池单元的总电压，并且d1,min和d1,max是电压转换器的第一开关S1的占空比的限制(例如，高-侧晶体管)或相应的PWM信号(PWM1)来控制开关。电压转换器的第二个开关(例如低侧晶体管的)被特别地切换以补充第一个(具有两个开关都关断的短死区时间，以防止通过半桥短路)。
因此尤其适用的是
d1+d2+Totzeit1/TPWM+Totzeit2/TPWM＝1
第二开关元件的占空比为d2，第一开关元件的占空比为d1，PWM信号的周期为TPWM。特别是，死区时间1和死区时间2合计不到开关周期的10％。
特别地，滤波电容器和/或滤波电感器用于消除由电压转换器中的开关过程引起的伪影。滤波电容器和/或滤波电感器的选择应使电荷转移电流的最大幅度处的电流纹波，特别是所述设备设计的最大电荷转移电流的情况下不超过第一组电池单元最大电流的30％、尤其是20％，尤其是电压波纹的20％，尤其是10％。
具体地，所述至少一个电压值是电荷转移带来的电压变化。特别是测量通过第一数量的电池单元的电流、特别是引起电荷转移的电流和/或通过第二数量的电池单元的电流。特别地，至少一个电压值和/或至少一个特定电流用于确定至少一个阻抗值。特别是当电流已知和/或恒定时，没有必要确定阻抗；考虑转换到频率范围内的一系列电压值可能就足够了，特别是形成一个复杂的电压指标，因为这则直接与阻抗相关联并表示阻抗值。
特别优选地，第一数量的电池单元尤其是直接连续串联连接，和/或第二数量的电池单元，特别是直接连续串联连接，和/或第一数量的电池单元特别是直接连续与第二数量的电池单元串联连接，和/或第一组电池单元串联连接。然而，例如也可以想到，第一组和/或第二组分别形成混合的串联和并联连接。因此，可以将多组彼此并联的电池进行串联连接。通常，此时不会确定单个电池的阻抗，而是确定并联成组的电池的阻抗。
第一组电池的电池单元优选地是单个电池，其中该电池特别地没有另外的电池单元。
特别地，第一数量是第二数量的50％至150％，尤其是80％-120％，尤其是与之相等，和/或第一数量的电池单元的总电容、尤其是实际总电容或额定总电容在第二数量的电池单元的总电容、尤其是实际总电容或额定总电容的80％至120％的范围内。因此，该方法可以以特别节能的方式进行。
第一和/或第二数量特别优选在4或更大的范围内，特别是至多50，特别是在4至30的范围内，和/或第一和/或其他组各自在8到100，特别是在10到60的范围内。
特别地，第一数量的电池单元和第二数量的电池单元是不相交的和/或第一组电池单元和其它组的每一个电池单元是不相交的。
特别优选地，第一组或第一组和所述至少一个其它组包括电池的所有电池单元。
电池单元有利地是锂离子电池单元，例如锂-二氧化钴电池单元、锂-镍-锰-钴电池单元、锂-镍-钴-铝电池单元、锂-锰电池单元、磷酸铁锂-电池单元和/或钛酸锂电池单元，特别是锂聚合物电池单元。
电荷转移优选地特别是交替地通过以下方式来执行
-对第一数量的电池单元进行部分放电，并对第二数量的电池单元进行充电，以及
-对第二数量的电池单元进行部分放电，并对第一数量的电池单元进行充电。
在特定设计方案中，特别是当连接到电网或具有不需要的电力的电源时，放电的电力用于充电，并且特别优选地，通过引入外部能量，特别是来自电网或不需要的电源的外部能量来补偿电荷转移的电力损失。
特别地，充电和放电通过至少一个DC/DC转换器，尤其是电流耦合或电流隔离的DC/DC转换器来执行。然而，优选电耦合转换器。
特别地，特别是周期性地，特别地以至少一种频率，特别地在0.1和10kHz之间的范围内和/或以至少一种1kHz或更低的频率来实现和反转电荷转移。
特别地，低于1kHz的电荷转移的频率分量具有至少0.1A的总电荷转移电流，特别是第一组电池单元的额定总电压为12V以及更低和/或第一组少于20个电池单元。
在这种情况下，总电荷转移电流尤其是分别施加在第一数量和/或第二数量的电池上的电流。这尤其是最大值和/或峰峰值和/或有效值，尤其是与所包含的最低频率的周期持续时间有关。
特别地，电荷转移仅在第一数量的所有单元和第二数量的所有单元之间进行。电荷转移然后发生，例如，不是在第一数量的所有单元内，也不是在第二数量的所有单元内。例如，电荷转移也不会发生在单个单元与第一和/或第二数量的所有单元之间。这提高了效率。
特别优选地，低于1kHz的电荷转移的频率分量具有至少1A，优选至少2A，特别优选至少3A的总电荷转移电流，特别是第一组电池单元的额定总电压高于12V和/或第一组电池单元多余20个电池单元的情况下。
特别地，电荷转移和反向电荷转移以这样一种方式进行，即在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间平均在所包含的最低频率周期的倍数内，净电荷转移小于第一组标称容量第一组的标称容量的1％。
在一个特殊的实施例中，电荷转移和反向电荷转移可以以在第一数量和第二数量的电池单元之间实现平衡的方式进行，特别是通过在电荷转移信号上施加直流电。
特别地，电荷转移和反向电荷转移以第一组、组和/或电池的总电压波动小于2％的方式进行，其中第一组电池单元的至少一个的电压波动的幅度至少为1mV。
有利地，测量第一数量和/或第二数量的多个电池单元、尤其是每个电池单元的至少一个电压值和/或至少分别测量第一数量的电池单元和/或第二数量的电池单元的总电压值。因此，可以用一个激励信号做出关于多个细胞的陈述。
至少一个电压值或至少一个电压值中的每个电压值具体是一组连续的电压值和/或电压曲线，具体地，单个电压测量之间的间隔小于100ms。
电压值，尤其是在相同测量点和/或电池单元处的一组连续电压值优选地经过傅里叶变换，特别是以确定至少一个阻抗。
在一个可能的实施例中，该方法可以用至少一个其他电池组电池执行，特别是与第一组一样，尤其是同时执行，其中第一组和其他组电池单元的所有电池单元都串联连接，特别是直接依次或串联连接。
第一组电池单元和/或第一组电池单元和至少一个另外的组有利地布置在共同的外壳中。该外壳有利地尤其仅包括具有它们的外壳的电池单元和可选地根据本发明的设备，例如根据本发明的电池管理系统和/或不包括其他有源部件。
电压测量和/或电荷转移有利地通过电池的至少一个平衡连接部和/或至少一个感测线进行。在这种情况下，应特别注意，有利地共同用于电压测量和电荷转移的导体部分满足所述要求，尤其是应予完全避免。
该方法有利地以这样的方式运行，即，以时间平均的方式特别是在所包含的最小频率的周期的整数倍的周期内考虑，净电荷转移，特别是在第一和第二数量之间，小于小于电池标称容量的1％，尤其是每小时，尤其是在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间不发生净电荷转移。
该方法的一个特别的优点是，在电池、尤其是其所有电池单元的充电或放电期间，为了使用能量可以进行电荷转移和/或确定所述至少一个电压值，尤其是在没有较大弊端的情况下进行。
这使得本发明能够在第一组和/或其他组电池单元的正常和特别是不间断使用期间，特别是连续使用。此外，由于连续测量时的功率损耗可以小于每小时标称能量的1％，控制电荷转移和电压测量和评估所需的电功率也可以保持在30W以下，因此可以自给自足。并且可以在使用过程中进行连续监控。
电荷转移电流和/或激励信号特别有利地具有带有不同相位和/或不同频率的分量。有利地，特别是由电荷转移和/或周期性地和/或由方法引起，在第一组和/或第一组和其他组电池和/或电池外部的能量存储器中，在特别是在电容器中，储存的能量低于
Figure BDA0003824384300000111
其中
Figure BDA0003824384300000112
是激励信号或电荷转移电流的最大幅度(以安培为单位)，ULeerlauf是第一组电池单元的总标称或开路电压(以伏特为单位)，以及
Figure BDA0003824384300000113
是第一组和/或第一组及其它组电池单元的单个电压相应的总和的最大幅度(以伏特为单位)。
根据本发明，能量尤其仅由滤波和/或电压转换器临时存储，这尤其是发生在电压转换器的开关元件切换之间的持续时间的时间范围和/或最大时间段中，和/或发生在比尤其是第一和第二数量的电池的电荷转移电流的尤其是所有频率分量的周期显著更短的时间段内，尤其是在第一和第二数量的电池单元之间的和/或激励信号的电荷转移电流的最低频率的最大1/10、尤其是最大1/50的时间段内。为此目的，滤波电容器和/或滤波器有利地被充电至平均电压，尤其是第一组和/或第一和/或第二数量的电池单元的总电压，尤其是平均总电压。尤其是，至少一个滤波电容器和/或滤波器在较长的时间段内，尤其是在方法的整个持续时间内存储恒定的基本能量，这尤其是基于其被充电尤其是第一组和/或第一和/或第二数量的电池的平均总电压。对中间存储的持续时间的考虑则仅涉及与该基本能量的差异。
特别地，该设备具有和/或该方法使用尤其是为了第一和第二数量的电池单元之间进行电荷转移而针对每个第一或第一及其它组尤其是绝对地最大一组并联电压转换器，电压转换器的数量尤其是小于电池单元的数量，尤其是第一组、尤其是第一数量减一，尤其是减二，尤其是减十。
特别地，该设备和/或方法不使用任何串联连接的电压转换器，特别是用于第一和第二数量的电池之间的电荷转移。
特别地，该设备不具有和/或该方法不串联连接的电压转换器，进行电荷转移，特别是在第一和第二数量的电池之间，使得电荷转移电流流过一个以上的电压转换器。
具体而言，激励信号或电荷转移电流的功率一般可以表示如下：
Figure BDA0003824384300000121
其中∑ak＝1。
选择rscale以满足激励信号或电荷转移电流的峰值的以下条件是有利的：
-选择电流激励或电荷转移电流的峰值ipeak，以使电池单元的最大电压响应幅度具有至多20mV的值和/或
-激励信号或电荷转移电流的有效功率大于
Figure BDA0003824384300000122
该设备、充电装置和/或电池管理系统特别有利地具有控制装置，该控制装置被设置为用于使用该设备、充电装置和/或电池管理系统执行根据本发明的方法。
特别有利的是，该设备被设计成其不具有任何用于临时储存能量的能量存储器，尤其是电容器和线圈，尤其是来自测量的能量，其总能量储存容量超过
Figure BDA0003824384300000123
其中umax是设备被设置的第一组电池单元的最大电池电压或最大总电压，imax是设备被设置的最大电荷转移电流强度，fmin是设备被设置的最小电荷转移频率或电荷转移电流中的最小频率分量。
充电装置特别有利地具有平衡器和平衡器端口，用于连接到电池的平衡连接或感测线，并且特别被设置为使用至少一个平衡端口、平衡连接或至少一个感测线来确定至少一个电压。
电池管理系统有利地被设置为特别用于放电，特别是用于使用放电的能量，和/或第一组可再充电电池单元对可再充电电池充电利用第一组可再充电电池单元对电池充电，其中电池管理系统具有根据本发明的设备并且尤其被设置为在电池的充电和放电期间借助于电池管理系统来确定至少一个电压值。
特别地，该方法使用根据本发明的设备、电池、充电装置和/或电池管理系统来执行。
附图说明
其它优点和可能的设计方案旨在纯粹通过示例在以下纯示意图中给出。其中：
图1示出现有技术的EIS装置示意图
图2示出本发明的电荷转移产生电路的简化示意图
图3示出电池上不同电压的示意图
图4示出根据本发明的方法中的两条电压曲线的理想化电压曲线
图5示出具有第一组和第二组的装置
图6示出具有电隔离电压转换器的装置
图7示出根据本发明的具有电池的设备的更详细的图示
图8示出了图7中整流器的两个开关的控制器的图示
图9示出具有用于生成相移电流分量的公共滤波器的多个电压转换器的图示
图10示出多个电压转换器的示意图，每个电压转换器都有一个用于生成相移电流分量的专用滤波器
具体实施方式
图1示出了串联连接的第一组电池单元的布置。通向电压测量单元的感测线布置在每个电池单元之间以及串联电路的开始和结束处。在串联电路的末端和开始处，通过一个可选的滤波器，有一个用于产生电荷转移的单元，这里是从电池的整个布置到存储电容器并返回。此外，用于控制电荷转移的单元被布置在上部区域中。
回到对现有技术的介绍性描述，这里应该注意，现有技术还公开了每对电池使用至少一个电压转换器以在相邻电池之间转移电荷并且没有存储电容器的布置。
图2示出了具有第一数量的电池单元和第二数量的电池单元的电池的装置，所有这些电池都串联连接。用于电荷转移的线路布置在第一和第二数量之间，这通过布置在电池的正极和负极处的两条线路的电压转换器来进行。为清楚起见，此处未显示电压测量值。另一方面，作为示例，示出了用于测量电荷转移电流的三个可能的位置。原则上，通过将第一组电池单元对称划分为第一和第二数量足以测量Im。然而，iBat+和/或iBat-也可以交替和/或一起确定。
图3阐明隐藏在图2中的电压测量。电池有多个用于电压测量的连接部(在图片右侧)和三个用于电荷转移的连接部(在图片左侧)。示出了第一数量VP1至VPn和第二数量VN1至VNn的各个电池单元的各个单元电压。因此，该电池适用于对每个电池单元处进行四点测量，因为电荷转移是通过左侧的连接部实现的，而电压测量是通过右侧的连接部进行的。也可以测量第一数量的电池单元VBat+和第二数量的电池单元VBat-的总电压。
图4示出了由于省略了电压转换器的开关伪影而产生的电压。VBat是电池的总电压。可以看出，此处仅显示了单个正弦分量的VBat-并呈正弦波动，但VBat几乎保持恒定。
图5显示了一种装置，第一组位于顶部三个水平线之间，第二组位于底部三个水平线之间。每个组分配一个电压转换器。电池中的点旨在表示这里还有几个电池(未显示)串联排列。左边下面的点应该表示可以跟随更多的组，因此最低的累加器单元始终属于最低的组。
图6示出了与图2相同的装置，但是具有电隔离。
图7示出了根据本发明的装置的更详细的图示，该装置基于图1中现有技术的装置。可以看到具有两个开关S1和S2以及电容和电感的电压转换器。其借助于可选的、即能够想到的滤波器连接到电池的三个连接部，也就是说连接在正极、负极和串联的电池之间。开关S1和S2借助于PWM通过开关信号PWM1和PWM2来操控，其在控制和计算单元中产生。在右侧示意性示出用于测量电池单元的所有单个电压的单个电压测量单元。
图8示出图7中的开关信号PWM1和PWM2。可以看到占空比d1*Tpwm和d2*Tpwm以及开关S1和S2的与位置占空比之间的死区时间一样的占空比d1和d2。
图9示出多个并联连接的电压转换器，其使用公共滤波器，通过该滤波器连接到电池单元。这种布置例如可以代替图7中的单个电压转换器和滤波器。尤其是，各个电压转换器的开关被控制为使得其产生相同的电流曲线，但是以相移的方式，特别是近似地(偏差特别是由相应控制器的非同步控制导致)。附加地或替代地，也可以使用电压转换器的并联连接，每个电压转换器具有自己的滤波器。这如图10所示。附加地或替代地，电压转换器也可以并联连接，每个电压转换器产生不同的电流曲线，尤其是不同的频率分量。单个电压转换器也可以用于生成不同的信号分量，例如相移和/或具有不同频率的信号分量，只要其能够足够快地切换。

Claims (15)

1.一种用于确定第一组电池单元中的至少一个电池单元的至少一个阻抗值，特别是多个阻抗值的方法，其中所述第一数量和/或第二数量的电池单元中的至少一个的至少一个电压值，特别是至少一个电压和/或电压变化也被确定，其中所述第一组电池单元由第一数量的电池单元和第二数量的电池单元形成，其中所述第一数量的电池单元与所述第二数量的电池单元串联连接，并且其中所述第一数量和第二数量分别为至少两个，并且其中所述第一数量的电池单元具有至少两个串联的电池单元，并且其中所述第二数量的电池单元具有至少两个串联的电池单元，其特征在于，在确定所述至少一个电压值期间，特别是周期性地在所述第一数量的电池单元和所述第二数量的电池单元之间来回转移电荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一数量的电池单元特别是直接依次串联连接，和/或其中所述第二数量的电池单元特别是直接依次串联连接，和/或其中所述第一数量的电池单元特别是直接依次与所述第二数量的电池单元串联连接和/或其中所述第一组电池单元串联连接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述充电和放电通过至少一个DC/DC转换器特别是以电流耦合或电流隔离的方式进行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一组电池单元是单个电池的电池单元，并且其中所述电池特别是不具有其他电池单元。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电荷转移特别是周期性地，特别是以至少一种频率，特别地在0.1和10kHz之间的范围内和/或以至少一个1kHz或更低的频率进行和反转，其中低于1kHz的频率分量具有至少0.1A的总电荷转移电流，特别是在第一组电池单元的额定总电压为12V及以下和/或第一组少于20个电池单元的情况下，和/或特别是在第一组电池单元的额定总电压大于12V和/或第一组大于20个电池单元的情况下，至少为1A，优选地至少2A，特别优选地至少3A。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电荷转移和所反转的电荷转移被执行为使得在时间平均上在所包含的最小频率的周期的倍数之内在所述第一组电池单元和第二组电池单元之间没有净电荷转移。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电荷转移以如下方式进行：使得所述第一组、所述组和/或所述电池的总电压，特别是在考虑所述激励信号或电荷转移电流的最长周期的一倍至十倍的时间范围内和/或在排除所述电荷转移的损耗功率的情况下，波动小于2％，其中所述第一组电池单元中的至少一个的电压波动的幅度至少为1mV，和/或其中为了利用所述电池、特别是所述电池的所有电池单元的能量，所述电荷转移以及所反转的电荷转移和/或所述确定至少一个电压值在充电或放电期间进行。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中特别是由所述电荷转移和/或周期性地和/或通过所述方法引起的，在所述电池和/或所述第一组和/或所述第一组及其它组的电池单元之外、特别是在电容器中存储的能量保持低于
Figure FDA0003824384290000021
其中
Figure FDA0003824384290000022
是所述激励信号或所述电荷转移电流的最大幅度，ULeerlauf是所述第一组电池单元的额定总电压或空载总电压，并且
Figure FDA0003824384290000023
是所述第一组电池单元的单个电压响应的总和的最大幅度。
9.一种用于执行至少一个阻抗测量，特别是电化学阻抗谱的设备，被设置为确定第一组电池单元中的至少一个电池单元的至少一个阻抗值，特别是多个阻抗值，其中所述第一组电池单元由第一数量的电池单元和第二数量的电池单元构成，其中所述设备被设置为确定所述第一数量和/或第二数量的电池单元中的至少一个的至少一个电压值、特别是至少一个电压和/或电压变化，其中所述第一数量的电池单元与所述第二数量的电池单元串联连接，并且其中所述第一和第二数量为至少两个并且其中所述第一数量的电池单元具有至少两个串联连接的电池单元并且其中所述第二数量的电池单元具有至少两个串联的电池单元，其特征在于，所述设备被设置为在确定所述至少一个电压值期间特别是周期性地在所述第一数量的电池单元和所述第二数量的电池单元之间来回转移电荷。
10.根据权利要求9所述的设备，包括控制装置，被设置为用于执行通过所述设备执行根据权利要求1至9之一所述的方法。
11.根据权利要求9至10之一所述的设备，其中所述设备被设置为特别是基于所述第一组和/或第一数量和/或第二数量的电池单元的总电压，特别是用于滤波的能量，
最大为所述电荷转移和/或激励信号的所述设备所设置的最低频率的周期的1/10时，和/或
最大为设置在所述设备中的用于所述电荷转移的开关元件的最大关闭时间的十倍时，
临时存储在所述设备中和/或在第一组电池单元和/或所述电压转换器的电池之外，和/或
其中所述设备特别是除了测量之外特别是为了临时存储能量而仅仅具有能量存储器、特别是电容器和线圈，其能够存储的能量不大于
Figure FDA0003824384290000031
其中umax是所述设备被设置的所述第一组电池单元的最大电池电压或最大总电压，并且imax是所述设备被设置的最大电荷转移强度并且fmin是所述设备被设置的所述电荷转移电流中的最小电荷转移频率或最小频率分量。
12.一种用于具有第一组电池单元的电池的充电装置，其中所述充电装置具有根据权利要求9至11之一所述的设备并且被设置为用于特别是在对所述电池进行充电时确定所述至少一个阻抗值。
13.一种电池管理系统，特别是被设置为用于放电，特别是用于使用放电的能量，和/或对具有第一组电池单元的电池充电，其中所述电池管理系统具有根据权利要求9至1中任一项所述的设备，并且特别是被设置为用于在所述电池的充电和/或放电期间通过所述电池控制器确定所述至少一个电压值。
14.一种具有第一组电池单元和根据权利要求13所述的电池管理系统的电池。
15.一种在第一数量的电池单元和第二数量的电池单元之间特别是周期性电荷转移的应用，其中所述第一数量的电池单元和所述第二数量的电池单元构成第一组电池单元，其中特别是在特别是所有第一组电池单元的充电或放电期间进行电荷转移，其中所述第一数量的电池单元与所述第二数量的电池单元串联连接，和/或其中所述第一数量和第二数量分别为至少两个，并且其中所述第一数量的电池单元具有至少两个串联连接的电池单元并且其中所述第二数量的电池单元具有至少两个串联连接的电池单元，
其中确定所述第一和/或第二数量的电池单元中的至少一个的至少一个电压值、特别是至少一个电压和/或电压变化，
确定所述第一组电池单元中的至少一个电池单元的至少一个阻抗值、特别是多个阻抗值。
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