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Die
Erfindung geht aus von einer Batteriesensorvorrichtung mit zumindest
einer Temperaturerfassungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Es
ist eine Batterieeinheit mit einer Batteriesensorvorrichtung bekannt,
die eine Temperaturerfassungseinheit umfasst. Zur Erfassung einer
Temperaturkenngröße weist
die Temperaturerfassungseinheit ein Sensormittel auf. Bei einem
Lade- oder Entladeprozess der Batterieeinheit wird diese Temperaturkenngröße an einer
einzelnen Erfassungsstelle erfasst und zur Ausgabe einer Temperaturinformation
oder zu einer Kontrolle des Lade- oder Entladeprozesses weiterverarbeitet.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Batteriesensorvorrichtung mit zumindest
einer Temperaturerfassungseinheit.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Temperaturerfassungseinheit zumindest
zwei Sensormittel aufweist und zur Erfassung zumindest einer Temperaturkenngröße dient.
Unter einer „Temperaturkenngröße" sollen in diesem
Zusammenhang sämtliche, dem
Fachmann als geeignet erscheinende physikalische Kenngrößen verstanden
werden, jedoch insbesondere elektrische Kenngrößen, wie eine Spannung, ein
Strom und/oder ein Widerstand, die zur Bestimmung einer Temperatur
dienen können.
Durch eine entsprechende erfindungsgemäße Ausgestaltung kann einfach
eine Information über
eine Temperaturverteilung bzw. über
Temperaturdifferenzen erworben werden. Dabei können kostengünstige bestehende
Sensormittel, insbesondere temperaturabhängige elektrische Widerstände, wie
PT100, Heißleiter
(NTC) und/oder Kaltleiter (PTC), genutzt werden. Die Sensormittel
können
dabei an verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden
Positionen positioniert sein, wie insbesondere auf einzelnen Batteriezellen,
zwischen zwei Batteriezellen, im Aufnahmebereich von Batterieeinheiten
usw. Unter einer „Batterie" soll in diesem Zusammenhang
sowohl eine nicht wiederladbare als insbesondere auch eine wiederladbare
Energiespeichereinheit verstanden werden. Ferner kann durch den
Einsatz von mehreren Sensormitteln eine hohe Präzision bei der Bestimmung einer
Temperaturkenngröße erreicht werden
und es kann dadurch eine Temperatur präzis auf vorgegebene Temperaturschwellen
geregelt werden.
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Vorzugsweise
dient die Temperaturerfassungseinheit zur Bestimmung einer Mitteltemperaturkenngröße, die
bezüglich
zumindest zwei Sensormittel zumindest im Wesentlichen einen Mittelwert
darstellt. Mit einer Mitteltemperaturkenngröße kann einfach eine bezüglich einer
Temperaturdifferenz aussa gekräftige
Kenngröße erreicht
werden, die zudem vorteilhaft weiterverarbeitet werden kann. Bei
der Bestimmung der Mitteltemperaturkenngröße können Toleranzen der Sensormittel
gemittelt und dadurch kann ein durch Toleranzen bedingter Fehler
zumindest reduziert werden. Des Weiteren kann die Übermittlung
einzelner bezüglich
der Sensormittel erfassten Temperaturkenngrößen zu einer weiteren Einheit, die
zu einer Ermittlung der Mitteltemperaturkenngröße dient, vermieden werden.
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Mittels
der Sensormittel können
mehrere Temperaturkenngrößen an mehreren
Erfassungsstellen erfasst werden. Mittels dieser Temperaturkenngrößen können zumindest
eine Temperaturdifferenz, z.B. eine Differenz zwischen Temperaturen
an zwei Temperaturerfassungspunkten, an denen die Sensormittel angeordnet
sind, die Mitteltemperaturkenngröße und/oder
eine maximale und/oder minimale Temperatur bestimmt werden. Besonders
vorteilhaft dient jedoch die Temperaturerfassungseinheit zur Erfassung
der Mitteltemperaturkenngröße. Dadurch
kann der Einsatz einer zusätzlichen
Einheit zur Ermittlung, insbesondere zur Berechnung, der Mitteltemperaturkenngröße vermieden
werden, und es kann eine Rechenzeit eingespart werden. Ferner kann
eine besonders einfache Übermittlung
der Mitteltemperaturkenngröße, insbesondere
in analoger Weise, z.B. mittels eines einzelnen elektrischen Kontakts,
erreicht werden.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass zumindest eines der Sensormittel zumindest von
einem Widerstandstemperaturaufnehmer gebildet ist. Dadurch kann
eine besonders einfache, platzsparende und kostengünstige Ausgestaltung
des Sensormittels erreicht werden.
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Vorteilhaft
umfasst die Temperaturerfassungseinheit zumindest einen Verbund
parallel und/oder in Reihe geschalteter Widerstandstemperaturaufnehmer.
Dadurch kann eine einzelne Versorgungseinheit für den gesamten Verbund eingesetzt werden,
die den Verbund z.B. mit elektrischem Strom versorgen kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Widerstandstemperaturaufnehmer in einem
Verbund zumindest im Wesentlichen die gleichen elektrischen Widerstände bei
einer vorgegebenen Referenztemperatur aufweisen. Unter „zumindest
im Wesentlichen gleiche elektrische Widerstände" soll insbesondere verstanden werden,
dass die Widerstände
bis zu 10% von einem maximalen Widerstandswert voneinander abweichen
können.
Dadurch kann eine einfache Nachrüstung
einer bestehenden Temperaturerfassungseinheit erzielt werden, wobei
beispielsweise ein von einem Widerstand R gebildeter Widerstandstemperaturaufnehmer
durch einen Verbund von Widerstandstemperaturaufnehmern mit n in
Reihe geschalteten Widerständen
R/n oder durch einen Verbund mit n parallel geschalteten Widerständen n·R ersetzt
werden kann. Es können
bestehende Versorgungseinheiten weiter genutzt werden.
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Vorzugsweise
weist die Batteriesensorvorrichtung zumindest eine Signalverarbeitungseinheit auf,
die zur Verarbeitung zumindest einer Temperaturkenngröße der Temperaturerfassungseinheit
vorgesehen ist. Es kann eine erfasste Temperaturkenngröße innerhalb
der Batteriesensorvorrichtung verarbeitet werden, ohne dass diese
Temperaturkenngröße zu einer
außerhalb
der Batteriesensorvorrichtung angeordneten Verarbeitungseinheit übertragen
werden muss. Die Signalverarbeitungseinheit kann z.B. von einem
Analog-Digital-Umsetzer gebildet sein, der die Temperaturkenngrößen in digitale
Daten umwandeln und in einen Datenbus zur Ausgabe einer Temperaturinformation
oder zu einer Weiterverarbeitung einspeisen kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung kann
bei sämtlichen,
dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Vorrichtungen eingesetzt
werden, jedoch besonders vorteilhaft bei Hybridantriebseinheiten
für Hybridkraftfahrzeuge,
die häufig
aufgrund ihrer hohen Energieanforderungen Batterievorrichtungen
mit einer hohen Packungsdichte und/oder besonders vorteilhaft bei
Handwerkzeugmaschinen, die aufgrund ihrer Anforderungen im Hinblick
auf eine kompakte Bauform mit geringem Gewicht Batterievorrichtungen mit
einer hohen Packungsdichte aufweisen. Bei Batterievorrichtungen
mit einer hohen Packungsdichte ist es besonders sinnvoll, eine Information über eine Temperaturverteilung
und/oder über
Temperaturdifferenzen zu erwerben, da eine lokale anormale Temperatur,
z.B. eine Temperatur, die außerhalb
eines Temperaturarbeitsbereichs eines Betriebs der Batterievorrichtung
ist, sich aufgrund der hohen Packungsdichte über die gesamte Batterievorrichtung
verteilen kann. Dafür
ist ein Bestimmen einer Mitteltemperaturkenngröße, einer maximalen und/oder
minimalen Temperaturkenngröße mittels
mehrerer Sensormittel besonders vorteilhaft.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
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Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 einen
Batteriepack mit einer Batteriesensorvorrichtung in einer Seitenansicht,
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2a eine
schematisiert dargestellte Temperaturerfassungseinheit der Batteriesensorvorrichtung
aus 1,
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2b eine
Schaltung der Batteriesensorvorrichtung,
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3a eine
weitere schematisiert dargestellte Temperaturerfassungseinheit einer
alternativen Batteriesensorvorrichtung,
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3b eine
Schaltung der Batteriesensorvorrichtung aus 3a. und
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3c eine
alternative Schaltung der Batteriesensorvorrichtung aus 3c.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine als Batteriepack ausgebildete Batterieeinheit 22,
die Batteriezellen 24 und eine Batteriesensorvorrichtung
umfasst. Auf den Batteriezellen 24 sind Sensormittel 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 der Batteriesensorvorrichtung
angeordnet, die jeweils von einem NTC-Widerstandstemperaturaufnehmer gebildet
sind. Die Batteriesensorvorrichtung weist eine in 2a dargestellte
Temperaturerfassungseinheit 10 auf, welche die Sensormittel 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 umfasst.
Die NTC-Widerstandstemperaturaufnehmer, die parallel geschaltet
sind, weisen jeweils die gleichen Widerstandswerte bei der Referenztemperatur
25°C auf
und bilden einen Verbund 14. Zu dem Verbund 14 ist
ein Linearisierungswiderstand 32 in Reihe geschaltet.
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Der
Verbund 14 und der Linearisierungswiderstand 32 sind
Komponenten einer Schaltung, die in 2b schematisch
dargestellt ist. Eine Spannungsversorgungseinheit 26 der
Batterieeinheit 22 versorgt den Linearisierungswiderstand 32 und
den Verbund 14 über
Kontakte 28, 29 mit einer konstanten Spannung.
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Bei
einem Betrieb einer nicht näher
dargestellten Handwerkzeugmaschine, in der die Batterieeinheit 22 eingesetzt
wird, oder bei einem Laden der Batterieeinheit 22 in einem
Ladegerät
kann die Temperatur der einzelnen Batteriezellen 24 variieren. Eine
Variation der Temperatur einer Batteriezelle 24 induziert
eine Variation des Widerstands eines Widerstandstemperaturaufnehmers,
der auf der Batteriezelle 24 angeordnet ist. Dabei ändern sich
der gesamte Widerstand des Verbunds 14 und eine Spannung
V an einer Erfassungsstelle 30. Bei kleinen Unterschieden
zwischen den Batterietemperaturen und der Referenztemperatur ist
diese Spannung eine Funktion V = V (Tmittel)
der gemittelten Temperatur Tmittel der einzelnen
Batteriezellentemperaturen. Diese Funktion ist mittels des Linearisierungswiderstands 32 in
einem Temperaturarbeitsbereich linearisiert, so dass die Spannung
V in diesem Temperaturarbeitsbereich proportional zur gemittelten
Temperatur Tmittel ist. Die Erfassungsstelle 30 ist über einen
elektrischen Kontakt 34 und eine in der Figur nicht dargestellte
elektrische Verbindung mit einer integrierten Schaltung der Elektromaschine
bzw. des Ladegeräts elektrisch
verbunden, welche die Spannung V zur Ausgabe einer Temperaturinformation
oder zur Steuerung eines laufenden Prozesses der Handwerkzeugmaschine
bzw. des Ladegeräts
nutzen kann. Treten starke Temperaturunterschiede auf, z.B. wegen
eines Defektes bei einer Batteriezelle 24, ist die Funktion
V = V (Tmittel) nicht mehr gültig und
die Proportionalität
der Spannung V zu der gemittelten Temperatur Tmittel ist
verloren. Diese Abweichung kann von der integrierten Schaltung registriert
werden, und es kann z.B. ein laufender Prozess der Handwerkzeugmaschine
bzw. des Ladegeräts
gestoppt werden.
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3a zeigt
eine weitere Temperaturerfassungseinheit 12 einer alternativen
Batteriesensorvorrichtung. Die Temperaturerfassungseinheit 12 weist vier
Sensormittel 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 auf,
die jeweils von einem NTC-Widerstandstemperaturaufnehmer gebildet
sind und einen Verbund 16 bilden. Zu dem Verbund 16 ist
ein Linearisierungswiderstand 48 in Reihe geschaltet. Der
Verbund 16 und der Linearisierungswiderstand 48 sind
Elemente einer Schaltung, die in 3b schematisch
dargestellt ist. Die Sensormittel 12.1, 12.2, 12.3, 12.4 sind
in Reihe geschaltet. Der Linearisierungswiderstand 48 und
der Verbund 16 sind von der Spannungsversorgungseinheit 26 über Kontakte 38, 39 mit
konstanter Spannung versorgt. Alternativ ist es auch denkbar, dass der
Verbund 16 von einer Kombination parallel und in Reihe
geschalteter Temperaturaufnehmer gebildet ist. In 3c ist
beispielsweise eine alternative Schaltung dargestellt, wobei die
Sensormit tel 12.1, 12.2 miteinander parallel und
mit den Sensormitteln 12.3, 12.4 in Reihe geschaltet
sind.
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Ferner
umfasst die Temperaturerfassungseinheit 12 eine als Analog-Digital-Umsetzer
ausgebildete Signalverarbeitungseinheit 18, die mit einer
Erfassungsstelle 40 des Verbunds 16 verbunden
ist. An dieser Erfassungsstelle 40 wird eine Spannung V2 erfasst, die, wie oben für die Spannung
V beschrieben, mittels des Linearisierungswiderstands 48 proportional
zur gemittelten Temperatur Tmittel ist.
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Zusätzlich ist
es auch denkbar, dass weitere Spannungen an weiteren Erfassungsstellen 42, 44 und 46 erfasst
werden, die zu einer Bestimmung der einzelnen Batteriezellentemperaturen
dienen können.
Diese Erfassungsstellen 42, 44 und 46 können dafür mit der
Signalverarbeitungseinheit 18 über elektrische Verbindungen,
die in der Figur gestrichelt dargestellt sind, verbunden werden.
Mittels der Signalverarbeitungseinheit 18 sind die Spannungen
in Daten umgewandelt, die in einen Datenbus 50 zu einer
Weiterverarbeitung in der Elektromaschine bzw. im Ladegerät eingespeist
werden.
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- 10
- Temperaturerfassungseinheit
- 10.1
- Sensormittel
- 10.2
- Sensormittel
- 10.3
- Sensormittel
- 10.4
- Sensormittel
- 12
- Temperaturerfassungseinheit
- 12.1
- Sensormittel
- 12.2
- Sensormittel
- 12.3
- Sensormittel
- 12.4
- Sensormittel
- 14
- Verbund
- 16
- Verbund
- 18
- Signalverarbeitungseinheit
- 22
- Batterieeinheit
- 24
- Batteriezelle
- 26
- Spannungsversorgungseinheit
- 28
- Kontakt
- 29
- Kontakt
- 30
- Erfassungsstelle
- 32
- Linearisierungswiderstand
- 34
- Kontakt
- 38
- Kontakt
- 39
- Kontakt
- 40
- Erfassungsstelle
- 42
- Erfassungsstelle
- 44
- Erfassungsstelle
- 46
- Erfassungsstelle
- 48
- Linearisierungswiderstand
- 50
- Datenbus
- V
- Spannung
- V2
- Spannung