DE102012201528A1

DE102012201528A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems

Info

Publication number: DE102012201528A1
Application number: DE201210201528
Authority: DE
Inventors: Volker Doege
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08
Also published as: WO2013113534A3; EP2810031A2; WO2013113534A2

Abstract

Es wird ein Verfahren (400) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems vorgeschlagen. Dabei weist das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen auf. Das Verfahren (400) weist einen Schritt des Vergleichens (410) eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals auf, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Das Verfahren (400) weist auch einen Schritt des Auswertens (420) des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems auf, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wie einen Energiespeicher, auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, auf ein temperaturempfindliches System sowie auf ein entsprechendes Computer-Programmprodukt.
Eigenschaften temperatursensitiver Systeme bzw. komplexer technischer Systeme werden häufig von der Temperatur ihrer Elemente beeinflusst und erfordern daher eine Temperaturüberwachung und meist auch eine Temperaturkontrolle. Temperatursensitive Systeme, wie z. B. Batterien für Elektrofahrzeuge, sind meist hinsichtlich Lebensdauer, elektrischer Leistungsfähigkeit bzw. Performance und Sicherheit spezifiziert und entsprechend ausgelegt. Alterungsvorgänge, wie Widerstandserhöhungen und Kapazitätsverluste, sind zumeist thermisch aktivierte Prozesse. Auch sicherheitsrelevante Prozesse, wie z. B. ungewollte exotherme Nebenreaktionen (z. B. "thermal runaway") und der Aufbau eines Innendruckes, sind von der Temperatur bestimmt. Von daher ist eine Erfassung bzw. Überwachung der Temperatur der individuellen Systemkomponenten wesentlich.
Bei Elektrowerkzeugen beispielsweise wird häufig lediglich an einer Stelle in einem Batteriepack von bis zu 20 Zellen die Temperatur überwacht. Bei Elektrofahrzeugen beispielsweise kommen je nach Anzahl der verwendeten Einzelelemente des Energiespeichers z. T. bis zu 100 Temperatursensoren oder mehr zum Einsatz. Bei nicht überwachten Speicherzellen besteht die Gefahr, einen performance- oder sicherheitskritischen Zustand dieses Elementes nicht zu erfassen. Wird jede einzelne Zelltemperatur erfasst, bedeutet dies eine große Anzahl an Sensoren, inklusive des damit verbundenen Aufwandes der Datenübermittlung. Aufgrund der großen Anzahl von aktiven Einzelelementen in einer Gesamtbatterie in der Größenordnung von 100 bis 8000 steigt der Aufwand bei der Temperaturerfassung an jedem Einzelelement. Auch Systeme mit eher wenigen und dafür relativ großen Einzelkomponenten erfordern gegebenenfalls einen großen Überwachungsaufwand, da in diesem Falle die einzelnen Objekte dafür an mehreren Stellen sensorisch zu überwachen sind.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, eine verbesserte Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, ein verbessertes temperaturempfindliches System und ein verbessertes Computer-Programmprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine vorteilhafte Erfassung von Kombinationssignalen, beispielsweise Temperatursensor-Summensignalen oder anderer Arten der logischen Verknüpfung, im Verhältnis zu einem Temperatur-Referenzsignal. Das Referenzsignal kann dabei insbesondere auch aus einer Verknüpfung mehrerer Einzelsignale bzw. Sensorsignale generiert sein. Die Kombinationssignale werden mit dem Referenzsignal, bei dem es sich um ein weiteres Kombinationssignal handeln kann, verglichen. Damit kann z. B. mit relativ geringem Aufwand eine Abweichung vom Normalzustand für alle interessanten Temperaturstellen erfasst werden. Da neben dem Referenzsignal nur eines oder mehrere Kombinationssignale gegenüber einer ansonsten großen Zahl von Signalen zur Auswertung kommen, kann der Auswerteaufwand und/oder der Datentransferaufwand verringert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass insbesondere die Leistungsfähigkeit, die Lebensdauer und auch der Sicherheitszustand des temperaturempfindlichen Systems verbessert werden können. So kann beispielsweise eine große Anzahl von Temperaturmesspunkten mittels Sensoren in dem temperaturempfindlichen System unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit geringem Aufwand hinsichtlich ungewollter Temperaturzustände ausgewertet und somit überwacht werden. Damit kann auch eine Geschwindigkeit der Erfassung gegebenenfalls kritischer Temperaturzustände erhöht werden, eine Sensitivität der Erfassung erhöht werden und ein Aufwand der Temperaturzustandsüberwachung verringert werden. Es kann der Aufwand hinsichtlich z. B. Sensoren, Verkabelung und Messtechnik minimiert werden, ohne dabei lediglich einen Teil der zu überwachenden Elemente zu überwachen. Es ist eine Überwachung aller Einzelelemente möglich, was genaue Informationen zur Bewertung des Systemzustandes liefert.
Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines Energiespeichers mit einzelnen Speicherzellen hängen zumeist von einer elektrischen, thermischen und mechanischen Belastung solcher Bauteile ab. Aus diesem und auch aus sicherheitstechnischen Gründen werden beispielsweise derartige Batteriepacks zumeist auch temperaturüberwacht. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Überwachungsaufwand bei im Wesentlichen beibehaltener Genauigkeit verringert werden, indem anstatt der einzelnen Sensorsignale deren Differenz, Summe oder Ergebnis einer anderen Art der logischen Verknüpfung oder arithmetischen Operation übermittelt und ausgewertet wird. Gegenüber einer unmittelbaren Erfassung aller Einzelsignale an einer Überwachungseinheit können ebenfalls die interessierenden Messpunkte überwacht und damit kritische Systemzustände umfassend detektiert werden. In einem Lithium-Batteriesystem kann beispielsweise die Last vom System genommen werden, bevor ein eine negative Auswirkung eines kritischen Temperaturzustandes, z. B. ein "thermal runaway", und/oder eine dauerhafte Schädigung des Systems eintritt.
Ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, umfasst die folgenden Schritte:
Vergleichen eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals, um ein Vergleichssignal zu erzeugen; und Auswerten des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen.
Das temperaturempfindliche System kann beispielsweise einen elektrischen Speicher bzw. Energiespeicher, insbesondere einen sogenannten Batteriepack mit einer Mehrzahl von Speicherzellen, aufweisen. Prinzipiell kommen auch andere temperaturbestimmte, dynamische bzw. statische Systeme als temperaturempfindliches System infrage. Von Interesse sind auch Systeme, die elektrochemischen, chemischen bzw. physikalischen Prozessen unterliegen, welche in möglichen Systemzuständen temperaturaktiviert sind. Batteriepacks werden zur elektrischen Energieversorgung von beispielsweise tragbaren elektrischen Geräten und Elektrofahrzeugen verwendet. Batteriepacks können seriell und/oder parallel verschaltete elektrische Speicherzellen aufweisen. Die Speicherzellen können z. B. elektrochemische Zellen oder auch Kondensatoren umfassen. Batteriepacks können ein bis etwa zehn Zellen umfassen, aber es können auch bis zu mehrere Tausend Speicherelemente zu einem Gesamtsystem zusammengeschaltet sein. Insbesondere Elektrofahrzeugbatterien und Batterien anderer batteriebetriebener elektrischer Geräte, aber beispielsweise auch Systeme in der Prozess- und Funktionsüberwachung im Bereich Chemie (z. B. Verbrennung, Reaktoren, etc.), Physik (z. B. Verdampfung, Beschichtung, etc.) und Biologie können temperaturempfindliche Systeme darstellen. Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um Temperatursensoren, insbesondere um temperaturanhängige Widerstände, Thermoelemente und dergleichen, oder um andere Arten von Sensoren handeln, deren Sensorsignale Rückschlüsse auf eine Temperatur zulassen. Die Sensoren können an jeweiligen Messpunkten in dem temperaturempfindlichen System angeordnet sein. An den Messpunkten ist jeweils eine Temperatur in dem temperaturempfindlichen System zu erfassen und zu überwachen. An den Sensoren können die Sensorsignale abgreifbar sein. Die Sensorsignale können beispielsweise Spannungssignale, Widerstandssignale, Drucksignale oder auch optische Signale sein. Das erste Kombinationssignal kann eine geeignete Kombination von zumindest zwei Sensorsignalen aufweisen. Bei dem ersten Kombinationssignal kann es sich um ein Referenzsignal handeln. Das zweite Kombinationssignal kann zumindest ein Sensorsignal oder eine geeignete Kombination von zumindest zwei Sensorsignalen aufweisen. Der Schritt des Vergleichens kann von einer geeigneten Vergleichseinrichtung ausgeführt werden. Das Vergleichssignal kann ausgebildet sein, um etwaige Temperaturabweichungen anzuzeigen, die sich aufgrund zumindest eines Sensorsignals ergeben können. Im Schritt des Auswertens kann das Vergleichssignal mittels eines geeigneten Algorithmus verarbeitet werden, um einen Temperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schritt des Generierens des ersten Kombinationssignals aus einer ersten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal und des zweiten Kombinationssignals aus einer zweiten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal vorgesehen sein. Insbesondere kann im Schritt des Generierens das erste Kombinationssignal basierend auf einer geeigneten Kombination zumindest zweier Sensorsignale, welche die erste Signalgruppe bilden, generiert werden. Der Schritt des Generierens kann für zumindest eines der Kombinationssignale wiederholt durchgeführt werden, wobei eine zugehörige Signalgruppe beibehalten oder eine Signalgruppe mit zumindest teilweise anderen Sensorsignalen verwendet werden kann. Der Schritt des Kombinierens kann von einer geeigneten Kombinationseinrichtung ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch den Schritt des Generierens einstellbare bzw. anpassbare Kombinationssignale für den Schritt des Vergleichens generiert werden können. Dies ermöglicht eine flexible, genaue und umfassende Temperaturüberwachung.
Dabei können die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe zumindest ein nicht gemeinsames Sensorsignal aufweisen. Liegen beispielsweise zwei Sensorsignale vor, so kann die erste Signalgruppe beide Sensorsignale aufweisen und kann die zweite Signalgruppe eines der Sensorsignale aufweisen. Die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe können auch vollständig unterschiedliche bzw. von unterschiedlichen Sensoren stammende Sensorsignale aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel anpassbare Temperaturüberwachung ermöglicht wird, wobei ein temperaturkritisches Element des temperaturempfindlichen Systems zuverlässig und rasch erkannt werden kann.
Auch kann ein Schritt des Zuweisens zumindest eines Sensorsignals zu der ersten Signalgruppe und zumindest eines Sensorsignals zu der zweiten Signalgruppe vorgesehen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel an herrschende Temperaturzustände und/oder Betriebszustände des temperaturempfindlichen Systems anpassbare Temperaturüberwachung ermöglicht wird, wobei eine umfassende und bedarfsgerechte Überwachung aller erforderlichen Messpunkte sowie eine Erkennung eines temperaturkritischen Elements des temperaturempfindlichen Systems verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schritt des Ermittelns zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von einer Art der Sensoren vorgesehen sein. Dabei können im Schritt des Generierens das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung der ermittelten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation generiert werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel und bedarfsgerecht an sensortechnische Gegebenheiten des temperaturempfindlichen Systems anpassbare und somit zuverlässige sowie genaue Temperaturüberwachung ermöglicht wird.
Ferner kann ein Schritt des Bestimmens zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von den Kombinationssignalen vorgesehen sein. Dabei können im Schritt des Vergleichens das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung der bestimmten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation verglichen werden. Insbesondere kann im Schritt des Bestimmens die zumindest eine logische Verknüpfung und/oder arithmetische Operation in Abhängigkeit davon bestimmt werden, aus welchen Signalen die Kombinationssignale generiert wurden und/oder welche logische Verknüpfung und/oder arithmetische Operation beim Schritt des Generierens verwendet wurde. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel anpassbare, zuverlässige sowie genaue Temperaturüberwachung ermöglicht wird.
Insbesondere kann im Schritt des Auswertens ein Verhältnis eines von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich eines vorgegebenen Temperaturzustandes ausgewertet werden. Hierbei kann das Vergleichssignal einen Temperaturzustand, z. B. einen aktuellen Temperaturzustand, des temperaturempfindlichen Systems repräsentieren. Bei dem vorgegebenen Temperaturzustand kann es ich um einen kritischen Temperaturzustand oder um einen Normaltemperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems handeln.
Dabei können der kritische Temperaturzustand und der Normaltemperaturzustand jeweils einen Bereich von Temperaturen repräsentieren. Somit kann im Schritt des Auswertens ausgewertet werden, ob der von dem Vergleichssignal repräsentierte Temperaturzustand einem kritischen Temperaturzustand oder einem Normaltemperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems entspricht. Auch kann im Schritt des Auswertens das Verhältnis des von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich des vorgegebenen Temperaturzustandes quantitativ und/oder hinsichtlich eines vorgegebenen Verhältnisses ausgewertet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine unaufwendige, zuverlässige und aussagekräftige Temperaturüberwachung ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte des oben genannten Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Insbesondere kann die Vorrichtung Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind, um je einen Schritt des oben genannten Verfahrens auszuführen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät bzw. Steuergerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon eine Temperaturüberwachung durchführt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein temperaturempfindliches System mit folgenden Merkmalen:
zumindest zwei temperaturempfindlichen Einrichtungen;
zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von eine Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen repräsentierenden Sensorsignalen; und
einer vorstehend genannten Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei die Vorrichtung mittels einer Kommunikationsschnittstelle mit den Sensoren verbunden ist, um die Sensorsignale zu empfangen.
In Verbindung mit dem temperaturempfindlichen System kann eine vorstehend genannte Vorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um eine Temperatur des temperaturempfindlichen Systems zu überwachen. Bei den temperaturempfindlichen Einrichtungen kann es sich beispielsweise um einzelne Speicherzellen eines elektrischen Energiespeichers handeln.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des oben genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines temperaturempfindlichen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das temperaturempfindliche System 100 weist beispielhaft zwei temperaturempfindliche Einrichtungen 105A und 105B, beispielhaft zwei Sensoren 110A und 110B sowie eine Temperaturüberwachungsvorrichtung bzw. eine Vorrichtung 120 zur Überwachung einer Temperatur des temperaturempfindlichen Systems 100 mit einer Vergleichseinrichtung 130 und einer Auswerteeinrichtung 140 auf. Bei dem temperaturempfindlichen System 100 handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Batteriepack oder dergleichen. Bei den temperaturempfindlichen Einrichtungen 105A und 105B handelt es sich beispielsweise um einzelne Batteriezellen bzw. Speicherzellen. Bei den Sensoren 110A und 110B handelt es sich um Temperatursensoren, beispielsweise temperaturabhängige Widerstände, Thermoelemente oder dergleichen.
Die temperaturempfindliche Einrichtung 105A repräsentiert eine erste temperaturempfindliche Einrichtung. Der Sensor 110A repräsentiert einen ersten Sensor. Die temperaturempfindliche Einrichtung 105B repräsentiert eine zweite temperaturempfindliche Einrichtung. Der Sensor 110B repräsentiert einen zweiten Sensor. Die erste temperaturempfindliche Einrichtung 105A weist einen ersten Messpunkt auf, an dem der erste Sensor 110A angeordnet ist. Die zweite temperaturempfindliche Einrichtung 105B weist einen zweiten Messpunkt auf, an dem der zweite Sensor 110B angeordnet ist. Auch wenn es in 1 nicht gezeigt ist, kann auch eine einzige temperaturempfindliche Einrichtung vorgesehen sein, die zumindest einen Messpunkt aufweist, an dem ein Sensor angeordnet ist. Eine Anzahl der temperaturempfindlichen Einrichtungen, Messpunkte und Sensoren kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch beträchtlich größer sein, als es in 1 dargestellt ist. Die Sensoren 110A und 110B sind ausgebildet zur Erzeugung von die Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105A und 105B repräsentierenden Sensorsignalen. Dabei ist der erste Sensor 110A ausgebildet, um ein erstes Sensorsignal zu erzeugen, das die Temperatur der ersten temperaturempfindlichen Einrichtung 105A repräsentiert. Der zweite Sensor 110B ist ausgebildet, um ein zweites Sensorsignal zu erzeugen, das die Temperatur der zweiten temperaturempfindlichen Einrichtung 105B repräsentiert. Die Sensoren 110A und 110B sind mittels eines Kommunikationskanals, beispielsweise zumindest einer elektrischen Leitung, einer Funkverbindung oder dergleichen mit der Vorrichtung 120 verbunden.
Die Temperaturüberwachungsvorrichtung bzw. Vorrichtung 120 ist ausgebildet, um die Sensorsignale von den Sensoren 110A und 110B zu empfangen. Die Vorrichtung 120 weist die Vergleichseinrichtung 130 und die Auswerteeinrichtung 140 auf. Die Vergleichseinrichtung 130 ist ausgebildet, um ein aus den beispielhaft zwei Sensorsignalen der Sensoren 110A und 110B generiertes erstes Kombinationssignal und ein aus zumindest einem Sensorsignal der zwei Sensoren 110A und 110B generiertes zweites Kombinationssignal miteinander zu vergleichen, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Die Vergleichseinrichtung 130 ist beispielsweise ausgebildet, um das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung zumindest einer bestimmbaren logischen Verknüpfung und zusätzlich oder alternativ einer bestimmbaren arithmetischen Operation zu vergleichen. Die Auswerteeinrichtung 140 ist ausgebildet, um das Vergleichssignal hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems 100 auszuwerten, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems 100 durchzuführen.
Auch wenn es in 1 nicht gezeigt ist, kann die Vorrichtung 120 auch eine Generiereinrichtung zum Generieren des ersten Kombinationssignals aus beispielhaft dem ersten Sensorsignal des ersten Sensors 110A sowie dem zweiten Sensorsignal des zweiten Sensors 110B und des zweiten Kombinationssignals aus beispielhaft dem ersten oder dem zweiten Sensorsignal aufweisen. Die Generiereinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, um das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung zumindest einer ermittelbaren logischen Verknüpfung und zusätzlich oder alternativ einer ermittelbaren arithmetischen Operation zu generieren.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem temperaturempfindlichen System kann es sich um das temperaturbefindliche System aus 1 handeln. Von dem temperaturempfindlichen System sind in 2 beispielhaft 20 temperaturempfindliche Einrichtungen 105 bzw. Batteriezellen, die den temperaturempfindlichen Einrichtungen aus 1 entsprechen können, und beispielhaft 20 Sensoren 110 bzw. temperaturabhängige Widerstände dargestellt, die den Sensoren aus 1 entsprechen können. Ferner sind ein elektrischer Strom I sowie Spannungen U₁, U₂, U₃ und U₄ bzw. Kombinationssignale gezeigt. Insbesondere kann es sich bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung um eine beispielhaft 20 Batteriezellen umfassende Batterie als temperaturempfindliches System mit temperaturabhängigen Widerständen als Sensoren 110 handeln. Aus Platz- und Übersichtsgründen sind in 2 lediglich zwei der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 und zwei der Sensoren 110 mit Bezugszeichen bezeichnet.
Die 20 temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 umfassen gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung insgesamt beispielhaft zehn parallel verschaltete Batteriezellen und jeweils zwei in Serie verschaltete Batteriezellen (10P2S bzw. 2s10p). An oder in jeder temperaturempfindlichen Einrichtung 105 bzw. Batteriezelle ist ein Sensor 110 bzw. temperaturabhängiger Widerstand angeordnet. Die Sensoren 110 sind in zwei Strängen von jeweils zehn in Reihe geschalteten Sensoren 110 angeordnet. Die Stränge von Sensoren 110 sind jeweils von elektrischem Strom I durchflossen. Am Anfang sowie am Ende jedes Stranges von Sensoren 110 sowie zwischen beliebigen benachbarten Sensoren 110 jedes Stranges kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden.
So wird die Spannung U₁, die ein zweites Kombinationssignal aus 1 repräsentiert, beispielhaft zwischen dem Anfang des in 2 unten dargestellten Stranges von Sensoren 110 und einer Stelle zwischen dem ersten Sensor 110 und dem zweiten Sensor 110 dieses Stranges abgegriffen. Eine Spannung U₂, die ein erstes Kombinationssignal aus 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang und dem Ende des in 2 unten dargestellten Stranges von Sensoren 110 abgegriffen. Die Spannung U₃, die ein zweites Kombinationssignal aus 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang des in 2 oben dargestellten Stranges von Sensoren 110 und einer Stelle zwischen dem dritten Sensor 110 und dem vierten Sensor 110 dieses Stranges abgegriffen. Eine Spannung U₄, die ein erstes Kombinationssignal aus 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang und dem Ende des in 2 oben dargestellten Stranges von Sensoren 110 abgegriffen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kombinationssignalen, die durch die Spannungen U₁, U₂, U₃ und U₄ repräsentiert werden um Signale, die durch eine Aufsummierung einzelner der Sensorsignale der Sensoren 110 bestimmt werden. Eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Kombinationssignale kann dabei ausgebildet sein, um bei einem durchzuführenden Vergleich jeweils die Anzahl der zu einem Kombinationssignal kombinierten Sensorsignale zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Vergleichseinrichtung ausgebildet sein, um die Kombinationssignale vor dem Vergleich jeweils zu normieren, beispielsweise indem ein Wert eines Kombinationssignals jeweils durch die Anzahl der zu diesem Kombinationssignal zusammengefassten Sensorsignale geteilt wird.
In 2 ist ein Vergleich von Teil- zu Gesamtspannung bzw. Teil- zu Gesamtspannungsabfall bzw. Teil- zu Gesamtsignalhöhe in jeweils einem der Stränge von Sensoren 110 gezeigt. Hierbei können mittels einer Temperaturüberwachungsvorrichtung, wie der Vorrichtung aus 1, die Kombinationssignale bzw. Spannungen U₁, U₂, U₃ und U₄ verglichen werden. Hierbei können insbesondere die Spannung U₁ und die Spannung U₂ miteinander verglichen werden und können die Spannung U₃ und die Spannung U₄ miteinander verglichen werden. Hier kann ein Sensorsignal eines Sensors 110, beispielsweise U₁, in ein Verhältnis zum Gesamtsignal, beispielsweise U₂, gesetzt werden. Aus einem Vergleich von einem Einzelsignal, wie beispielsweise U₁, mit dem zehnten Teil des Gesamtsignals, wie beispielsweise U₂, kann gemäß einer Möglichkeit eine Abweichung eines Einzelelementzustandes bzw. Temperaturzustandes einer einzelnen temperaturempfindlichen Einrichtung 105 vom Temperaturzustand der Gesamtheit von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 ermittelt werden. Ebenfalls kann gemäß einer weiteren Möglichkeit ein Vergleich des dritten Teils eines Teilsignals, wie beispielsweise U₃, mit dem zehnten Teil des Gesamtsignals, wie beispielsweise U₄, angestellt werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 3 entspricht der Darstellung aus 2 mit der Ausnahme, dass beispielhaft Thermoelemente als Sensoren 110 vorgesehen sind und somit auf etwas andere Weise Kombinationssignale T₁, T₂, T₃ und T₄ erhalten werden. Anzahl, Aufbau sowie Anordnung der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 entsprechen dem in 2 Gezeigten. In 3 sind die Thermoelemente bzw. Sensoren 110 in zwei Gruppen angeordnet, die im Wesentlichen den zwei Strängen aus 2 entsprechen. Genau gesagt sind in 3 eine obere Gruppe und eine untere Gruppe von Sensoren 110 dargestellt. Hierbei wird an jedem Sensor 110 eine Spannung als Sensorsignal abgegriffen. Die Spannungen der Sensoren 110 können je nach Bedarf unterschiedlich kombiniert und daraus die Kombinationssignale T₁, T₂, T₃ und T₄ generiert werden. Die Kombinationssignale T₁, T₂, T₃ und T₄ können in geeigneten Kombinationseinrichtungen ermittelt werden. Eine solche Kombinationseinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um zumindest zwei Sensorsignale zweier der Sensoren 110 zu empfangen, miteinander zu kombinieren um ein Kombinationssignal, beispielsweise das Kombinationssignal T₄ zu erzeugen und das erzeugte Kombinationssignal an eine Vergleichseinrichtung auszugeben. Beispielsweise kann die Kombinationseinrichtung ausgebildet sein, um das Kombinationssignal als Mittelwert aus den empfangenen Sensorsignalen zu bestimmen.
In 3 ist ein Vergleich bzw. eine Auswertung der Signale jeweils zweier Teilcluster bzw. Untergruppen der Gruppen von Sensoren 110 gezeigt. Hier können die Mittelwerte der Spannungen pro Messstelle in ein Verhältnis gesetzt werden und daraufhin thermische Abweichungen der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 abgeleitet werden. Insbesondere kann als ein erstes Kombinationssignal T₁ ein Mittelwert der Spannungen von neun der zehn Sensoren 110 der unteren Gruppe von Sensoren 110 mit einer Spannung des zehnten Sensors 110 der unteren Gruppe von Sensoren 110 als zweites Kombinationssignal T₂ verglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann als ein erstes Kombinationssignal T₄ ein Mittelwert der Spannungen von acht der zehn Sensoren 110 der oberen Gruppe von Sensoren 110 mit einer Spannung der zwei restlichen Sensoren 110 der oberen Gruppe von Sensoren 110 als zweites Kombinationssignal T₃ verglichen werden.
Die in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft gewählt und können entsprechend dem erfindungsgemäßen Ansatz variiert werden.
Beispielsweise kann für das in 2 gezeigte Kombinationssignal U1 nicht nur das Sensorsignal eines Sensors 110, sondern alternativ die Sensorsignale von zwei oder mehreren der Sensoren 110 verwendet werden. Entsprechend können für das in 2 gezeigte Kombinationssignal U2 auch weniger als die Sensorsignale aller Sensoren 110 eines Strangs von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105, also auch nur die Sensorsignale von einer Untermenge aller Sensoren 110 des Strangs verwendet werden. Ein Sensorsignal kann sowohl für das Kombinationssignal U1 als auch für das Kombinationssignal U2 verwendet werden. Alternativ können für die Kombinationssignale U1, U2 keine gleichen Sensorsignale verwendet werden. Vorteilhafterweise unterscheiden sich zwei miteinander zu vergleichende Kombinationssignale, also beispielsweise die Kombinationssignale U1, U2, durch mindestens ein verwendetes Sensorsignal.
Bei einer Anordnung von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 in mehreren Strängen oder allgemein in mehreren Gruppen, können die für die einzelnen Gruppen eingesetzten Kombinationssignale, also beispielsweise die Kombinationssignale U1, U2 für die untere gezeigte Gruppe und die Kombinationssignale U3, U4 für die obere gezeigte Gruppe, auf gleiche oder auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Mit anderen Worten können sich die Kombinationssignale U1, U3 in Bezug auf die verwendeten Sensorsignale entsprechen oder voneinander unterscheiden. Entsprechend können sich die Kombinationssignale U2, U4 in Bezug auf die verwendeten Sensorsignale entsprechen oder voneinander unterscheiden.
Die Zuordnung zu Gruppen ist im Allgemeinen, z. B. bei elektrischen Speichereinrichtungen, unabhängig von der Gruppierung hinsichtlich ihrer elektrischen Funktion oder anderer Anordnungskriterien.
Eine Zuordnung zwischen Sensorsignalen und Kombinationssignalen kann verändert werden. Beispielsweise können die Kombinationssignale U1, U2 miteinander verglichen werden. Anschließend kann abhängig von einem Vergleichsergebnis oder alternativ unabhängig von einem Vergleichsergebnis zumindest eines der Kombinationssignale U1, U2 verändert werden, d. h., es kann beispielsweise für das Kombinationssignal U1 ein anderes oder ein zusätzliches Sensorsignal verwendet werden, und anschließend ein erneuter Vergleich der die Kombinationssignale U1, U2 durchgeführt werden. Durch eine Auswertung der unterschiedlichen Vergleichsergebnisse kann beispielsweise eine fehlerhafte temperaturempfindliche Einrichtung 105 genauer lokalisiert werden.
Entsprechendes gilt für die anhand der 3 beschriebenen Kombinationssignale T1, T2, T3 und T4.
Auch ist die in den 3 und 4 gezeigte Anordnung und Verschaltung von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 lediglich beispielhaft gewählt und kann verändert werden.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei weist das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen auf. Das Verfahren 400 weist einen Schritt des Vergleichens 410 eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals auf, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Das Verfahren 400 weist auch einen Schritt des Auswertens 420 des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems auf, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen. Das Verfahren 400 kann in Verbindung mit der Vorrichtung aus 1 bzw. dem System aus den 1 bis 3 vorteilhaft ausgeführt werden.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Weitere Ausführungsformen können beispielsweise auf einer elektronischen bzw. elektrischen Summen- oder Differenzbildung bzw. anderen Art der logischen Kombination oder arithmetischen Operation der Sensorsignale in Sensornähe beruhen, wobei dann nur die resultierenden Kombinationssignale an die Vorrichtung 120 übermittelt werden. Die Art und Ausführungsform kann je nach erforderlicher Sensitivität und nach Art der verwendeten Sensoren 110 variieren. Dies schließt die Art der logischen Verknüpfung ein. Verallgemeinert kann eine Realisierung des zugrunde liegenden Prinzips auch auf unterschiedlichen Arten von Sensoren 110 basieren, auch können unterschiedliche Arten von Sensoren 110 in einem System 100 zum Einsatz kommen. Eine entsprechende Anpassung der Auswertung der Sensorsignale ist in diesem Falle vorgesehen. Dies gilt auch in dem Fall, wenn an einem Objekt unterschiedliche Temperaturniveaus der Normalfall sind und nur eine Art von Sensor 110 verwendet wird. Bekannte und aktuelle Anwendungen sind z. B. Elektrofahrzeuge, insbesondere BEV, PHEV, HEV, E-Bikes, Roller, Motorräder etc., stationäre Anlagen, wie z. B. Fotovoltaik, Netzpuffer etc., oder tragbare elektronische Geräte, wie beispielsweise Powertools, Mobiltelefone, Laptops, Camcorder, MP3-Spieler und dergleichen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Claims

Verfahren (400) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems (100), wobei das System (100) zumindest zwei Sensoren (110; 110A, 110B) zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei das Verfahren (400) folgende Schritte aufweist: Vergleichen (410) eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren (110; 110A, 110B) generierten ersten Kombinationssignals (U₂, U₄; T₁, T₄) und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren (110; 110A, 110B) generierten zweiten Kombinationssignals (U₁, U₃; T₂, T₃), um ein Vergleichssignal zu erzeugen; und Auswerten (420) des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems (100), um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems (100) durchzuführen.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt des Generierens des ersten Kombinationssignals (U₂, U₄; T₁, T₄) aus einer ersten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal und des zweiten Kombinationssignals (U₁, U₃; T₂, T₃) aus einer zweiten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe zumindest ein nicht gemeinsames Sensorsignal aufweisen.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, mit einem Schritt des Zuweisens zumindest eines Sensorsignals zu der ersten Signalgruppe und zumindest eines Sensorsignals zu der zweiten Signalgruppe.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, mit einem Schritt des Ermittelns zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von einer Art der Sensoren (110; 110A, 110B), wobei im Schritt des Generierens das erste Kombinationssignal (U₂, U₄; T₁, T₄) und das zweite Kombinationssignal (U₁, U₃; T₂, T₃) unter Verwendung der ermittelten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation generiert werden.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Bestimmens zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von den Kombinationssignalen (U₁, U₂, U₃, U₄; T₁, T₂, T₃, T₄), wobei im Schritt des Vergleichens (410) das erste Kombinationssignal (U₂, U₄; T₁, T₄) und das zweite Kombinationssignal (U₁, U₃; T₂, T₃) unter Verwendung der bestimmten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation verglichen werden.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Auswertens (420) ein Verhältnis eines von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich eines vorgegebenen Temperaturzustandes ausgewertet wird.
Vorrichtung (120) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems (100), wobei das System (100) zumindest zwei Sensoren (110; 110A, 110B) zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei die Vorrichtung (120) ausgebildet ist, um die Schritte eines Verfahrens (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Temperaturempfindliches System (100) mit folgenden Merkmalen: zumindest zwei temperaturempfindlichen Einrichtungen (105; 105A, 105B); zumindest zwei Sensoren (110; 110A, 110B) zur Erzeugung von eine Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen (105; 105A, 105B) repräsentierenden Sensorsignalen; und einer Vorrichtung (120) gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung (120) mittels einer Kommunikationsschnittstelle mit den Sensoren (110; 110A, 110B) verbunden ist, um die Sensorsignale zu empfangen.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einer Vorrichtung (120) ausgeführt wird.