DE102012207768A1

DE102012207768A1 - Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Batterie, Batteriemanagementsystem, System umfassend Batterie und Schaltungsanordnung, System umfassend Batterie und Batteriemanagementsystem und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012207768A1
Application number: DE201210207768
Authority: DE
Inventors: Alexander Reitzle; Markus Kohlberger; Wolfgang Duernegger
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Batterie, vorzugsweise eine aus Lithium-Ionen-Batteriezellen aufgebaute Batterie.
Dabei ist die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet, einen elektrischen Widerstandswert aus einem ersten Messwert zu bestimmen, den bestimmten elektrischen Widerstandswert mit einem Schwell- oder Sollwert zu vergleichen und zumindest bei Unterschreiten des Schwell- oder Sollwertes durch den bestimmten elektrischen Widerstandswert ein Signal an einem Signalausgang der Schaltungsanordnung auszugeben. Die Schaltungsanordnung (30) gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) mindestens einen Signaleingang (60, 70) für den Empfang eines Eingangssignals umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet ist, den Schwellwert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal zu verändern und/oder den elektrischen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal aus dem ersten Messwert zu bestimmen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Batterie, vorzugsweise eine aus Lithium-Ionen-Batteriezellen aufgebaute Akkumulatorenbatterie. Eine solche Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Batterie wird auch Isolationswächter genannt. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriemanagementsystem, Systeme aus Batterie und Schaltungsanordnung bzw. Batterie und Batteriemanagementsystem. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Schaltungsanordnungen zur Bestimmung des Isolationswiderstandes einer Akkumulatorenbatterie sind aus der deutschen Offenlegungsschrift 19618897A und aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012 029 214 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Batterie vorgeschlagen. Dabei ist die Schaltungsanordnung ausgebildet, einen elektrischen Widerstandswert aus einem ersten Messwert zu bestimmen und den bestimmten elektrischen Widerstandswert mit einem Schwell- oder Sollwert zu vergleichen. Zumindest bei Unterschreiten des Schwell- oder Sollwertes durch den bestimmten elektrischen Widerstandswert wird ein Signal an einem Signalausgang der Schaltungsanordnung ausgegeben. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Signaleingang für den Empfang eines Eingangssignals umfasst, wobei die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, den Schwellwert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal zu verändern und/oder den elektrischen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal aus dem ersten Messwert zu bestimmen.
Durch die Abhängigkeit von Schwell- oder Sollwert und/oder bestimmtem elektrischen Widerstandswert vom Eingangssignal lassen sich Bedingungen für die Ausgabe des Ausgangssignals dynamisch kontrollieren.
In einer ersten Ausführungsform repräsentiert das Eingangssignal einen aus einem Temperaturmesswert gebildeten zweiten Messwert. Isolationswiderstände von Batterien sind temperaturabhängig. Dieser Temperaturabhängigkeit kann durch Verändern des Schwellwerts in Abhängigkeit von dem Temperaturmesswert und/oder Bestimmen des elektrischen Widerstandswerts in Abhängigkeit von dem Temperaturmesswert Rechnung getragen werden.
Die Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform kann zudem eine Datenspeichervorrichtung zur Speicherung von Paaren von elektrischen Widerstandswerten und Temperaturwerten umfassen und ausgebildet sein, anhand des zweiten Messwertes und mindestens einem gespeicherten Wertepaar den Schwell- oder Sollwert zu bestimmen. Dies erlaubt, eine Verhaltensänderung der Batterie zu detektieren.
Isolationswiderstände von Batterien sind zudem abhängig von der Luftfeuchtigkeit. Daher kann die Schaltungsanordnung in der ersten Ausführungsform mindestens einen weiteren Signaleingang für den Empfang eines weiteren Eingangssignals umfassen, wobei das weitere Eingangssignal einen aus einem Luftfeuchtigkeitsmesswert gebildeten dritten Messwert repräsentiert. Dabei ist die Schaltungsanordnung ausgebildet ist, den Schwellwert auch in Abhängigkeit von dem weiteren Eingangssignal zu verändern und/oder den elektrischen Widerstandswert auch in Abhängigkeit von dem weiteren Eingangssignal aus dem ersten Messwert zu bestimmen und so auch der Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit Rechnung zu tragen.
Dann kann die Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform mit der Datenspeichervorrichtung zur Speicherung von Paaren von elektrischen Widerstandswerten und Temperaturwerten ausgebildet sein, aus dem zweiten Messwert mithilfe des dritten Messwerts einen luftfeuchtigkeitsstandardisierten Temperaturwert zu bestimmen und mithilfe des luftfeuchtigkeitsstandardisierten Temperaturwerts und mindestens einem gespeicherten Wertepaar den Schwell- oder Sollwert zu bestimmen.
In einer zweiten Ausführungsform repräsentiert das Eingangssignal einen Zielschwell- oder Sollwert und die Schaltungsanordnung ist ausgebildet, den Schwell- oder Sollwert so zu verändern, dass er dem Zielschwell- oder Sollwert entspricht.
Dies ermöglicht die Nutzung zusammen mit einem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem, welches einen ersten Signaleingang umfasst, der mit dem Signalausgang der Schaltungsanordnung verbindbar ist. Dabei umfasst das Batteriemanagementsystem einen zweiten Signaleingang für den Empfang eines Messwertsignals, das einen aus einem Temperaturmesswert gebildeten Messwert repräsentiert. Das Batteriemanagementsystem ist dabei so ausgebildet, dass es den Zielschwell- oder Sollwert in Abhängigkeit von dem Temperaturmesswert bestimmt, den Zielschwell- oder Sollwert durch ein Ausgangssignal repräsentiert und das Ausgangssignal an einem Signalausgang zur Verfügung stellt, der mit dem Signaleingang der Schaltungsanordnung verbindbar ist.
Ein solches Batteriemanagementsystem kann in einem System Anwendung finden, das weiterhin eine Batterie mit einer Temperaturmessvorrichtung zur Ermittlung eines Batterietemperaturmesswerts umfasst. Dabei umfasst die Temperaturmessvorrichtung der Batterie einem Signalausgang zur Ausgabe eines Temperaturmesswertsignals, wobei das Temperaturmesswertsignal den ermittelten Temperaturmesswert repräsentiert und der Signalausgang der Temperaturmessvorrichtung mit dem zweiten Signaleingang des Batteriemanagementsystems verbunden ist.
Die Schaltungsanordnung der ersten oder der zweiten Ausführungsform kann in einem System enthalten sein, welches weiterhin eine Batterie umfasst. Dabei weist die Batterie eine Temperaturmessvorrichtung zur Ermittlung eines Temperaturmesswerts auf und die Temperaturmessvorrichtung umfasst einen Signalausgang zur Ausgabe eines Messwertsignals, wobei das Messwertsignal den ermittelten Temperaturmesswert repräsentiert und der Signalausgang der Temperaturmessvorrichtung mit dem Signaleingang der Schaltungsanordnung verbunden ist.
Solche Systeme aus Batteriemanagementsystem und Batterie, Schaltungsanordnung und Batterie, bzw. Batteriemanagementsystem, Schaltungsanordnung und Batterie können speziell in Kraftfahrzeugen Verwendung finden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung, und
2 ein zweites Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist ein erstes beispielhaftes System 10 mit einem Batteriemanagementsystem 20 und einer auch als Isolationswächter bezeichneten Schaltungsanordnung 30 gezeigt, wobei der Isolationswächter 30 mit dem Batteriemanagementsystem 20 bidirektional verbunden ist, entweder über eine einzige Verbindung oder über zwei separate Verbindungen 80, 90.
Der Isolationswächter 30 verfügt weiterhin über elektrische Verbindungen zu einer auch als Batterie bezeichneten Hochspannungsquelle 40, beispielsweise eine aus Lithium-Ionen-Batteriezellen aufgebaute Kraftfahrzeugbatterie, und zu Masse 50. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriemanagementsystem 20 zwei weitere Eingänge 60, 70, über die das Batteriemanagementsystem 20 mit Messvorrichtungen für Temperatur und/oder relative bzw. absolute Luftfeuchtigkeit verbunden werden kann.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Batteriemanagementsystem 20 einen einzigen Eingang, über den das Batteriemanagementsystem 20 mit einer kombinierten Messvorrichtung für Temperatur und relative bzw. absolute Luftfeuchtigkeit verbunden werden kann.
Dabei ist der Isolationswächter 30 so ausgelegt, dass er über die Verbindung zum Batteriemanagementsystem 20 ein Signal, zum Beispiel ein Fehlersignal, über die Verbindung 80 ausgibt, sobald ein elektrischer Widerstandswert zwischen der Hochspannungsquelle 40 und Masse 50 einen Schwellwert unterschreitet oder maßgeblich von einem Sollwert abweicht. Dabei kann der vom Isolationswächter 30 verwendete Schwell- bzw. Sollwert über die Verbindung 90 zwischen Batteriemanagementsystem 20 und Isolationswächter 30 durch das Batteriemanagementsystem 20 bestimmt und verändert werden. Die über die weiteren Eingänge 60, 70 an das Batteriemanagementsystem 20 übermittelten Werte für Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit werden dabei von dem Batteriemanagementsystem 20 dafür verwendet, den Schwell- oder Sollwert so zu verändern, dass das Verhalten des Isolationswächters 30 gegenüber dem Batteriemanagementsystem 20 im Wesentlichen von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit unabhängig erscheint.
Alternativ oder zusätzlich zum Schwell- oder Sollwert kann der zugeführte Temperaturmesswert und/oder der zugeführte Luftfeuchtigkeitsmesswert vom Batteriemanagementsystem 20 dazu verwendet werden, einen Kalibrierungsfaktor zu bestimmen und an den Isolationswächter 30 über die Verbindung 90 zu übermitteln. Der Isolationswächter 30 kann dann den übermittelten Kalibrierungsfaktor dazu verwenden, die Messung selbst zu kalibrieren, wobei der Schwell- oder Sollwert unverändert gelassen werden kann.
In der 2 ist ein weiteres beispielhaftes System 10 mit einem Batteriemanagementsystem 20 und einem Isolationswächter 30 gezeigt, wobei der Isolationswächter 30 mit dem Batteriemanagementsystem 20 über die Verbindung 80 verbunden ist. Der Isolationswächter 30 verfügt weiterhin über elektrische Verbindungen zu einer Hochspannungsquelle 40 und zu Masse 50. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Isolationswächter 30 zwei weitere Eingänge 60, 70, über die der Isolationswächter 30 mit Messvorrichtungen für Temperatur und/oder relative bzw. absolute Luftfeuchtigkeit verbunden werden kann. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Isolationswächter 30 einen einzigen Eingang, über den der Isolationswächter 30 mit einer Messvorrichtung für Temperatur und relative bzw. absolute Luftfeuchtigkeit verbunden werden kann.
Dabei ist der Isolationswächter 30 so ausgelegt, dass er über die Verbindung 80 zum Batteriemanagementsystem 20 ein Signal, zum Beispiel ein Fehlersignal, ausgibt, sobald ein elektrischer Widerstandswert zwischen der Hochspannungsquelle 40 und Masse 50 einen Schwellwert unterschreitet oder maßgeblich von einem Sollwert abweicht. Die über die weiteren Eingänge 60, 70 dem Isolationswächter 30 übermittelten Werte für Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit werden dabei von dem Isolationswächter 30 dafür verwendet, den Schwell- oder Sollwert so zu verändern, dass das Verhalten des Isolationswächters 30 gegenüber dem Batteriemanagementsystem 20 im Wesentlichen von Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit unabhängig erscheint.
Alternativ zum Schwell- oder Sollwert kann der zugeführte Temperaturmesswert und oder der zugeführte Luftfeuchtigkeitsmesswert dazu verwendet werden, die Messung selbst zu kalibrieren, wobei der Schwell- oder Sollwert unverändert gelassen werden kann. Natürlich ist es auch möglich, sowohl Messung als auch Schwellwert zu verändern, um Temperatur- und/oder Luftfeuchtigkeitsveränderungen Rechnung zu tragen.
Zu diesem Zwecke kann der Isolationswächter 30 des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels oder das Batteriemanagement 20 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels mit einer nicht in den Figuren gezeigten Speichervorrichtung ausgerüstet sein. In der Speichervorrichtung ist dabei der funktionelle Zusammenhang zwischen gemessenen, gegebenenfalls luftfeuchtigkeitskorrigierten Temperaturen zu Isolationswiderstandsschwell- oder Sollwerten beziehungsweise zu Kalibrierungsfaktoren hinterlegt. Eine solche Hinterlegung kann etwa in Form einer Tabelle sein, die eine Zuordnung von gemessenen, gegebenenfalls luftfeuchtigkeitskorrigierten Temperaturen zu Isolationswiderstandsschwell- oder Sollwerten beziehungsweise zu Kalibrierungsfaktoren erlaubt.
Die Messvorrichtung für Temperatur kann dabei zum Beispiel in der Batterie angeordnet sein. Misst nun die Messvorrichtung für Temperatur eine lokale Temperatur der Batterie, zum Beispiel 25° Celsius, die niedriger ist als eine andere Temperatur in einem anderen Bereich der Batterie, zum Beispiel 40° Celsius, so kann der Isolationswächter 30 oder das Batteriemanagementsystem 20 den Schwellwert an den gemessenen Temperaturwert anpassen, zum Beispiel auf 100 MOhm. Die höhere, andere Temperatur in dem anderen Bereich der Batterie führt in diesem Beispiel jedoch dazu, dass der gemessene Isolationswiderstand von dem so angepassten Schwellwert abweicht und beispielsweise bei 80 MOhm liegt. Dann kann der Isolationswächter 30 ein Signal an das Batteriemanagementsystem 20 schicken. Das Batteriemanagementsystem 20 kann die Randbedingungen, unter denen es zu dem Signal kam, zusammen mit dem Signal speichern und einem Fehler- oder Diagnosesystem zur Verfügung stellen. Dann erlaubt diese Anordnung die Feststellung einer thermischen Schwächung der Batterie durch lokale Erwärmung unter Last, auch wenn die Temperatur, auf die sich die Batterie lokal erwärmt hat, nicht direkt gemessen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19618897 A [0002]
WO 2012029214 A1 [0002]

Claims

Schaltungsanordnung (30) für eine Batterie, wobei die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstandswert aus einem ersten Messwert zu bestimmen, den bestimmten elektrischen Widerstandswert mit einem Schwell- oder Sollwert zu vergleichen und zumindest bei Unterschreiten des Schwell- oder Sollwertes durch den bestimmten elektrischen Widerstandswert ein Signal an einem Signalausgang der Schaltungsanordnung (30) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (30) mindestens einen Signaleingang (60, 70) für den Empfang eines Eingangssignals umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet ist, den Schwellwert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal zu verändern und/oder den elektrischen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem Eingangssignal aus dem ersten Messwert zu bestimmen.
Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal einen aus einem Temperaturmesswert gebildeten zweiten Messwert repräsentiert.
Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltungsanordnung (30) mindestens einen weiteren Signaleingang (60, 70) umfasst für den Empfang eines weiteren Eingangssignals, wobei das weitere Eingangssignal einen aus einem Luftfeuchtigkeitsmesswert gebildeten dritten Messwert repräsentiert und die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet ist, den Schwellwert auch in Abhängigkeit von dem weiteren Eingangssignal zu verändern und/oder den elektrischen Widerstandswert auch in Abhängigkeit von dem weiteren Eingangssignal aus dem ersten Messwert zu bestimmen.
Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 2, wobei die Schaltungsanordnung (30) eine Datenspeichervorrichtung zur Speicherung von Paaren von elektrischen Widerstandswerten und Temperaturwerten umfasst und ausgebildet ist, anhand des zweiten Messwertes und mindestens einem gespeicherten Wertepaar den Schwell- oder Sollwert zu bestimmen.
Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 3, wobei die Schaltungsanordnung (30) eine Datenspeichervorrichtung zur Speicherung von Paaren von elektrischen Widerstandswerten und Temperaturwerten umfasst und ausgebildet ist, aus dem zweiten Messwert mithilfe des dritten Messwerts einen luftfeuchtigkeitsstandardisierten Temperaturwert zu bestimmen und mithilfe des luftfeuchtigkeitsstandardisierten Temperaturwerts und mindestens einem gespeicherten Wertepaar den Schwell- oder Sollwert zu bestimmen.
Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 1, wobei das Eingangssignal einen Zielschwell- oder Sollwert repräsentiert und die Schaltungsanordnung (30) ausgebildet ist, den Schwell- oder Sollwert so zu verändern, dass er dem Zielschwell- oder Sollwert entspricht.
Batteriemanagementsystem (20) für eine Schaltungsanordnung (30) nach Anspruch 6, wobei das Batteriemanagementsystem (20) einen ersten Signaleingang umfasst, der mit dem Signalausgang der Schaltungsanordnung (30) verbindbar ist, und wobei das Batteriemanagementsystem (20) einen zweiten Signaleingang umfasst für den Empfang eines Messwertsignals, das einen aus einem Temperaturmesswert gebildeten Messwert repräsentiert, wobei das Batteriemanagementsystem (20) ausgebildet ist, den Zielschwell- oder Sollwert in Abhängigkeit von dem Temperaturmesswert zu bestimmen, den Zielschwell- oder Sollwert durch ein Ausgangssignal zu repräsentieren und das Ausgangssignal an einem Signalausgang zur Verfügung zu stellen, wobei der Signalausgang des Batteriemanagementsystems (20) mit dem Signaleingang der Schaltungsanordnung (30) verbindbar ist.
System (10) umfassend eine Batterie (40) und eine Schaltungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Batterie (40) eine Temperaturmessvorrichtung zur Ermittlung eines Temperaturmesswerts und die Temperaturmessvorrichtung einem Signalausgang zur Ausgabe eines Messwertsignals umfasst, wobei das Messwertsignal den ermittelten Temperaturmesswert repräsentiert und der Signalausgang der Temperaturmessvorrichtung mit dem Signaleingang der Schaltungsanordnung (30) verbunden ist.
System (10) umfassend eine Batterie (40) und ein Batteriemanagementsystem (20) nach Anspruch 7, wobei die Batterie (40) eine Temperaturmessvorrichtung zur Ermittlung eines Batterietemperaturmesswerts umfasst, wobei die Temperaturmessvorrichtung einen Signalausgang zur Ausgabe eines Temperaturmesswertsignals umfasst, wobei das Temperaturmesswertsignal den ermittelten Temperaturmesswert repräsentiert und der Signalausgang der Temperaturmessvorrichtung mit dem zweiten Signaleingang des Batteriemanagementsystems (20) verbunden ist.
Kraftfahrzeug mit einem System (10) nach Anspruch 8 oder 9.