DE102014205104A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung (UCell) einer Batterie (10), und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung (2), die eingerichtet ist, die Batteriespannung (UCell) zu messen. Dabei erfolgt ein Zuschalten eines Kondensators (3) zwischen einen ersten Messkontakt (6) der Spannungsmessvorrichtung und einen zweiten Messkontakt (7) der Spannungsmessvorrichtung (2), ein Messen mehrerer Spannungsmesswerte durch die Spannungsmessvorrichtung (2) an bestimmten Messzeitpunkten nach dem Zuschalten des Kondensators (3), wobei zumindest einer der Spannungsmesswerte in einem Zeitraum erfasst wird, in dem ein Aufladen des Kondensators (3) erfolgt, und ein Bestimmen der Batteriespannung (UCell) und/oder des Messfehlers basierend auf dem zumindest einem Spannungsmesswert, dem zugehörigen Messzeitpunkt sowie zumindest einem Spannungswert einer Kondensatorladekurve, die einen Ladevorgang des Kondensators (3) zu diesem Messzeitpunkt beschreibt, oder basierend auf einer Kondensatorladegleichung (G1), die mittels zumindest zweier Spannungsmesswerte und den zugehörigen Messzeitpunkten ermittelt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung.
  • Für Batteriesteuerungen, insbesondere für Batteriesteuerungen in Lithium-Ionen Batterien, ist es notwendig, eine Batteriespannung sicher zu erfassen. In der Regel bedeutet dies eine Risikominimierungseinstufung nach ASIL B bis ASIL D.
  • Um die entsprechenden Sicherheitsanforderungen beim Erfassen der Batteriespannung zu gewährleisten sind unterschiedliche Methoden bekannt.
  • Dazu gehört zum einen eine redundante Auslegung der Spannungsmessvorrichtung durch duplizieren des Spannungserfassungs-ICs. Eine solche redundante Auslegung ist jedoch kostenintensiv und ist mit einem hohen Aufwand bezüglich der Datenkommunikation verbunden.
  • Des Weiteren ist eine diversitäre Auslegung der Spannungsmessvorrichtung über Dekomposition in zwei unterschiedliche Pfade möglich. Typischerweise wird dabei ein Komparator pro Batteriespannungskanal verwendet, der gleichzeitig zu der Batteriespannungsmessung ein Überspannungs- oder Unterspannungssignal generiert. Dieses Signal kann dann z.B. über einen CPLD entprellt werden und löst danach einen Abschaltpfad aus. Ein solches System ist jedoch unflexibel. Die Hardware-Schwellen der Komparatoren können nur einmal pro Fahrzyklus geändert werden und sind schwer und insbesondere teuer zu überprüfen. Integrierte Komparatoren, wie sie in manchen Spannungserfassungs-ICs zu finden sind, können nicht alle Fehler, wie z.B. gebrochene Leitungen oder Leckströme, finden.
  • Ferner sind einkanalige Auslegungen bekannt, in denen sämtliche Fehlermoden bekannt sind und durch externe Diagnosen erkannt werden können. Mit aktuellen Chips (z.B. TI 536) ist es auch hierbei derzeit nicht möglich, alle Fehlermoden zu finden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie, und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung, die eingerichtet ist, die Batteriespannung zu messen, umfasst ein Zuschalten eines Kondensators zwischen einen ersten Messkontakt der Spannungsmessvorrichtung und einen zweiten Messkontakt der Spannungsmessvorrichtung, ein Messen mehrerer Spannungsmesswerte durch die Spannungsmessvorrichtung an bestimmten Messzeitpunkten nach dem Zuschalten des Kondensators, wobei zumindest einer der Spannungsmesswerte in einem Zeitraum erfasst wird, in dem ein Aufladen des Kondensators erfolgt, und ein Bestimmen der Batteriespannung und/oder des Messfehlers basierend auf dem zumindest einem Spannungsmesswert, dem zugehörigen Messzeitpunkt sowie zumindest einem Spannungswert einer Kondensatorladekurve, die einen Ladevorgang des Kondensators zu diesem Messzeitpunkt beschreibt, oder basierend auf einer Kondensatorladegleichung, die mittels zumindest zweier Spannungsmesswerte und den zugehörigen Messzeitpunkten ermittelt wird. Die Kondensatorladegleichung ist dabei eine Gleichung, die einen Ladevorgang des Kondensators beschreibt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung, die eingerichtet ist, die Batteriespannung zu messen, umfasst eine Spannungsmessvorrichtung, die eingerichtet ist, eine Batteriespannung einer Batterie zu messen, einen Kondensator, eine Schaltvorrichtung, die eingerichtet ist, den Kondensator zwischen einen ersten Messkontakt der Spannungsmessvorrichtung und einen zweiten Messkontakt der Spannungsmessvorrichtung zu schalten, und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Somit kann überprüft werden, ob der gesamte Batteriespannungserfassungspfad noch korrekt funktioniert. Dabei kann eine einkanalige Messung noch immer preisgünstig nach ASIL C ausgeführt werden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bevorzugt wird die Batteriespannung bestimmt, indem ein Auswählen einer Kondensatorladekurve aus einer Anzahl vorgegebener Kondensatorladekurven basierend auf dem zumindest einem gemessenen Spannungsmesswert und dem zugehörigen Messzeitpunkt erfolgt, wobei jede der vorgegebenen Kondensatorladekurven einen Ladevorgang des Kondensators (3) für jeweils eine bestimmte Batteriespannung beschreibt. Somit erfolgt eine Approximation der Batteriespannung. Die benötigte Rechenleistung zum Bestimmen der Batteriespannung wird verringert.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die vorgegebenen Kondensatorladekurven zu einem Messzeitpunkt unterschiedliche Spannungswerte aufweisen, wobei der Unterschied zwischen den jeweiligen Spannungswerten größer ist als eine typische Messungenauigkeit der Spannungsmessvorrichtung. Somit kann eine sichere Auswahl der korrekten Kondensatorladekurve erreicht werden.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Fehler in einem Spannungsmesspfad der Spannungsmessvorrichtung als gegeben betrachtet wird, wenn die gemessenen Spannungsmesswerte nicht auf einer vorgegebenen Kondensatorladekurve liegen. Damit wird eine besonders einfache Einschätzung der Funktionsfähigkeit des Spannungsmesspfades bei minimaler benötigter Rechenleistung erzielt.
  • Ebenso vorteilhaft ist es, wenn alle Spannungsmesswerte in einem Zeitraum gemessen werden, in dem ein Aufladen des Kondensators erfolgt. Somit kann die für das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Zeit minimiert werden.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Kondensator über einen Widerstand aufgeladen wird. Dadurch wird eine Ladegeschwindigkeit des Kondensators verringert und eine Spannungsänderung während dem Messen der Spannungswerte verringert. Eine präzisere Messung der Spannungswerte wird ermöglicht. Zudem wird ermöglicht, die Zahl der gemessenen Spannungswerte zu erhöhen.
  • Eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung ist vorteilhaft, da eine solche besonders hohe Sicherheitsanforderungen kostengünstig erfüllt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
  • 1 eine Batterie mit einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 ein Diagramm, das mehrere vorgegebene Kondensatorladekurven zeigt, und
  • 3 ein Diagramm, das eine Differenzspannung zwischen zwei der vorgegebenen Kondensatorladekurven zeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Batterie 10 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Batteriespannung UCell der Batterie 10 und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung 2, die eingerichtet ist, die Batteriespannung UCell zu messen.
  • Die Batteriespannung Ucell ist in dieser ersten Ausführungsform die Ausgangsspannung einer Batteriezelle 11. Die Batteriezelle 11 ist beispielsweise eine Lithium-Ionen-Zelle. In anderen Ausführungsformen kann die Batteriespannung Ucell auch eine Spannung sein, die aus einer Serien- und/oder Parallelschaltung mehrerer Batteriezellen resultiert.
  • Ein positiver Pol der Batteriezelle 11 ist über einen Widerstand 4 mit einem ersten Messkontakt 6 der Spannungsmessvorrichtung 2 elektrisch leitfähig verbunden. Ein negativer Pol der Batteriezelle 11 ist mit einem zweiten Messkontakt 7 der Spannungsmessvorrichtung 2 elektrisch leitfähig verbunden. Ein erster Kontakt eines Kondensators 3 ist elektrisch leitfähig mit dem ersten Messkontakt 6 verbunden. Ein zweiter Kontakt des Kondensators 3 ist elektrisch leitfähig mit einem ersten Kontakt einer Schaltvorrichtung 5 verbunden. Die Schaltvorrichtung 5 ist in dieser ersten Ausführungsform ein Feldeffekttransistor und der erste Kontakt der Schaltvorrichtung ist ein Source-Kontakt des Feldeffekttransistors. In anderen Ausführungsformen können auch alle anderen Arten von elektrischen oder mechanischen Schaltern als Schaltvorrichtung 5 eingesetzt werden. Ein zweiter Kontakt der Schaltvorrichtung 5 ist elektrisch leitfähig mit dem zweiten Messkontakt 7 der Spannungsmessvorrichtung 2 verbunden. Der zweite Kontakt der Schaltvorrichtung 5 ist in dieser ersten Ausführungsform ein Drain-Kontakt des Feldeffekttransistors. Ein Steuer-Kontakt der Schaltvorrichtung 5, in dieser ersten Ausführungsform ein Gate-Kontakt des Feldeffekttransistors, ist elektrisch leitfähig mit einer Steuereinheit 8 verbunden. Die Steuereinheit 8 ist eine elektronische Recheneinheit, die ebenfalls mit der Spannungsmessvorrichtung 2 gekoppelt ist, um von dieser Spannungsmesswerte zu beziehen. Die Spannungsmesswerte beschreiben jeweils eine Messspannung UMess, die zwischen dem ersten Messkontakt 6 und dem zweiten Messkontakt 6 zu einem zugehörigen Messzeitpunkt anliegt.
  • In einem ersten Betriebsmodus der Batterie 10 ist die Schaltvorrichtung 5 in einen offenen Schaltzustand geschaltet. In diesem ersten Betriebsmodus der Batterie 10 wird die Batteriespannung UCell durch die Spannungsmessvorrichtung 2 gemessen. Dabei wird ein Spannungsabfall der Batteriespannung UCell über den Widerstand 4 durch die Spannungsmessvorrichtung 2 berücksichtigt.
  • In einem zweiten Betriebsmodus der Batterie 10 wird die Schaltvorrichtung 5 von der Steuereinheit 8 in einem geschlossenen Zustand geschaltet. Somit wird der Kondensator zwischen den ersten Messkontakt 6 der Spannungsmessvorrichtung 2 und den zweiten Messkontakt 7 der Spannungsmessvorrichtung 2 geschaltet. In diesem zweiten Betriebsmodus der Batterie 10 wird die Batteriespannung UCell der Batterie 10 und ein Messfehler der Spannungsmessvorrichtung 2 bestimmt. Die Schaltvorrichtung 5 schaltet den Kondensator 3 also parallel zu der Batteriezelle 11 und sorgt damit für einen Einbruch der Batteriespannungsmessung. Danach lädt sich der Kondensator 3 abhängig von der Batteriespannung UCell wieder auf.
  • Dabei werden nach dem Zuschalten des Kondensators 3 zwischen den ersten Messkontakt 6 und den zweiten Messkontakt 7 mehrere Spannungsmesswerte durch die Spannungsmessvorrichtung 2 an bestimmten Messzeitpunkten gemessen. Die Spannungsmesswerte werden an die Steuereinheit 8 übertragen. Die bestimmten Messzeitpunkte sind Zeitpunkte, die vorzugsweise durch einen zeitlichen Abstand zu dem Vorgang des Zuschaltens des Kondensators 3 definiert sind. Diese Zeitpunkte könnten beispielsweise anhand einer typischen Ladezeit des Kondensators 3 definiert werden. Die bestimmten Messzeitpunkte sind dabei so gewählt, dass zumindest einer der Spannungsmesswerte in einem Zeitraum erfasst wird, in dem ein Aufladen des Kondensators erfolgt. Dabei gilt der Kondensator als aufgeladen, wenn er 99% seines maximalen Ladezustandes erreicht hat. In der hier beschriebenen ersten Ausführungsform wird ein erster Spannungsmesswerte UMess1 zu einem ersten Messzeitpunkt t1 gemessen und ein zweiter Spannungsmesswert UMess2 zu einem zweiten Messzeitpunkt t2 gemessen. Es werden also zwei Spannungsmesswerte erfasst. Um eine Messung zu den vorgegebenen Zeitpunkten zu ermöglichen, umfasst die Steuereinheit 5 einen Zeitgeber, der eine Zeit t bereitstellt, die seit dem Zuschalten des Kondensators 3 verstrichen ist.
  • In alternativen Ausführungsformen können die Messzeitpunkte auch durch das Eintreten vordefinierter Spannungswerte zwischen dem ersten Messkontakt 6 und den zweiten Messkontakt 7 definiert werden.
  • Im Folgenden wird durch die Steuereinheit 8 die Batteriespannung UCell und der Messfehler basierend auf einer Kondensatorladegleichung G1 für eine Kondensatorladekurve, die mittels zumindest zweier Spannungsmesswerte und den zugehörigen Messzeitpunkten gelöst. Dabei sind die gemessenen Spannungsmesswerte der erste und der zweite Spannungsmesswert UMess1, UMess2. Die zugehörigen Messzeitpunkte sind der erste und der zweite Messzeitpunkt t1, t2.
  • Eine Kondensatorladekurve wird durch die folgende Kondensatorladegleichung G1 beschrieben: UMess = Ucell·(1 – e–(t/(R·C)))±Uerr (G1)
  • Dabei ist der Messfehler durch eine Fehlerspannung Uerr beschrieben. Ein Widerstandswert R beschreibt den Widerstand 4 und ein Kapazitätswert C beschreibt den Kondensator 3. Sowohl der Widerstandswert R, als auch der Kapazitätswert C sind bekannt. Die an dem Kondensator 3 anliegende Spannung entspricht in dieser Ausführungsform der Messspannung UMess und ist daher, zumindest für die Messzeitpunkte, ebenfalls bekannt. Der Zeitwert t beschreibt die Zeit, die ab dem Zuschalten des Kondensators 3 verstrichen ist und wird somit durch den Zeitgeber bereitgestellt.
  • Die Zeit t, der Widerstandswert R und der Kapazitätswert C sind bekannt, also kann aus mindestens zwei Messungen auf die Batteriespannung Ucell und den Messfehler geschlossen werden. Da Streuungen in dem Kapazitätswert C und dem Widerstandswert R auftreten können, sind zusätzliche Messungen vorteilhaft, um dieses Fehler zu bestimmen.
  • Durch ein Einsetzen der bekannten Spannungsmesswerte, also den zuvor erfassten ersten und zweiten Spannungsmesswerten UMess1, UMess2 in die erste Gleichung G1 durch die Steuereinheit, ergibt sich ein lösbares Gleichungssystem aus zwei Gleichungen, wobei jede Gleichung zwei unbekannte Werte umfasst. Die beiden Unbekannten Werte sind zum einen die die Batteriespannung UCell und zum anderen die Fehlerspannung Uerr und somit der Messfehler.
  • Basierend auf dem bekannten erster Spannungsmesswert UMess1 zu dem ersten Messzeitpunkt t1 wird eine erste Gleichung G2 des Gleichungssystems aufgestellt: UMess1 = Ucell·(1 – e–(t1/(R·C)))±Uerr (G2)
  • Basierend auf dem bekannten zweiten Spannungsmesswert UMess2 zu dem zweiten Messzeitpunkt t2 wird eine zweite Gleichung G3 des Gleichungssystems aufgestellt: UMess2 = Ucell·(1 – e–(t2/(R·C)))±Uerr (G3)
  • Durch die erste Gleichung G2 und die zweite Gleichung G3 sind zwei unterschiedliche Punkte einer einzigen Kondensatorladekurve durch den ersten und den zweiten Spannungsmesswert UMess1, UMess2 sowie die zugehörigen Messzeitpunkte t1, t2 definiert. Die Batteriespannung UCell und der Messfehler werden somit basierend auf der Kondensatorladegleichung G1 bestimmt, die mittels zumindest zweier Spannungsmesswerte und den zugehörigen Messzeitpunkten gelöst wird.
  • Das aus der ersten Gleichung G2 und der zweiten Gleichung G3 bestehende Gleichungssystem wird durch die Steuereinheit 8 gelöst und somit die Batteriespannung Ucell und der Messfehler bestimmt.
  • Eine zweite Ausführungsform der Erfindung entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform, jedoch erfolgt das Bestimmen der Batteriespannung UCell und des Messfehlers basierend auf dem zumindest einem Spannungsmesswert, dem zugehörigen Messzeitpunkt sowie zumindest einem Spannungswert einer Kondensatorladekurve, die einen Ladevorgang des Kondensators 3 zu diesem Messzeitpunkt beschreibt.
  • Dazu wird die Batteriespannung Ucell bestimmt, indem ein Auswählen einer Kondensatorladekurve aus einer Anzahl vorgegebener Kondensatorladekurven basierend auf den gemessenen Spannungsmesswerten, also den zuvor erfassten ersten und zweiten Spannungsmesswerten UMess1, UMess2 und den zugehörigen Messzeitpunkten, also den ersten und zweiten Messzeitpunkten t1, t2, erfolgt, wobei jede der vorgegebenen Kondensatorladekurven einen Ladevorgang des Kondensators 3 für jeweils eine bestimmte Batteriespannung Ucell beschreibt.
  • Eine beispielhafte Gruppe vorgegebener Kondensatorladekurven ist in 2 gezeigt. Dabei ist jeder der vorgegebenen Kondensatorladekurven einer Batteriespannung UCell zugehörig und beschreibt eine Kondensatorspannung UC zwischen den beiden Kontakten des Kondensators 3 bei einem Aufladen des Kondensators 3 durch die zugehörigen Batteriespannung UCell nach dem Zuschalten des Kondensators 3. Die vorgegebenen Kondensatorladekurven beschreiben einen Ladevorgang des Kondensators 3, wie er bei einem Zuschalten des Kondensators 3 auftritt und auch gemessen werden kann, wenn kein Messfehler vorliegt.
  • Eine erste vorgegebene Kondensatorladekurve K1 zeigt den Verlauf der Kondensatorspannung UC bei einer Batteriespannung UCell von 3 Volt. Der Ladevorgang beginnt zu einem Zeitpunkt, der in dem Diagramm bei 0μs liegt. Die Kondensatorspannung UC steigt innerhalb eines Zeitraumes von 500μs auf die Batteriespannung UCell von 3V an.
  • Eine zweite vorgegebene Kondensatorladekurve K2 zeigt den Verlauf der Kondensatorspannung UC bei einer Batteriespannung UCell von 3,15 Volt. Der Ladevorgang beginnt zu einem Zeitpunkt, der in dem Diagramm bei 0μs liegt. Die Kondensatorspannung UC steigt innerhalb eines Zeitraumes von 500μs auf die Batteriespannung UCell von 3,15V an.
  • Eine dritte, vierte und fünfte vorgegebene Kondensatorladekurve K3 bis K5 zeigenden Verlauf der Kondensatorspannung UC bei einer Batteriespannung UCell von 3,3 Volt, 3,45 Volt und 3,6 Volt. Der Ladevorgang beginnt zu einem Zeitpunkt, der in dem Diagramm bei 0μs liegt. Die Kondensatorspannung UC steigt innerhalb eines Zeitraumes von 500μs jeweils auf die entsprechende Batteriespannung UCell von 3,3 Volt, 3,45 Volt bzw. 3,6 Volt an.
  • Um eine Kondensatorladekurve aus der Anzahl vorgegebener Kondensatorladekurven auszuwählen, wird von der Steuereinheit 8 zunächst ermittelt, welchen Spannungswert die einzelnen Kondensatorladekurven jeweils für den ersten Messzeitpunkt t1 beschreiben. Dies kann erfolgen, indem die entsprechenden Spannungswerte aus einer Tabelle ausgelesen werden. Diese Spannungswerte werden mit dem ersten Spannungsmesswert UMess1 verglichen. Es wird die Kondensatorladekurve ausgewählt, deren Spannungswert dem ersten Spannungsmesswert UMess1 am nächsten liegt. Die dieser ausgewählten Kondensatorladekurve zugehörige Batteriespannung UCell wird als gegeben angenommen. Die Zuverlässigkeit dieser Bestimmung wird weiter erhöht, wenn ein entsprechender Vergleich auf Basis des zweiten Spannungsmesswertes UMess2 für den zweiten Messzeitpunkt t2 zusätzlich durchgeführt wird.
  • Es ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel also nicht zwingend notwendig, den gesamten Verlauf der ersten bis fünften Kondensatorladekurve K1 bis K5 zu speichern, da lediglich Spannungswerte dieser Kondensatorladekurven zu dem ersten und zweiten Messzeitpunkt t1 und t2 benötigt werden.
  • Die somit ermittelte Batteriespannung UCell kann nun von der Steuereinheit genutzt werden, um das in der ersten Ausführungsform beschriebene Gleichungssystem zu lösen. Da die Zahl der unbekannten Werte reduziert wurde (UCell ist bereits bekannt), ist es ausreichend, lediglich eine der Gleichungen des Gleichungssystems zu lösen um auf den Messfehler zu schließen.
  • Um den Rechenaufwand weiter zu verringern kann die Fehlerspannung Uerr und somit der Messfehler bestimmt werden, indem eine Differenz zwischen dem ersten Spannungsmesswert UMess1 und dem für den zugehörigen ersten Messzeitpunkt t1 gegebenen Spannungswert der ausgewählten Kondensatorladekurve gebildet wird. Der Rechenaufwand wird dabei insbesondere verringert, da diese Differenz zumeist schon bei der Auswahl der Kondensatorladekurve von der Steuereinheit 8 errechnet wird.
  • Die vorgegebenen Kondensatorladekurven weisen zu einem gemeinsamen Messzeitpunkt unterschiedliche Spannungswerte auf, wobei der Unterschied zwischen den jeweiligen Spannungswerten größer als eine typische Messungenauigkeit der Spannungsmessvorrichtung ist. Der Unterschied zwischen den Spannungswerten der ersten vorgegebene Kondensatorladekurve K1 und der zweiten vorgegebene Kondensatorladekurve K2 innerhalb der ersten 100μs eines Aufladevorgangs des Kondensators 3 ist durch die in 3 dargestellte Kurve gezeigt. Es ist ersichtlich, dass eine Differenzspannung UD zwischen der ersten vorgegebenen Kondensatorladekurve K1 und der zweiten vorgegebene Kondensatorladekurve K2 zu einem Zeitpunkt 20μs nach dem Beginn des Ladevorgangs ca. 26mV beträgt, 40μs nach dem Beginn des Ladevorgangs ca. 45mV beträgt, 60μs nach dem Beginn des Ladevorgangs ca. 66mV beträgt und 80μs nach dem Beginn des Ladevorgangs ca. 82mV beträgt. Abhängig davon, zu welchem Zeitpunkt die Messung der Spannungsmesswerte erfolgt, ist also eine unterschiedliche Messgenauigkeit erforderlich. Erfolgt die Messung eines Spannungsmesswertes beispielsweise zu einem Zeitpunkt 20μs nach dem Beginn des Ladevorgangs, so ist in dieser Ausführungsform zumindest eine Messgenauigkeit von 13mV erforderlich, um eine sichere Unterscheidung der vorgegebenen Kondensatorladekurven zu ermöglichen. Erfolgt die Messung eines Spannungsmesswertes hingegen zu einem Zeitpunkt 40μs nach dem Beginn des Ladevorgangs, so ist in dieser Ausführungsform zumindest eine Messgenauigkeit von 25mV erforderlich, um eine sichere Unterscheidung der vorgegebenen Kondensatorladekurven zu ermöglichen.
  • Typischerweise dauert eine Messung eines Spannungsmesswertes 6–20 μs. Die Ladedauer des Kondensators 3 liegt typischerweise bei 200–500μs. Es ist also möglich, mindestens 3 bis 5 Messungen durchzuführen und somit 3 bis 5 Spannungsmesswerte während eines Aufladevorgangs des Kondensators 3 durchzuführen. Die Spannungsmesswerte werden dann mit den vorgegebenen Kondensatorladekurven verglichen und die Batteriespannung UCell wird zumindest approximiert. Bei einer typischen Messungenauigkeit (Messfehler) von ca. 5mV kann die Batteriespannung UCell z.B. mit einer Genauigkeit von 50mV oder besser bestimmt werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Batteriespannung (UCell) einer Batterie (10), und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung (2), die eingerichtet ist, die Batteriespannung (UCell) zu messen, umfassend: – Zuschalten eines Kondensators (3) zwischen einen ersten Messkontakt (6) der Spannungsmessvorrichtung und einen zweiten Messkontakt (7) der Spannungsmessvorrichtung (2); – Messen zumindest eines Spannungsmesswertes durch die Spannungsmessvorrichtung (2) an bestimmten Messzeitpunkten nach dem Zuschalten des Kondensators (3), wobei zumindest einer der Spannungsmesswerte in einem Zeitraum erfasst wird, in dem ein Aufladen des Kondensators (3) erfolgt; und – Bestimmen der Batteriespannung (UCell) und/oder des Messfehlers basierend auf dem zumindest einem Spannungsmesswert, dem zugehörigen Messzeitpunkt sowie zumindest einem Spannungswert einer Kondensatorladekurve, die einen Ladevorgang des Kondensators (3) zu diesem Messzeitpunkt beschreibt, oder basierend auf einer Kondensatorladegleichung (G1), die mittels zumindest zweier Spannungsmesswerte und den zugehörigen Messzeitpunkten gelöst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriespannung (UCell) bestimmt wird, indem ein Auswählen einer Kondensatorladekurve aus einer Anzahl vorgegebener Kondensatorladekurven basierend auf dem zumindest einem gemessenen Spannungsmesswert und dem zugehörigen Messzeitpunkt erfolgt, wobei jede der vorgegebenen Kondensatorladekurven einen Ladevorgang des Kondensators (3) für jeweils eine bestimmte Batteriespannung beschreibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Kondensatorladekurven zu einem Messzeitpunkt unterschiedliche Spannungswerte aufweisen, wobei der Unterschied zwischen den jeweiligen Spannungswerten größer ist als eine typische Messungenauigkeit der Spannungsmessvorrichtung.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler in einem Spannungsmesspfad der Spannungsmessvorrichtung (2) als gegeben betrachtet wird, wenn die gemessenen Spannungsmesswerte nicht auf einer vorgegebenen Kondensatorladekurve liegen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Spannungsmesswerte in einem Zeitraum gemessen werden, in dem ein Aufladen des Kondensators (3) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator über einen Widerstand (4) aufgeladen wird.
  7. Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Batteriespannung (UCell) einer Batterie (10) und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung (2), die eingerichtet ist, die Batteriespannung (UCell) zu messen, umfassend, – die Spannungsmessvorrichtung (2), die eingerichtet ist, die Batteriespannung (UCell) der Batterie (10) zu messen, – einen Kondensator (3), – eine Schaltvorrichtung (5, die eingerichtet ist, den Kondensator (3) zwischen einen ersten Messkontakt (6) der Spannungsmessvorrichtung und einen zweiten Messkontakt (7) der Spannungsmessvorrichtung (2) zu schalten, – eine Steuereinheit (8), die eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
  8. Batterie mit einer Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung (2) nach Anspruch 7.
DE102014205104.5A 2014-03-19 2014-03-19 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Batteriespannung einer Batterie und/oder eines Messfehlers einer Spannungsmessvorrichtung Pending DE102014205104A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109477865A (zh) * 2016-04-18 2019-03-15 Avl迪泰斯特有限公司 确定电气系统与测量系统的电触点接通

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6348798B1 (en) * 2000-12-05 2002-02-19 Alpha Smart, Inc. Analog to digital voltage measuring device
DE102012215061A1 (de) * 2012-08-24 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einer Mehrzahl von Batterien sowie zugehöriges Verfahren zur Plausibilisierung von Batteriestrommessungen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6348798B1 (en) * 2000-12-05 2002-02-19 Alpha Smart, Inc. Analog to digital voltage measuring device
DE102012215061A1 (de) * 2012-08-24 2014-02-27 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem mit einer Mehrzahl von Batterien sowie zugehöriges Verfahren zur Plausibilisierung von Batteriestrommessungen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109477865A (zh) * 2016-04-18 2019-03-15 Avl迪泰斯特有限公司 确定电气系统与测量系统的电触点接通
CN109477865B (zh) * 2016-04-18 2021-03-02 Avl迪泰斯特有限公司 用于确定电气系统与测量系统的电接触导通的方法和设备

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