DE102015111003A1

DE102015111003A1 - Diagnose einer Erfassungsschaltung für Batteriezellenspannung

Info

Publication number: DE102015111003A1
Application number: DE102015111003.2A
Authority: DE
Inventors: Andrew C. Baughman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN105319506A; US9857431B2; CN105319506B; DE102015111003B4; US20160025815A1

Abstract

Ein System und ein Verfahren werden offenbart, um eine Schaltungsunterbrechung einer Erfassungsplatine für Zellenspannungen zu diagnostizieren. Die Platine enthält für jede Zelle einen Leitungsausgleichswiderstand, einen Leitungserfassungswiderstand und ein Gate. Jedes Gate verbindet einen gegebenen Leitungsausgleichswiderstand mit einer entsprechenden Zelle und trennt ihn von dieser. Eine Zellenspannung wird für eine gewählte Batteriezelle gemessen und ein Controller stellt fest, ob die gewählte Batteriezelle eine oberste oder eine unterste Zelle im Batteriestapel ist. Ein Leitungserfassungswiderstandswert wird für die gewählte Batteriezelle unter Verwendung eines ersten Satzes von Gleichungen berechnet, wenn die gewählte Batteriezelle die oberste Zelle ist, unter Verwendung eines zweiten Satzes von Gleichungen berechnet, wenn die gewählte Batteriezelle die unterste Zelle ist, und unter Verwendung eines dritten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle keine davon ist. Eine Steuerungsmaßnahme wird ausgeführt, wenn der berechnete Leitungserfassungswiderstandswert einen kalibrierten Widerstandsschwellenwert überschreitet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Diagnose einer Erfassungsschaltung für Batteriezellenspannungen.
HINTERGRUND
Bestimmte Fahrzeuge werden mit Hilfe von elektrischer Hochspannungsenergie vorangetrieben. Zum Beispiel weisen Hybridelektrofahrzeuge, Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge mit vergrößerter Reichweite typischerweise einen oder mehrere hybride und rein elektrische Betriebsmodi auf. Ein wiederaufladbarer Batteriestapel mit mehreren Batteriezellen wird verwendet, um die zum Antreiben eines oder mehrerer elektrischer Antriebsmotoren des Vortriebssystems des Fahrzeugs benötigte elektrische Energie abwechselnd zu speichern und zu liefern. Elektrische Parameter der einzelnen Batteriezellen werden mit Hilfe einer oder mehrerer Zellenerfassungsplatinen für verschiedene Steuerungszwecke periodisch überwacht, welche das Ausgleichen der Zellenladung und das Verwenden als Eingabeparameter für eine Antriebsstrangregelung und/oder für eine Hybridmodus-Auswahllogik umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird hier ein Verfahren offenbart, um eine Erfassungsplatine für Zellenspannungen zu diagnostizieren. Das Verfahren sucht speziell nach Messwerten, die unterbrochenen Zellenspannungserfassungsdrähten entsprechen. In einer speziellen Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass die Erfassungsplatine für Zellenspannungen mit Batteriezellen eines Batteriestapels verbunden wird. Der Batteriestapel kann alle für einen gegebenen Batteriepack verfügbaren Batteriezellen enthalten, aber er enthält typischerweise eher nur eine Teilmenge der verfügbaren Batteriezellen. Die Erfassungsplatine für Zellenspannungen enthält für jede der Batteriezellen einen Erfassungsleitungswiderstand, einen Leitungsausgleichswiderstand und ein Tor bzw. Gate, wobei eine Betätigung des Gates den Leitungsausgleichswiderstand mit einer entsprechenden der Batteriezellen verbindet und von dieser trennt. Das Gate kann ein Halbleiterschalter oder eine andere geeignete Schaltvorrichtung sein, die beispielsweise auf einem anwendungsspezifischen integrierten Chip (ASIC) positioniert ist.
Das Verfahren umfasst, dass eine Zellenspannung mit Hilfe der Erfassungsplatine für Zellenspannungen für eine gewählte der Batteriezellen gemessen wird und dass dann festgestellt wird, ob die gewählte Batteriezelle eine oberste oder eine unterste Batteriezelle in dem speziellen Batteriestapel ist, der gerade getestet wird, wobei ”oberste” und ”unterste” die relativen Positionen der Batteriezellen innerhalb des Batteriestapels bezeichnen. Das Verfahren umfasst außerdem, dass ein äquivalenter Widerstandswert für den Erfassungsleitungswiderstand für die gewählte Batteriezelle mit Hilfe eines Controllers unter Verwendung eines ersten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle die oberste Zelle ist, unter Verwendung eines zweiten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle die unterste Zelle ist, und unter Verwendung eines dritten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle weder die oberste Zelle noch die unterste Zelle ist, berechnet wird. Dann vergleicht der Controller den berechneten äquivalenten Widerstandswert mit einem kalibrierten Widerstandsschwellenwert und führt danach eine Steuerungsmaßnahme mit Bezug auf die Erfassungsplatine für Zellenspannungen aus, wenn der berechnete äquivalente Widerstandswert den kalibrierten Widerstandsschwellenwert überschreitet.
Das Messen einer Zellenspannung umfasst, dass das Gate geschlossen wird, welches der gewählten Batteriezelle entspricht, beispielsweise mit Hilfe des Übertragens eines Ausgabesignals von dem Controller an das Gate. Das Messen der Zellenspannung findet nur statt, wenn eine Zellenstrom-Ausgleichsoperation nicht aktiv ist.
Der erste, zweite und dritte Satz von Gleichungen kann jeweils zwei verschiedene Gleichungen enthalten. Bei diesem Ansatz umfasst das Berechnen des äquivalenten Widerstandswerts das Lösen beider Gleichungen und dann das Verwenden des Maximalwerts der zwei Lösungen, um den Schwellenwertvergleich auszuführen.
Die Steuerungsmaßnahme kann umfassen, dass ein Diagnosecode in einem Speicher des Controllers aufgezeichnet wird, wenn ein Schaltungsunterbrechungsfehler detektiert wird, dass das Verwenden von Daten für die gewählte Batteriezelle verhindert wird und/oder dass die Verwendung der gewählten Batteriezelle temporär deaktiviert wird.
Es wird auch ein System offenbart, das eine Erfassungsplatine für Zellenspannungen und einen Controller enthält. Die Erfassungsplatine für Zellenspannungen, welche mit mehreren Batteriezellen eines Batteriestapels verbunden werden kann, enthält für jede Batteriezelle in dem Stapel einen Leitungsausgleichswiderstand, einen Erfassungsleitungswiderstand und ein Gate, das den Leitungsausgleichswiderstand mit einer entsprechenden der Batteriezellen verbindet und davon trennt. Der Controller ist programmiert, um das vorstehend erwähnte Verfahren auszuführen.
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile werden sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung ergeben, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Systems mit einem Batteriestapel mit mehreren Batteriezellen, mit einer Erfassungsplatine für Batteriezellenspannungen und mit einem Controller, wie hier beschrieben ist.
2 ist eine Zeitaufzeichnung von Steuerungssignalen des Controllers von 1, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen ist und der Signalzustand auf der vertikalen Achse aufgetragen ist.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren der Erfassungsplatine für Batteriezellenspannungen mit Hilfe des Controllers von 1 beschreibt.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist in 1 ein System 10 schematisch gezeigt. Das System 10 enthält ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (ESS) 12 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 14. Das System 10 enthält außerdem eine Erfassungsplatine für Zellenspannungen (CVSB) 16 und einen Controller (C) 20. Der Controller 20 ist programmiert, um Anweisungen auszuführen, die ein Verfahren 100 verkörpern, wobei ein Beispiel dafür nachstehend mit Bezug auf 3 beschrieben wird, um dadurch das Verhalten der CVSB 16 zu diagnostizieren. Insbesondere wird das Verfahren 100 ausgeführt, um festzustellen, ob es eine unterbrochene Leitung oder eine andere Schaltungsunterbrechung zwischen einer gegebenen der Batteriezellen 14 und der CVSB 16 gibt. Der Controller 20 verwendet Daten von existierenden Sensoren, um einen äquivalenten Leitungswiderstandswert für jede der Batteriezellen 14 des ESS 12 zu berechnen, wobei er dies unter Verwendung von weniger intrusiven Datenlesevorgängen als existierende Diagnoseansätze durchführt.
Insbesondere werden die hier verwendeten Daten gemessen, wenn eine erfasste Zellenspannung relativ zu einer Spannungsquelle eine niedrige Impedanz aufweist, d. h. jede der Batteriezellen 14, auch beim Vorhandensein eines Schaltungsunterbrechungsfehlers. Ein Ziel des vorliegenden Verfahrens 100 besteht darin, die unzuverlässige Detektion derartiger elektrischer Fehler zu vermeiden und folglich Fälle mit falschen Fehlermeldungen zu minimieren. Anders als bestimmte Ansätze zum Diagnostizieren von Schaltungsunterbrechungen in einer Erfassungsplatine für Zellenspannungen wie etwa der CVSB 16 von 1 erfordert es das vorliegende Verfahren 100 nicht, dass die Zellenspannungen von benachbarten Batteriezellen 14 alle ausgeglichen werden, bevor ein Lesen mit ”alle Gates ausgeschaltet” ausgeführt wird, um einen tatsächlichen Leitungsschaltungsunterbrechungsfehler zu detektieren.
Das in 1 gezeigte ESS 12 kann mit einer ausreichenden Zahl der Batteriezellen 14 ausgestaltet sein, um die benötigte elektrische Hochspannungsenergie für eine gegebene Funktion zu speichern, etwa für das Antreiben eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs. In einer typischen Fahrzeugvortriebsausführungsform können beispielsweise zwischen 24 und 112 der Batteriezellen 14 beim Aufbau des ESS 12 verwendet werden, wobei jede Batteriezelle 14 in einer derartigen Ausführungsform auf 3–4 VDC ausgelegt ist. Zur Einfachheit der Veranschaulichung sind in 1 nur vier Batteriezellen 14 gezeigt, um einen Batteriestapel 15 zu repräsentieren, wobei mehrere Batteriestapel 15 kombiniert werden, um einen typischen Batteriepack für das ESS 12 mit einem gewünschten Betrag an DC-Ausgangsspannung auszubilden. Die Batteriezellen 14 können als Lithium-Ionen-Zellen, Nickel-Metallhydrid-Zellen oder als andere wiederaufladbare chemische Zellen ausgeführt sein, welche die erforderliche Leistungsdichte sowie beliebige benötigte leitende Verbindungsstromschienen und eine Batteriestützstruktur bereitstellen.
Die CVSB 16 von 1 enthält verschiedene normale Erfassungsleitungswiderstände 17, die jeweils einen normalen Erfassungsleitungswiderstandswert R_S aufweisen, einen oder mehrere Zellenausgleichswiderstände 21 mit jeweils einem Leitungsausgleichswiderstandswert R_b und Gates G, beispielsweise Festkörperschalter in der Form von Relais oder Schützen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der normale Leitungsausgleichswiderstandswert R_b 5,1 Ω sein. Ein derartiger Wert ist für die oben erwähnten repräsentativen nicht einschränkenden Zellenspannungen von 3–4 VDC gut geeignet, aber er kann mit der Konstruktion variieren, ohne von dem beabsichtigten erfinderischen Umfang abzuweichen.
Die Gates G und die zugehörigen ± Spannungskontakte 23, welche die positive (+) und negative (–) Spannung für eine gegebene Batteriezelle 14 führen, können wie gezeigt auf einem anwendungsspezifischen integrierten Chip (ASIC) 18 liegen, wobei das Schließen oder Öffnen von einigen oder allen der Gates G in Ansprechen auf das Übertragen von Ausgabesignalen (CC_o) von dem Controller 20 an den ASIC 18 und damit an die Gates G stattfindet. Das Vorhandensein auf dem ASIC 18 ist im Umfang des vorliegenden Verfahrens 100 nicht notwendig, da einige oder alle Funktionen beispielsweise auf einem Mikroprozessor liegen können. Folglich stehen die Gates G in Kommunikation mit einem Controller 20 und sie sprechen unabhängig voneinander auf die Ausgabesignale (CC_o) von dem Controller 20 beim Ausführen des nachstehend erläuterten Verfahrens 100 an. Für einen Batteriestapel 15 kann der Controller 20 in einer Testschleife jedes zweite Gate G öffnen, diese dann schließen und die verbleibenden Gates G öffnen, so dass jede zweite Batteriezelle 14 zu einem gegebenen Zeitpunkt gemeinsam getestet wird.
Immer noch mit Bezug auf 1 führt der Controller 20 das Diagnoseverfahren 100 aus, um das Verhalten der CVSB 16 periodisch zu diagnostizieren. Der Controller 20 kann als Digitalcomputer ausgestaltet sein, der einen Prozessor (P) und einen Speicher (M) aufweist, welcher einen konkreten nicht vorübergehenden Speicher umfasst, beispielsweise einen optischen und/oder magnetischen Festwertspeicher (ROM) sowie einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM). Der Controller 20 enthält einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber (T) sowie Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltungen (A/D- und D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (I/O) und Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Beliebige Algorithmen oder ein von einem Computer ausführbarer Code, der im Controller 20 vorhanden ist oder für diesen zugänglich ist, und der einen beliebigen Code oder Anweisungen umfasst, die zum Implementieren des Verfahrens 100 notwendig sind, können im Speicher (M) gespeichert und von dem Prozessor (P) automatisch ausgeführt werden, um das Verhalten der CVSB 16 fortlaufend zu diagnostizieren.
Unter kurzer Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte zeitliche Aufzeichnung 30 dargestellt, wobei ein Logiktestzustand (S) auf der vertikalen Achse aufgetragen ist und die Zeit (t) auf der horizontalen Achse aufgetragen ist. Der Controller 20 ist programmiert, um einen Schaltungsunterbrechungsfehler zu erfassen, aber es kann eine andere Logik ausgeführt werden, die eine Steuerung der in 1 gezeigten Gates G benötigt. Zum Beispiel können für eine andere Steuerungslogik, die hier nicht beschrieben ist, einige oder alle Gates G auf offen oder geschlossen befohlen werden, etwa zum Ausführen von Strom- oder Ladungsausgleichsoperationen der Batteriezellen 14. Dieser Modus ist in 2 durch Stromausgleichsimpulse (CB-Impulse) 33 dargestellt.
Die Zeitspanne, die sich vom Zeitpunkt t₀ bis zum Abschluss eines ersten der CB-Impulse 33 erstreckt, ist als Δt₁ dargestellt und kann in der Größenordnung von 100–200 ms liegen. Der Controller 20 führt eine Diagnoseabtastung (Pfeile 32) beim Ausführen des Verfahrens 100 innerhalb der Zeitspanne Δt₂ aus, während welcher die CB-Impulse 33 nicht aktiv sind, d. h. unmittelbar nach t₀, t₁, t₂, t₃ usw., wobei die Abtastungszeitspanne der Zeitspanne Δt₂ wesentlich kürzer als diejenige der Zeitspanne Δt₁ ist. Als beispielhafte Ausführungsform beträgt die Zeitspanne Δt₁ 100–200 ms, wenn die Zeitspanne Δt₂ 5–20 ms beträgt. Der Controller 20 kann programmiert sein, um eine vollständige Abtastung aller Batteriezellen 14 der CVSB 16 innerhalb der kürzeren Zeitspanne Δt₂ abzuschließen.
Mit Bezug auf 3 in Verbindung mit 1 beginnt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 bei Schritt 102. Bei Schritt 102 stellt der Controller 20 fest, ob eine Zellenausgleichsoperation aktiv ist. Wie in 2 mit Hilfe der Zellenausgleichsimpulse 33 gezeigt ist, kann der Controller 20 das Verfahren 100 nur durchführen, wenn die Zellenausgleichsimpulse 33 nicht aktiv sind. Schritt 102 wird wiederholt, bis ein Zellenausgleichsimpuls 33 nicht aktiv ist, wobei das Verfahren 100 an dieser Stelle zu Schritt 104 weitergeht.
Die Zellenspannung (V_n) für eine gewählte der Batteriezellen 14 von 1 wird bei Schritt 104 von dem Controller 20 abgetastet, gemessen oder auf andere Weise ermittelt. Schritt 104 umfasst, dass das entsprechende Gate G für die Batteriezelle 14 geschlossen wird, deren Zellenspannung gerade gemessen wird, und dass dann die Zellenspannung des entsprechenden Kontakts 23 für diese spezielle Batteriezelle 14 gelesen wird, zum Beispiel mit Hilfe des ASIC 18 in der beispielhaften Ausführungsform von 1. Die gemessene Spannung (V_n) wird im Speicher (M) temporär aufgezeichnet, bevor das Verfahren 100 zu Schritt 106 weitergeht.
Schritt 106 umfasst, dass festgestellt wird, ob die Batteriezelle 14, deren Spannung bei Schritt 104 gemessen wurde, die ”oberste” Zelle in dem Batteriestapel 15 ist, der gerade getestet wird, wobei ”oberste” in Schritt 106 von 3 durch einen nach oben zeigenden Pfeil (T) repräsentiert wird. Das heißt, dass jede Batteriezelle 14 eine relative Position in dem Batteriestapel 15 aufweist, wobei jede Position dem Controller 20 bekannt ist, beispielsweise im Speicher (M) gespeichert ist, und folglich wird die Identität der speziellen Batteriezelle 14 verwendet, um diese Feststellung zu treffen. Das Verfahren 100 geht zu Schritt 107 weiter, wenn die Batteriezelle 14 die oberste Zelle im Batteriestapel 15 ist, und zu Schritt 108, wenn die Batteriezelle 14 alternativ nicht die oberste Zelle ist.
Bei Schritt 107 löst der Controller 20 einen ersten Satz programmierter Gleichungen (E1), wenn die Batteriezelle die oberste Zelle ist, etwa:
Diese zwei Gleichungen decken zwei angenommene Fälle ab: dass angenommen wird, dass die unterbrochene Erfassungsleitung an der positiven (+) Leitung bzw. an der negativen (–) Leitung eines HV-Busses liegt. In diesen zwei Gleichungen ist Rb der Zellenausgleichswiderstandswert, R_S ist der normale Erfassungsleitungswiderstandswert, n, n – 1 und n + 1 sind Indizes für die Zellenspannungen V für die Batteriezellen n, n – 1 und n + 1, wobei das Ausgleichsgate G aktiviert/geschlossen ist und sich die benachbarten Gates G im entgegengesetzten Zustand befinden. Bei Schritt 107 löst der Controller 20 diese beiden Gleichungen, nimmt das Maximum der zwei Lösungen und geht dann zu Schritt 112 weiter. Die maximale Lösung ist der berechnete Zellenerfassungswiderstandswert R_S*.
Schritt 108 umfasst, dass festgestellt wird, ob die Batteriezelle 14 von Schritt 104 die ”unterste” Zelle im Batteriestapel 15 ist, wie in 3 durch den nach unten zeigenden Pfeil (↓) angezeigt ist. Das Verfahren 100 geht zu Schritt 110 weiter, wenn die Batteriezelle 14 die unterste Zelle im Batteriestapel 15 ist. Andernfalls stellt das Verfahren 100 fest, dass die gerade getestete Batteriezelle 14 weder die oberste noch die unterste Zelle im Batteriestapel 15 ist und geht zu Schritt 109 weiter.
Bei Schritt 109 löst der Controller 20 einen zweiten Satz von Gleichungen (E2), z. B.:
Wie bei Schritt 107 decken die zwei Gleichungen (E2) zwei angenommene Fälle ab, d. h. dass angenommen wird, dass die offene Erfassungsleitung sich an dem jeweiligen positiven Schenkel und dem negativen Schenkel eines HV-Busses befindet. Der Controller 20 von 1 löst diese beiden Gleichungen, nimmt das Maximum und geht zu Schritt 112 weiter.
Bei Schritt 110 löst der Controller 20 einen dritten Satz von Gleichungen (E3), wobei ein Beispiel für diese wie folgt offengelegt ist:
Wie bei Schritt 107 decken die zwei Gleichungen zwei angenommene Fälle ab, d. h., dass angenommen wird, dass die offene Erfassungsleitung sich an dem positiven Schenkel bzw. dem negativen Schenkel befindet. Der Controller 20 löst diese beiden Gleichungen, nimmt den Maximalwert und geht zu Schritt 112 weiter.
Schritt 112 umfasst, dass das berechnete maximale Ergebnis (EN) von den Schritten 107, 109 oder 110, d. h. der berechnete Zellenerfassungsleitungswiderstandswert R_S* mit einem kalibrierten Widerstandswert R_CAL verglichen wird. Wenn das berechnete maximale Ergebnis (EN) den kalibrierten Widerstandswert (R_CAL) überschreitet, geht das Verfahren 100 zu Schritt 114 weiter. Alternativ geht das Verfahren 100 zu Schritt 113 weiter, wenn das berechnete maximale Ergebnis (EN) den kalibrierten Widerstandswert (R_CAL) nicht überschreitet.
Bei Schritt 113 führt der Controller 20 eine erste Steuerungsmaßnahme (CA1) mit Bezug auf die CVSB 16 aus. Schritt 114 kann umfassen, dass ein Diagnosecode aus dem Speicher (M) des Controllers 20 für die spezielle Batteriezelle 14, die gerade bewertet wird, gelöscht wird, um anzuzeigen, dass für diese Batteriezelle 14 keine Schaltungsunterbrechung detektiert worden ist.
Bei Schritt 114 führt der Controller 20 von 1 eine zweite Steuerungsmaßnahme (CA2) mit Bezug auf die CVSB 16 aus. Schritt 114 kann umfassen, dass ein Ausfalldiagnosecode im Speicher (M) für die spezielle Batteriezelle 14 aufgezeichnet wird, die gerade bewertet wird. Schritt 114 kann umfassen, dass zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, etwa dass nicht erlaubt wird, dass die Daten für die spezielle Batteriezelle 14 verwendet werden, oder dass temporär die Verwendung der Batteriezelle 14 in der Steuerung eines beliebigen Systems auf hoher Ebene verhindert wird, in welchem der Batteriestapel 15 verwendet wird, beispielsweise in einem Fahrzeugantriebsstrang, oder dass das System auf oberer Ebene sogar deaktiviert wird, bis die Batteriezelle 14 korrekt bewertet werden kann. Das heißt, dass dann, wenn der berechnete Erfassungsleitungswiderstandswert R_S* relativ zu dem kalibrierten Widerstandswert-Schwellenwert zu hoch ist, der Leitungswiderstandswert höher als erwartet ist. Als Folge wird jeder Leitungsausgleichsstrom niedriger sein als er sein sollte und eine Spannungserfassung, die von der CVSB 16 geliefert wird, könnte falsch sein.
Wieder mit Bezug auf 1 kann der Controller 20 optional programmiert sein, um als Teil der Schritte 113 und 114 einen Reifungsprozess auszuführen. Zum Beispiel kann der Controller 20 mit einem Vergleichsblock 22 programmiert sein, der den berechneten Erfassungsleitungswiderstandswert R_S* und den kalibrierten Widerstandswert (R_CAL) empfangen kann. Wenn der berechnete Erfassungsleitungswiderstandswert R_S* den kalibrierten Widerstandswert (R_CAL) überschreitet, kann der Controller 20 einen möglichen Fehler (F_P) im Speicher (M) aufzeichnen.
Der Controller 20 kann danach eine Reifungsroutine mit Hilfe eines Reifungsblocks 24 ausführen. In einem derartigen Reifungsblock 24 kann der Controller 20 betrachten, ob in einer Abtastgröße aus Y Abtastungen über eine kalibrierte Zeitspanne hinweg, die mit Hilfe des Zeitgebers (T) gezählt wird, mindestens X Fehlerergebnisse gewesen sind, d. h. X/Y = 4/5 in einer möglichen Ausführungsform. Folglich kann der Controller 20 das Ergreifen einer Steuerungsmaßnahme vermeiden, bis mit Hilfe der X/Y-Fehlerbestimmung an dem Reifungsblock 24 ein tatsächlicher Fehler detektiert wird. Der Controller 20 kann einen tatsächlichen Fehler (F_A) im Speicher (M) aufzeichnen, wenn ein Ergebnis mit einem Schwellenwert von 4/5 oder ein Ergebnis mit einem anderen kalibrierten X/Y-Schwellenwert auftritt.
Die Verwendung des Verfahrens 100 und des Controllers 20 von 1 spricht daher mögliche Probleme bei existierenden Diagnoseverfahren an, etwa diejenigen, die ein Verhältnis oder eine Differenz zwischen einer erfassten Zellenspannung verwenden, wenn deren Gate G geschlossen/angewendet ist und wenn das gleiche Gate G offen/freigegeben ist. Der Controller 20 kann alle Batteriezellen 14 von 1 abtasten, wenn nur geradzahlige Zellenausgleichsgates G aktiviert sind, und er kann die Batteriezellen 14 wieder abtasten, wenn nur ungeradzahlige Zellenausgleichsgates G aktiviert sind. Mit diesen zwei Lesevorgängen bleiben keine Spannungen übrig, die in einem Szenario mit offener Erfassungsleitung floaten.
Ein Schlüsselmerkmal des vorliegenden Ansatzes besteht darin, dass, wenn eine Erfassungsleitung unterbrochen ist, das Ausschalten aller Ladungsausgleichswiderstände 21 nicht garantiert, dass die betroffene Spannung zu einem ”normalen” Bereich der Zellenspannung zurückkehrt. Die Zellenspannung kann niedrig bleiben, auch wenn keiner der Ausgleichswiderstände aktiv ist. Das Verfahren 100 benötigt keinerlei Datenabtastwerte, wenn alle Zellenausgleichswiderstände ausgeschaltet sind, d. h. wenn alle Gates G von 1 geöffnet sind, wodurch diese Anforderung vermieden wird.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren einer Erfassungsplatine für Zellenspannungen, wobei das Verfahren umfasst, dass: die Erfassungsplatine für Zellenspannungen mit einer Vielzahl von Batteriezellen eines Batteriestapels verbunden wird, wobei die Erfassungsplatine für Zellenspannungen für jede der Batteriezellen einen Leitungsausgleichswiderstand, einen Erfassungsleitungswiderstand und ein Gate enthält, welches den Leitungsausgleichswiderstand mit einer entsprechenden der Batteriezellen verbindet und von dieser trennt; eine Zellenspannung mit Hilfe der Erfassungsplatine für Zellenspannungen für eine gewählte Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen gemessen wird; festgestellt wird, ob die gewählte Batteriezelle eine oberste Zelle oder eine unterste Zelle in dem Batteriestapel ist; ein Leitungserfassungswiderstandswert für die gewählte Batteriezelle mit Hilfe eines Controllers unter Verwendung eines ersten Satzes von Gleichungen berechnet wird, wenn die gewählte Batteriezelle die oberste Batteriezelle ist, unter Verwendung eines zweiten Satzes von Gleichungen berechnet wird, wenn die gewählte Batteriezelle die unterste Zelle ist, und mit Hilfe eines dritten Satzes von Gleichungen berechnet wird, wenn die gewählte Batteriezelle weder die oberste Zelle noch die unterste Zelle ist; der berechnete Leitungserfassungswiderstandswert mit Hilfe des Controllers mit einem kalibrierten Widerstandsschwellenwert verglichen wird; und eine Steuerungsmaßnahme mit Bezug auf die Erfassungsplatine für Zellenspannungen ausgeführt wird, wenn der berechnete Leitungserfassungswiderstandswert den kalibrierten Widerstandsschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen einer Zellenspannung umfasst, dass mit Hilfe des Übertragens eines Ausgabesignals von dem Controller an ein Gate dasjenige Gate geschlossen wird, das der gewählten Batteriezelle entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der Zellenspannung nur stattfindet, wenn eine Zellenstromausgleichsoperation nicht aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Satz von Gleichungen jeweils zwei Gleichungen enthält, und wobei das Berechnen eines Leitungserfassungswiderstandswerts umfasst, dass die beiden Gleichungen gelöst werden, dass eine maximale Lösung der Gleichungen gefunden wird und dass dann nur die maximale Lösung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausführen einer Steuerungsmaßnahme umfasst, dass ein Diagnosecode im Speicher des Controllers aufgezeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ausführen einer Steuerungsmaßnahme ferner umfasst, dass die Verwendung eines berechneten Leitungswiderstandswerts für die gewählte Batteriezelle verhindert wird.
System, umfassend: eine Erfassungsplatine für Zellenspannungen, die mit einer Vielzahl von Batteriezellen elektrisch verbunden werden kann, wobei die Zellenerfassungsplatine für jede der Batteriezellen einen Leitungsausgleichswiderstand, einen Leitungserfassungswiderstand und ein Gate enthält, das den Leitungsausgleichswiderstand jeweils mit einer entsprechenden der Batteriezellen verbindet und von dieser trennt; und einen Controller in Kommunikation mit der Erfassungsplatine für Zellenspannungen, wobei der Controller programmiert ist, um: eine Zellenspannung mit Hilfe der Spannungserfassungsplatine für eine gewählte Batteriezelle aus der Vielzahl der Batteriezellen zu messen; festzustellen, ob die gewählte Batteriezelle eine oberste oder eine unterste Zelle in dem Batteriestapel ist; einen Leitungserfassungswiderstandswert für den Leitungserfassungswiderstand für die gewählte Batteriezelle mit Hilfe eines Controllers unter Verwendung eines ersten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle die oberste Zelle ist, unter Verwendung eines zweiten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle die unterste Zelle ist, und unter Verwendung eines dritten Satzes von Gleichungen, wenn die gewählte Batteriezelle weder die oberste Zelle noch die unterste Zelle ist, zu berechnen; den berechneten Leitungserfassungswiderstandswert mit Hilfe des Controllers mit einem kalibrierten Widerstandsschwellenwert zu vergleichen; und eine Steuerungsmaßnahme mit Bezug auf die Erfassungsplatine für Zellenspannungen auszuführen, wenn der berechnete Leitungserfassungswiderstandswert den kalibrierten Widerstandsschwellenwert überschreitet.
System nach Anspruch 7, wobei der erste, zweite und dritte Satz von Gleichungen jeweils zwei Gleichungen enthält, und wobei das Berechnen eines Leitungserfassungswiderstandswerts umfasst, dass die beiden Gleichungen gelöst werden, dass eine maximale Lösung für die Gleichungen gefunden wird und dass dann nur die maximale Lösung verwendet wird.
System nach Anspruch 7, wobei der Controller die Steuerungsmaßnahme ausführt, indem er einen Diagnosecode im Speicher aufzeichnet.
System nach Anspruch 9, wobei der Controller die Steuerungsmaßnahme ausführt, indem er außerdem die Verwendung des berechneten Leitungswiderstandswerts für die gewählte Batteriezelle verhindert.