DE102019129483A1

DE102019129483A1 - Verfahren zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit und Prüfgerät

Info

Publication number: DE102019129483A1
Application number: DE102019129483.5A
Authority: DE
Inventors: Axel Scheffler; Steffen Rothe; Benjamin Reiss
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-05-06
Also published as: US20240183914A1; WO2021084075A1; CN114616477A

Abstract

Ein Verfahren dient zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit (CSC), bei dem an Zellspannungsanschlüsse (ZSA-i) der Zellüberwachungseinheit (CSC) jeweilige Zellspannungen (Uz-i) angelegt werden, dann an einer im Betrieb befindlichen Zellüberwachungseinheit (CSC) gemessen wird, ob über mindestens einen Zellspannungsanschluss (ZSA-i) ein jeweiliger Strom (Imess) fließt, und falls dies der Fall ist, eine Fehlermeldung ausgegeben wird. Ein Prüfgerät (1) dient zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit (CSC) und weist mindestens eine Strommessvorrichtung (4) zum Messen von Strömen (Imess) an Zellspannungsanschlüssen (ZSA-i) der Zellüberwachungseinheit (CSC) auf, wobei das Prüfgerät (1) zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf ein Prüfen einer Zellüberwachungseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit, bei dem an Zellspannungsanschlüsse der Zellüberwachungseinheit jeweilige Zellspannungen angelegt werden. Die Erfindung betrifft auch ein Prüfgerät zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit, das zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf ein Prüfen einer Zellüberwachungseinheit eines Fahrzeugs, insbesondere Elektrofahrzeugs.
Batterien für Elektrofahrzeuge weisen heutzutage häufig ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, z.B. Lithium-Ionen-Zellen, und eine Zellüberwachungseinheit zum Überwachen eines fehlerfreien Zustands der Batteriezellen auf. Werden Batterien von einem Kunden als fehlerhaft gemeldet, liegt typischerweise in ungefähr der Hälfte der Fälle ein Fehler nicht der Batteriezellen, sondern der sie überwachenden Zellüberwachungseinheit (die auch als CSC, „Cell Supervisory Circuit“ bezeichnet werden kann) vor. Um zu überprüfen, ob die Zellüberwachungseinheit fehlerhaft ist, wird bisher die Zellüberwachungseinheit aus der Batterie ausgebaut, zum Hersteller geschickt und dort geprüft. Zur Prüfung werden bisher die folgenden Schritte durchgeführt: Händisches Messen aller Zellspannungen eines bekannt fehlerfreien Batteriemoduls, folgendes Anschließen der Zellüberwachungseinheit an dieses Batteriemodul, Bestimmen der einzelnen Zellentladeraten und, falls eine zu hohe Zellentladerate festgestellt wird, Festlegen der Zellüberwachungseinheit als fehlerhaft. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bei einer fehlerfreien Zellüberwachungseinheit keine Zellentladung stattfinden dürfte. Wird also an mindestens einer Batteriezelle ein Spannungsabfall festgestellt, ist dies ein Hinweis auf einen Fehler der Zeitüberwachungseinheit. Nachteilig hierbei ist, dass zur zuverlässigen Bestimmung eines möglichen Spannungsabfalls die Zellüberwachungseinheit über einen langen Zeitraum (ca. 24 bis 48 Stunden) an das fehlerfreie Batteriemodul angeschlossen bleiben muss und danach wieder die an allen Batteriezellen anliegenden Zellspannungen gemessen und mit den Werten vor Anschließen der Zellüberwachungseinheit verglichen werden müssen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine einfache und schnelle Möglichkeit bereitzustellen, eine Zellüberwachungseinheit auf Fehlerhaftigkeit zu überprüfen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit, bei dem an Zellspannungsanschlüsse der Zellüberwachungseinheit jeweilige Zellspannungen angelegt werden und an einer im Betrieb befindlichen Zellüberwachungseinheit gemessen wird, ob über mindestens einen Zellspannungsanschluss ein jeweiliger Strom fließt, und falls dies der Fall ist, eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
Dieses Verfahren ergibt den Vorteil, dass eine Aussage zum Zustand der Zellüberwachungseinheit in wenigen Minuten möglich ist, da nun nicht mehr eine Zellspannungsdifferenz zur Überwachung einer Zellentladung geprüft wird, sondern ein über die Zellspannungsanschlüsse fließender Strom gemessen wird, die Entladeströmen eines realen Batteriemoduls entsprechen. Dabei wird ausgenutzt, dass sich auch geringe Ströme zuverlässig messen lassen und zudem während Anliegens einer Zellspannung dauernd auftreten. Dadurch wiederum kann ein Aufwand für eine Überprüfung der Zellüberwachungseinheit gesenkt werden. Der Aufwand kann auch deshalb gesenkt werden, weil die Zellspannungen eines fehlerfreien Batteriemoduls nicht mehr gemessen zu werden brauchen. So wiederum ergibt sich der weitere Vorteil, dass auch Personal die Prüfung durchführen kann, das nicht zur Arbeit an einer offenen Batterie geschult worden ist. Insbesondere kann nun die Prüfung der Zellüberwachungseinheit ggf. sogar in der Werkstatt durchgeführt werden, was ein Verschicken zum Hersteller und zurück zur Werkstatt unnötig macht.
Die Zellüberwachungseinheit weist typischerweise Spannungsanschlüsse (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Zellspannungsanschlüsse“ bezeichnet) auf, die im realen Betrieb eines Fahrzeugs an jeweilige Batteriezellen angeschlossen sind und deren Zellspannung messen. Die Zellspannung ist eine Gleichspannung.
Dass bei dem Verfahren an die Zellspannungsanschlüsse jeweilige Zellspannungen angelegt werden, umfasst insbesondere, dass an die Zellspannungsanschlüsse jeweils diejenigen Zellspannungen angelegt werden, die den Zellspannungen der Batteriezellen eines realen Batteriemoduls entsprechen. Die im Betrieb befindliche zu überprüfende Zellüberwachungseinheit arbeitet so wie im realen Fahrbetrieb.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Zellspannungen durch Anschluss der Zellüberwachungseinheit an ein bekannt fehlerfreies Batteriemodul angelegt werden. Das Batteriemodul kann zur Stromversorgung eines Elektrofahrzeugs vorgesehen sein und Batteriezellen in Form von z.B. Lithium-Ionen-Zellen aufweisen. Auf eine händische Messung der Zellspannungen kann dabei aber verzichtet werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Zellspannungen durch Anschluss der Zellspannungsanschlüsse an jeweils passend eingestellte Spannungsquellen eines Spannungsgenerators angeschlossen werden. Im letzteren Fall wird der Zellüberwachungseinheit vorteilhafterweise ein Anschluss an ein reales Batteriemodul vorgegaukelt.
Es ist grundsätzlich möglich, die an den Zellspannungsanschlüsse fließenden Entladeströme gleichzeitig zu messen, z.B. durch Vorsehen einer entsprechenden Zahl von Strommessvorrichtungen. Dies ergibt den Vorteil, dass die Strommessvorrichtungen in einer potenziell den Entlade-Gleichstrom führenden elektrische Leitung verbleiben können.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Strom nacheinander an den Zellspannungsanschlüssen gemessen wird. So wird der Vorteil erreicht, dass nur eine Strommessvorrichtung benötigt wird, was Kosten und Bauraum einspart. Selbst in diesem Fall kann eine Überprüfung der Zellüberwachungseinheit in wenigen Minuten abgeschlossen werden.
Insbesondere falls die Zellüberwachungseinheit dazu eingerichtet ist, Unterbrechungen einer Zellspannung zu erkennen und als Reaktion darauf eine Aktion auszulösen (z.B. eine Fehlermeldung auszugeben, die zugehörige Batteriezelle abzukoppeln usw.), ist es eine Ausgestaltung, dass zum Messen des Stroms eine Strommessvorrichtung unterbrechungsfrei in eine zu einem jeweiligen Zellspannungsanschluss führende, im Fehlerfall potenziell einen (Entlade-) Strom führende elektrische Leitung („Stromleitung“) eines jeweiligen Zellspannungsanschlusses zwischengeschaltet wird. So wird der Vorteil erreicht, dass sich mögliche Entladeströme schnell und ungestört messen lassen. Dabei ist „unterbrechungsfrei“ so zu verstehen, dass die Stromleitung zu der Zellüberwachungseinheit nicht unterbrochen wird, um die Strommessvorrichtung in den Leitungs- oder Strompfad einzukoppeln oder zwischenzuschalten und auch wieder aus der Leitung herauszunehmen.
Es ist eine besonders zuverlässig und preiswert umsetzbare Ausgestaltung, dass zum Zwischenschalten der Strommessvorrichtung in die Stromleitung zunächst die Strommessvorrichtung parallel an die Stromleitung angeschlossen wird und dann der zu den Anschlüssen der Strommessvorrichtung parallele Zweig der Stromleitung geöffnet wird.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn an mindestens einem Zellspannungsanschluss überhaupt ein jeweiliger Strom gemessen wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Zellüberwachungseinheit im fehlerfreien Zustand keinen Entladestrom zulässt. Wird also an irgendeinem der Zellspannungsanschlüsse ein elektrischer Strom Imess > 0 gemessen, kann von einem Fehler der Zellüberwachungseinheit ausgegangen werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wenn an mindestens einem Zellspannungsanschluss ein jeweiliger Strom gemessen wird, der gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellwert ist, also ob für mindestens einen Zellspannungsanschluss Imess ≥ Ith gilt. So wird der Vorteil erreicht, dass Toleranzen bei der Strommessung berücksichtigt werden und keine falsche Fehlermeldung über einen fehlerhaften Zustand der Zellüberwachungseinheit ausgegeben wird. Der Schwellwert Ith kann z.B. zwischen 2 und 10 mA liegen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zusätzlich die an die Zellspannungsanschlüsse angelegten Zellspannungen gemessen werden. So kann vorteilhafterweise auch überprüft werden, ob die von der Zellüberwachungseinheit gemessene Zellspannung von der angelegten Zellspannung abweicht. Eine solche Abweichung kann ebenfalls ein Hinweis auf eine fehlerhafte Zellüberwachungseinheit sein und ggf. ebenfalls eine Fehlermeldung auslösen. Es ist eine Weiterbildung, dass auch die Zellspannungen sequenziell gemessen werden, insbesondere unmittelbar vor oder nach einer Strommessung für den gleichen Zellspannungsanschluss.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Prüfgerät zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit, aufweisend mindestens eine Strommessvorrichtung zum Messen von Strömen an Zellspannungsanschlüssen der Zellüberwachungseinheit, wobei das Prüfgerät zur Durchführung des Verfahrens wie oben beschrieben eingerichtet ist. Das Prüfgerät kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Prüfgerät eine - insbesondere genau eine - Strommessvorrichtung, eine Steuereinrichtung sowie für jeden zu überwachenden Zellspannungsanschluss

- einen ersten Schalter, dessen erster Anschluss mit der Stromleitung verbunden ist und dessen zweiter Anschluss mit einem ersten Anschluss der Strommessvorrichtung verbunden ist,
- einen zweiten Schalter in Form eines Wechselschalters, dessen Mittelanschluss und erster Kontaktanschluss mit der Stromleitung verbunden sind, dessen erster Kontaktanschluss mit dem ersten Anschluss des ersten Schalters verbunden ist und dessen zweiter Kontaktanschluss mit einem zweiten Anschluss der Strommessvorrichtung verbunden ist, und
- einen dritten Schalter, der zwischen dem Mittelanschluss und dem ersten Kontaktanschluss des zweiten Schalters in die Stromleitung zwischengeschaltet ist,

- der erste Schalter sperrend geschaltet ist,
- der Mittelanschluss des zweiten Schalters mit seinem ersten Kontaktanschluss verbunden ist und
- der dritte Schalter zwischen dem Mittelanschluss und dem ersten Kontaktanschluss des zweiten Schalters leitend geschaltet ist,

- zunächst den ersten Schalter sperrend zu schalten und den Mittelanschluss des zweiten Schalters mit seinem zweiten Kontaktanschluss zu verbinden und
- dann den dritten Schalter zwischen dem Mittelanschluss und dem ersten Kontaktanschluss des zweiten Schalters sperrend zu schalten.

Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Strommessvorrichtung zuverlässig ohne Unterbrechung der Stromleitung in die Stromleitung zwischengeschaltet werden kann. Zudem ist der Aufbau preiswert und robust umsetzbar.
Es ist eine vorteilhafte Weiterbildung, dass die Schalter Relais sind, da sie besonders robust sind und zudem im sperrenden bzw. offenen Zustand eine galvanische Trennung bewirken. Jedoch können die Schalter grundsätzlich auch elektronische Schalter wie Leistungshalbleiter, z.B. Triacs, sein.
In der obigen Ausführung lässt ein sperrender Schalter keinen Stromfluss durch sich zu. Ein sperrender Schalter kann auch als offener Schalter bezeichnet werden. In seinem leitenden Zustand lässt der Schalter hingegen einen Stromfluss durch sich zu. Ein leitender Schalter kann auch als geschlossener Schalter bezeichnet werden.
Insbesondere der erste Schalter und der dritte Schalter können als Ein/Aus-Schalter ausgebildet sein. Ein/Aus-Schalter können in einer Weiterbildung als Wechselschalter vorliegen, bei denen ein Kontaktanschluss ein freier Anschluss ist.
In der obigen Ausführung ist insbesondere ein erster Anschluss des dritten Schalters mit dem ersten Anschluss des ersten Schalters und ein zweiter Anschluss des dritten Schalters mit dem Mittelanschluss des zweiten Schalters verbunden. Der zweite Schalter und der dritte Schalter können auch als in parallelen Zweigen der Stromleitung vorhandene Schalter angesehen werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der dritte Schalter ein Wechselschalter ist, der mit seinem Mittelanschluss mit dem ersten Anschluss des ersten Schalters, mit seinem ersten Kontaktanschluss mit dem Mittelanschluss des zweiten Schalters und mit seinem zweiten Kontaktanschluss mit einem Spannungsabgriff verbunden ist. So wird der Vorteil erreicht, dass der dritte Schalter dann, wenn die positive Leitung eines i-ten Zellspannungsanschlusses einer negativen Leitung eines (i+1)-ten Zellspannungsanschlusses entspricht eine Doppelfunktion als Schalter für eine Strommessung des i-ten Zellspannungsanschlusses und als Schalter für eine Spannungsmessung des (i+1)-ten Zellspannungsanschlusses wahrnehmen kann. Dadurch können separate Schalter zur Durchführung dieser Funktionen eingespart werden, was einen besonders preiswerten und kompakten Aufbau ermöglicht.
Es ist eine Weiterbildung, dass mehrere Zellspannungsanschlüsse so verschaltet sind, dass nach Art einer Kette eine positive Leitung eines Zellspannungsanschlusses einer negativen Leitung des folgenden Zellspannungsanschlusses entspricht.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

1 zeigt eine Skizze von Komponenten eines Prüfgeräts zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit;
2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Strommessschaltung zum Zwischenschalten einer Strommessvorrichtung in eine zu einem Zellspannungsanschluss führenden Stromleitung mit Schaltern in einer ersten Schaltstellung;
3 zeigt das Ersatzschaltbild aus 2 mit den Schaltern in einer zweiten Schaltstellung;
4 zeigt das Ersatzschaltbild aus 2 mit den Schaltern in einer zur Spannungsmessung geeigneten dritten Schaltstellung; und
5 zeigt ein Ersatzschaltbild von zwei elektrisch in Reihe geschalteten Strommessschaltungen des Prüfgeräts.

1 zeigt eine Skizze von Komponenten eines Prüfgeräts 1 zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit CSC. Die Zellüberwachungseinheit CSC weist i = 1, ..., n Zellspannungsanschlüsse ZSA-i auf, wobei n z.B. 12, 16, 20 oder mehr betragen kann. Das Prüfgerät 1 weist eine Spannungsquelleneinheit 2, z.B. einen Spannungsgenerator oder ein fehlerfreies Batteriemodul, auf, dessen j = 1, ..., m mit m ≥ n Zellspannungs-Versorgungsanschlüsse ZVA-j über ein jeweiliges Paar aus einer auf einem ersten Spannungsniveau liegenden „positiven“ elektrischen Leitung L+ und einer dazu auf einem geringeren Spannungsniveau liegenden „negativen“ elektrischen Leitung L- mit einem jeweiligen Zellspannungsanschluss ZSA-i verbunden ist. Die an den Leitungen L+, L- eines Zellspannungsanschlusses ZSA-i anliegende Spannungsdifferenz entspricht der jeweiligen Zellspannung Uz-i. Die Zellspannungen Uz-i können sich unterscheiden oder gleich sein.
In einer Weiterbildung können die Zellspannungs-Versorgungsanschlüsse ZVA-j und Zellspannungsanschlüsse ZSA-i in dem Sinne elektrisch in Reihe geschaltet oder verkettet sein, dass die positive Leitung L+ eines Zellspannungs-Versorgungsanschlusses ZVA-j der negativen Leitung L- des nächsten Zellspannungs-Versorgungsanschlusses ZVA-(j+1) entspricht. Dies entspricht einer elektrischen Verschaltung realer Batteriezellen und ist vorteilhaft dazu, elektrische Leitungen einzusparen.
Die Zellüberwachungseinheit CSC weist ferner ein Strommessmodul 3 auf, das dazu eingerichtet ist, pro Zellspannungsanschluss ZSA-i einen über zumindest eine der zugehörigen Leitungen L+, L- fließenden Strom zu messen, und zwar insbesondere nacheinander für die unterschiedlichen Zellspannungsanschlüsse ZSA-i.
Wird ein Fehler der Zellüberwachungseinheit CSC erkannt, kann das Prüfgerät 1 eine entsprechende Fehlermeldung ausgeben.
2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Schaltung des Strommessmoduls 3 zum Zwischenschalten einer Strommessvorrichtung 4 in eine von einem Zellspannungs-Versorgungsanschluss ZVA-i zu einem Zellspannungsanschluss ZSA-i führende positiven Leitung L+. Die Schaltung weist einen ersten Schalter R1, einen zweiten Schalter R2 und einen dritten Schalter R3 auf, die mittels einer Steuereinrichtung 5 (z.B. einem Mikrocontroller) schaltbar sind.
Der erste Schalter R1 ist hier als ein Ein-/Aus-Schalter eingezeichnet, dessen erster Anschluss K1 mit der als Stromleitung dienenden positiven Leitung L+ verbunden ist und dessen zweiter Anschluss K2 mit einem ersten Anschluss der Strommessvorrichtung 4 verbunden ist.
Der zweite Schalter R2 liegt in Form eines Wechselschalters vor, dessen Mittelanschluss COM und erster Kontaktanschluss L1 mit der positiven Leitung L+ verbunden sind, dessen erster Kontaktanschluss L1 ferner mit dem ersten Anschluss K1 des ersten Schalters R1 verbunden ist und dessen zweiter Kontaktanschluss L2 mit einem zweiten Anschluss der Strommessvorrichtung 4 verbunden ist.
Der dritte Schalter R3 ist hier als ein Ein-/Aus-Schalter eingezeichnet, der zwischen dem ersten Kontaktanschluss L1 und dem Mittelanschluss COM des zweiten Schalters R2 in die positive Leitung L+ zwischengeschaltet ist. Folglich ist sein erster Anschluss K1 mit dem ersten Anschluss K1 des ersten Schalters R1 und dem ersten Kontaktanschluss L1 des zweiten Schalters R2 verbunden, und sein zweiter Anschluss K2 ist mit dem Mittelanschluss COM des zweiten Schalters R2 verbunden. Die Schalter R2 und R3 können auch als in parallelen Zweigen der positiven Leitung L+ befindliche Schalter angesehen werden.
Die Steuereinrichtung 5 hat die Schalter R1 bis R3 in dieser Figur so geschaltet, dass sie sich in einer Ruhestellung befinden, in der die Strommessvorrichtung 4 von der positiven Leitung L+ abgekoppelt ist und somit keinen Strom Imess messen kann. Genauer gesagt hat die Steuereinrichtung 5 die Schalter R1 bis R3 so geschaltet, dass: der erste Schalter sperrend geschaltet ist, der Mittelanschluss COM des zweiten Schalters R2 mit seinem ersten Kontaktanschluss L1 verbunden ist und der dritte Schalter R3 leitend geschaltet ist. Dadurch wird, falls die Zellüberwachungseinheit CSC defekt ist und über die positive Leitung L+ einen Strom Imess erzeugt, dieser Strom Imess parallel über den zweiten Schalter R2 und den dritten Schalter R3 geleitet.
Für einen Strommessablauf schaltet die Steuereinrichtung 5 zunächst den ersten Schalter R1 leitend und schaltet den zweiten Schalter R2 so um, dass der Mittelanschluss COM nun mit dem zweiten Kontaktanschluss L2 leitend verbunden ist. Dadurch wird die Strommessvorrichtung 4 parallel zu dem dritten Schalter R3 geschaltet. Bei dieser Umschaltung wird die Zellspannung Uz-i zu dem Zellspannungsanschluss ZSA-i nicht unterbrochen, da der dritte Schalter R3 dauernd leitend geschaltet ist.
3 zeigt das Ersatzschaltbild aus 2 in einer Schaltstellung (auch als „Strommessstellung“ bezeichnet), die eingenommen wird, nachdem in einem zeitlich folgenden Schritt der dritte Schalter R3 sperrend geschaltet wurde, so dass nun ein Strom Imess durch die positive Leitung L+ - falls überhaupt fließend - nur noch über die Strommessvorrichtung 4 fließt und somit von dieser zuverlässig messbar ist.
Zum zeitlich aufeinanderfolgenden oder sequenziellen Messen von Strömen Imess an allen Zellspannungsanschlüssen ZSA-i werden die obigen Schritte für den Zellspannungsanschluss ZSA-i nach der Strommessung in umgekehrter Reihenfolge bis zum Erreichen der Ruhestellung ausgeführt und dann für einen weiteren Zellspannungsanschluss ZSA-(i+1) analog ausgeführt. Wird auch nur an einer der Zellspannungsanschlüsse ZSA-i ein Strom Imess > 0 oder Imess ≥ Ith gemessen, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, ggf. unter Angabe des ausgemessenen Zellspannungsanschlusses ZSA-i.
Zur Umsetzung der sequenziellen Strommessung können die zu allen positiven Leitungen L+ gehörigen n Relais R1 in Reihe an einem Anschluss der Strommessvorrichtung 4 angeschlossen sein und die n Relais R2 in Reihe an dem anderen Anschluss der Strommessvorrichtung 4.
Allgemein können auch die Zellspannungen Uz-i zwischen den Leitungen L+, L- gemessen werden und z.B. mit den durch die Zellüberwachungseinheit CSC gemessenen Zellspannungen Uz-i verglichen werden. So wird die Zellüberwachungseinheit CSC auf eine weitere Fehlerquelle hin überprüft, nämlich auf eine fehlerhafte Spannungsmessung. In einer Variante werden die Zellspannungen Uz-i ebenfalls sequenziell gemessen, wodurch ein einziges Spannungsmessgerät (o. Abb.) ausreicht. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Zellspannung Uz-i an einem Zellspannungsanschluss ZSA-i unmittelbar vor oder nach einem Strommessvorgang gemessen wird.
4 zeigt das Ersatzschaltbild aus 2 und 3 in einer Schaltstellung (auch als „Spannungsmessstellung“ bezeichnet), die eingenommen wird, um die Zellspannung Uz-i an dem Zellspannungsanschluss ZSA-i zu messen. Zur Spannungsmessung schaltet die Steuereinrichtung 5 den ersten Schalter R1 leitend, den zweiten Schalter R2 so, dass sein Mittelanschluss COM mit seinem ersten Kontaktanschluss L! verbunden ist, und den dritten Schalter R3 leitend. Die Zellspannung Uz-i kann nun beispielsweise zwischen dem zweiten Anschluss K2 des ersten Schalters R1 und der negativen Leitung L- gemessen werden. Beispielsweise kann dazu ein Spannungsabgriff 6 mit dem zweiten Anschluss des ersten Schalters R1 verbunden sein.
Es ist eine Weiterbildung, dass zur Spannungsmessung zusätzlich ein vierter Schalter R4 vorgesehen ist, der mit seinem ersten Anschluss K1 mit der negativen Leitung L- verbunden ist und mit seinem zweiten Anschluss K2 mit einem Spannungsabgriff 7 verbunden ist. So wird der Vorteil erreicht, dass nur ein Spannungsmessgerät (o. Abb.) zur Messung aller Zellspannungen Uz-i benötigt wird, das mittels der Schalter R1 und R4 dem jeweils auszumessenden Zellspannungsanschluss ZSA-i zugeschaltet werden kann. Es ist eine Weiterbildung, dass die Strommessvorrichtung 4 aus als Spannungsmessgerät dient.
Es können an einem Zellspannungsanschluss ZSA-i zuerst der Strom Imess und dann die Zellspannung Uz-i gemessen werden, oder umgekehrt.
5 zeigt ein Ersatzschaltbild ein Ersatzschaltbild von zwei elektrisch in Reihe geschalteten Strommessschaltungen für Zellspannungsanschlüsse ZSA-1 und ZSA-2, die analog zu der in 4 gezeigten Strommessschaltung vier Schalter R1 bis R4 bzw. R3, R5 bis R7 für eine Strom- und Spannungsmessung nutzen. Die Zellspannungs-Versorgungsanschlüsse ZSA-1 und ZSA-2 sind in dem Sinn elektrisch in Reihe geschaltet oder verkettet, dass die positive Leitung L+ der Strommessschaltung zur Überwachung des ersten Zellspannungsanschlusses ZSA-1 der negativen Leitung L- der Strommessschaltung zur Überwachung des zweiten Zellspannungsanschlusses ZSA-2 entspricht. Dies kann auf weitere Zellspannungsanschlüsse ZSA-i mit i ≥ 3 analog angewandt werden.
Die Strommessschaltung R1 bis R4 zur Überwachung des ersten Zellspannungsanschlusses ZSA-1 entspricht funktional der Strommessschaltung R1 bis R4 aus 4, die auch für eine Spannungsmessung vorgesehen ist.
Die Strommessschaltung R3, R5 bis R7 zur Überwachung des zweiten Zellspannungsanschlusses ZSA-2 entspricht ebenfalls funktional der Strommessschaltung R1 bis R4 aus 4, wobei die Schalter R5 bis R7 die Funktion der Schalter R1 bis R3 und der Schalter R3 die Funktion des Schalters R4 der Strommessschaltung R1 bis R4 zur Überwachung des ersten Zellspannungsanschlusses ZSA-1 übernimmt. Dazu ist der dritte Schalter R3 nun als ein Wechselschalter ausgebildet, dessen Mittelanschluss COM mit dem ersten Anschluss K1 des ersten Schalters R1 verbunden ist und dessen erster Kontaktanschluss L1 mit dem Mittelanschluss COM des zweiten Schalters R2 verbunden ist. Der zweite Kontaktanschluss K2 des dritten Schalters R3 ist mit einem Spannungsabgriff 8 verbunden.
Insbesondere können zum zeitlich aufeinanderfolgenden Messen der Zellspannung Uz-1 und des Stroms Imess an dem ersten Zellspannungsanschluss ZSA-1 und folgend der Zellspannung Uz-2 und des Stroms Imess an dem ersten Zellspannungsanschluss ZSA-2 die im Folgenden näher beschriebenen Schaltstellungen verwendet werden. „0“ bezeichnet einen geöffneten Ein/Aus-Schalter, „1“ einen geöffneten Ein/Aus-Schalter: Ruhestellung

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

0 COM-L 1 COM-L 1 0 0 COM-L 1 COM-L 1

Spannungsmessung Uz-1 des ersten Zellspannungsanschlusses ZSA-1 an den Spannungsabgriffen 6 und 7

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

1 COM-L1 COM-L1 1 0 COM-L 1 COM-L1
Diese Schaltstellungen werden insbesondere aus der Ruhestellung heraus angenommen. Nach der Spannungsmessung kann insbesondere in die Ruhestellung zurückgekehrt werden.
Strommessung an dem ersten Zellspannunasanschluss ZSA-1
Zunächst

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

1 COM-L2 COM-L 1 0 0 COM-L 1 COM-L1

Dann

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

1 COM-L2 COM-L2 0 0 COM-L1 COM-L 1
Nach der Strommessung kann in die Ruhestellung zurückgekehrt werden.
Scannunasmessuna Uz-2 des zweiten Zellscannunasanschlusses ZSA-2 an den Spannungsabgriffen 8 und 9

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

0 COM-L 1 COM-L2 0 1 COM-L1 COM-L1
Diese Schaltstellungen werden insbesondere aus der Ruhestellung heraus angenommen. Nach der Spannungsmessung kann insbesondere in die Ruhestellung zurückgekehrt werden.
Strommessung an dem zweiten Zellspannungsanschluss ZSA-2
Zunächst

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

0 COM-L 1 COM-L 1 0 1 COM-L2 COM-L1

Dann

R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7

0 COM-L 1 COM-L 1 0 1 COM-L2 COM-L2
Nach der Strommessung kann in die Ruhestellung zurückgekehrt werden.
Dieser Ablauf kann analog für weitere Zellspannungsanschlüsse ZSA-i mit i ≥ 3 durchgeführt werden, wobei der Wechselschalter R7 analog zum Schalter R3 sowohl zur Stromleitung des zweiten Zellspannungsanschlusses ZSA-2 als auch für die Spannungsmessung Uz-3 des dritten Zellspannungsanschlusses ZSA-3 verwendet wird, usw.
Ein Vorteil besteht darin, dass durch die Doppelfunktion des dritten Schalters R3, des siebten Schalters R7, usw. eine besonders geringe Zahl an Schaltern benötigt wird, was einen besonders preiswerten Aufbau ermöglicht.
Für die Strommessungen der einzelnen Zellspannungsanschlüsse ZSA-i wird nur eine einzige Strommessvorrichtung 5 benötigt, welche durch die Schalter R1 und R2, R5 und R6 usw. in den entsprechenden Strompfad zwischengeschaltet wird.
Für die Strommessungen der einzelnen Zellspannungsanschlüsse ZSA-i wird nur eine einzige Spannungsmessvorrichtung benötigt, welche durch die Schalter R4, R3 usw. sequentiell an die entsprechenden negativen Leitungen L- anschließbar ist.
Da die negative Leitung L- des ersten Zellspannungsanschlusses ZSA-1 auf dem niedrigsten Bezugspotenzial (auch als Masse GND bezeichnet) liegt, kann in dieser Leitung vorteilhafterweise eine weitere Strommessvorrichtung 11 vorhanden sein, die einen von der Zellüberwachungseinheit CSC rückgeführten Strom misst.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
So können auch die Schalter R1, R5 usw. als Wechselschalter mit einem freien oder nicht belegten Kontaktanschluss ausgebildet sein.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Prüfgerät
2: Spannungsquelleneinheit
3: Strommessmodul
4: Strommessvorrichtung
5: Steuereinrichtung
COM: Mittelanschluss
CSC: Zellüberwachungseinheit
K1: Erster Anschluss eines Ein/Aus-Schalters
K2: Zweiter Anschluss eines Ein/Aus-Schalters
L1: Erster Kontaktanschluss
L2: Zweiter Kontaktanschluss
L+: Positive elektrische Leitung
L-: Negative elektrische Leitung
R1: Erster Schalter
R2: Zweiter Schalter
R3: Dritter Schalter
Uz-i: Zellspannung des i-ten Zellspannungsanschlusses
ZSA-1: Erster Zellspannungsanschluss
ZSA-i: i-ter Zellspannungsanschluss
ZSA-n: N-ter Zellspannungsanschluss
ZVA-1: Erster Zellspannungs-Versorgungsanschluss
ZVA-j: J-ter Zellspannungs-Versorgungsanschluss
ZVA-m: M-ter Zellspannungs-Versorgungsanschluss

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit (CSC), bei dem - an Zellspannungsanschlüsse (ZSA-i) der Zellüberwachungseinheit (CSC) jeweilige Zellspannungen (Uz-i) angelegt werden und - an einer im Betrieb befindlichen Zellüberwachungseinheit (CSC) gemessen wird, ob über mindestens einen Zellspannungsanschluss (ZSA-i) ein jeweiliger Strom (Imess) fließt, und, falls dies der Fall ist, - eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strom (Imess) nacheinander an den Zellspannungsanschlüssen (ZSA-i) gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Messen des Stroms (Imess) eine Strommessvorrichtung (4) unterbrechungsfrei in eine zu einem jeweiligen Zellspannungsanschluss (ZSA-i) führende Stromleitung (L+) zwischengeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zum Zwischenschalten der Strommessvorrichtung (4) in die Stromleitung (L+) - die Strommessvorrichtung (4) zunächst parallel an die Stromleitung (L+) angeschlossen wird und dann - der zu den Anschlüssen der Strommessvorrichtung (4) parallele Zweig der Stromleitung (L+) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem gemessen wird, ob über mindestens einen Zellspannungsanschluss (ZSA-i) überhaupt ein jeweiliger Strom (Imess) fließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem gemessen wird, ob über mindestens einen Zellspannungsanschluss (ZSA-i) ein jeweiliger Strom (Imess) fließt, der gleich oder größer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich die an die Zellspannungsanschlüsse (ZSA-i) angelegten Zellspannungen (Uz-i) gemessen werden.
Prüfgerät (1) zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit (CSC), aufweisend mindestens eine Strommessvorrichtung (4) zum Messen von Strömen (Imess) an Zellspannungsanschlüssen (ZSA-i) der Zellüberwachungseinheit (CSC), wobei das Prüfgerät (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
Prüfgerät (1) nach Anspruch 8 zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit (CSC) nach Anspruch 4, aufweisend eine Strommessvorrichtung (4), eine Steuereinrichtung (5) sowie für jeden zu überwachenden Zellspannungsanschluss (ZSA-i) - einen ersten Schalter (R1), dessen erster Anschluss (K1) mit der Stromleitung (L+) verbunden ist und dessen zweiter Anschluss (K2) mit einem ersten Anschluss der Strommessvorrichtung (4) verbunden ist, - einen zweiten Schalter (R2) in Form eines Wechselschalters, dessen Mittelanschluss (COM) und erster Kontaktanschluss (L1) mit der Stromleitung (L+) verbunden sind, dessen erster Kontaktanschluss (L1) mit dem ersten Anschluss (K1) des ersten Schalters (R1) verbunden ist und dessen zweiter Kontaktanschluss (L2) mit einem zweiten Anschluss der Strommessvorrichtung (4) verbunden ist, und - einen dritten Schalter (R3), der zwischen dem Mittelanschluss (COM) und dem ersten Kontaktanschluss (L1) des zweiten Schalters (R2) in die Stromleitung (L+) zwischengeschaltet ist, aufweist, wobei die Steuereinrichtung (5) dazu eingerichtet ist, in einer Ruhestellung außerhalb eines Strommessablaufs die Schalter (R1-R3) so zu schalten, dass - der erste Schalter (R1) sperrend geschaltet ist, - der Mittelanschluss (COM) des zweiten Schalters (R2) mit seinem ersten Kontaktanschluss (L1) verbunden ist und - der dritte Schalter (R3) zwischen dem Mittelanschluss (COM) und dem ersten Kontaktanschluss (L1) des zweiten Schalters (R2) leitend geschaltet ist, und die Steuereinrichtung (5) für einen Strommessablauf dazu eingerichtet ist, - zunächst den ersten Schalter (R1) sperrend zu schalten und den Mittelanschluss (COM) des zweiten Schalters (R2) mit seinem zweiten Kontaktanschluss (L2) zu verbinden und - dann den dritten Schalter (R3) zwischen dem Mittelanschluss (COM) und dem ersten Kontaktanschluss (L1) des zweiten Schalters (R2) sperrend zu schalten.
Prüfgerät nach Anspruch 9 zum Prüfen einer Zellüberwachungseinheit nach Anspruch 7, bei dem der dritte Schalter (R3) ein Wechselschalter ist, der - mit seinem Mittelanschluss (COM) mit dem ersten Anschluss (K1) des ersten Schalters (R1), - mit seinem ersten Kontaktanschluss (L1) mit dem Mittelanschluss (COM) des zweiten Schalters (R2) und - mit seinem zweiten Kontaktanschluss (L2) mit einem Spannungsabgriff (8) verbunden ist.