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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Stroms. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Batterie, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug.
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Batterien, insbesondere Batterien für elektrisch betriebene Fahrzeuge, umfassen heute umfangrieche Steuerungs- und Überwachungsfunktionen. In der Regel erfolgt eine Erfassung des Stroms und der jeweiligen Spannung einer Batteriezelle. Darüber hinaus erfolgt in der Regel eine Bestimmung eines elektrischen Stroms mit Hilfe einer übergeordneten Kontrolleinrichtung. Mit einer solchen Kontrolleinheit erfolgt insbesondere die Bestimmung des Ladezustandes (State of Charge, SoC) der Batterie, beispielhaft mit Hilfe von Coulomb-Counting-Verfahren, sowie eine Überwachung der Stromgrenzen.
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Nachteilhaft erfolgt die Bestimmung des elektrischen Stroms, der durch die Batterie fließt, mit Hilfe der übergeordneten Kontrolleinrichtung und eines dafür integrierten Shunt-Widerstandes.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, die Bestimmung des elektrischen Stromes zu verbessern, insbesondere zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiter wird die Aufgabe mit einer Batterie mit einer solchen Vorrichtung gelöst. Darüber hinaus löst ein Verfahren gemäß Anspruch 8 die Aufgabe.
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(PA1) Die Vorrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Stroms umfasst zumindest eine erstes Batteriemodul, ein zweites Batteriemodul, eine Erfassungseinrichtung und ein Verbindungselement, wobei das Verbindungselement einen elektrischen Widerstand aufweist, wobei das Verbindungselement zur elektrischen Verbindung des ersten Batteriemoduls und des zweiten Batteriemoduls vorgesehen ist, wobei die Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer elektrischen Spannung jeweils vor dem elektrischen Widerstand und nach dem elektrischen Widerstand vorgesehen ist, wobei die Erfassungseinrichtung zur Berechnung des elektrischen Stroms an dem jeweiligen Batteriemodul mit Hilfe der Spannungsdifferenz ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der jeweilige elektrischen Widerstand in das jeweilige Verbindungselement integriert. Das jeweilige Verbindungselement kann als Stromschiene ausgebildet sein. Der jeweilige elektrische Widerstand ist vorteilhaft zwischen jeweils zwei Anschlusselementen eingebracht. Der elektrische Widerstand und die Anschlusselemente für einen Pol des jeweiligen Batteriemoduls integriert ist. Der elektrische Widerstand kann als Abschnitt des Verbindungselementes ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist das Verbindungselement in seiner Gesamtheit als elektrischer Widerstand ausgebildet. Vorzugsweise ist das Verbindungselement im Wesentlichen aus einem Material mit einem geringen (spezifischen) elektrischen Widerstand wie Aluminium oder Stahl ausgebildet.
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Vorzugsweise kann durch die Integration des elektrischen Widerstandes in das Verbindungselement ein Shunt-Widerstand in der übergeordneten Kontrolleinrichtung und/oder ein, jeweils dem Batteriemodul zugeordneten, Shunt-Widerstand weggelassen werden.
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Vorteilhaft umfasst die übergeordnete Kontrolleinrichtung keinen Shunt-Widerstand und/oder keine Erfassungseinrichtung für die elektrische Spannung oder für den elektrischen Strom. Durch den Wegfall eines externen Shunt-Widerstandes bedarf es keiner speziell ausgebildeten Batterieklemme.
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Für einen gleichartigen Aufbau der jeweiligen Batteriemodule kann ein Shunt-Widerstand zwischen einem Anschluss der Batterie und dem Minuspol des mit dem Anschluss verbundenen Batteriemoduls angeordnet sein. Der Shunt-Widerstand ist vorteilhaft als elektrischer Widerstand in einem Verbindungselement zwischen den (Masse-) Anschluss der Batterie und dem daran angeschlossenen Batteriemodul.
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Vorzugsweise umfasst das jeweilige Batteriemodul eine Mehrzahl von Batteriezellen, wobei die Batteriezellen in Reihe geschaltet sind. Das jeweilige Batteriemodul weist einen Pluspol und einen Minuspol auf. In einer Batterie sind die Batteriemodule vorteilhaft in Reihe geschaltet. Alternativ können die Batteriemodule auch zum Teil oder zeitweise parallelgeschaltet sein. Die jeweiligen Enden der in Reihe geschalteten Batteriemodule sind jeweils elektrisch mit Anschlüssen der Vorrichtung oder mit Anschlüssen der Batterie verbunden.
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Mit Hilfe der Anschlusselemente erfolgt die elektrische Verbindung der Batteriemodule miteinander. Vorteilhaft ist das Verbindungselement oder eine Mehrzahl von Verbindungselementen als Gesamtheit als Stromschiene ausgebildet. Eine solche Stromschiene kann mehrere elektrische Wiederstände umfassen.
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Vorzugsweise ist der Widerstand in das Verbindungselement derart integriert, dass der elektrische Widerstand auf einen Teil des Verbindungselements begrenzt ist. So kann auf der jeweiligen Seite eine Grenze des Widerstandes in dem Verbindungselementes ein jeweiliger Spannungswert von der Erfassungseinrichtung abgegriffen werden.
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Vorteilhaft ist das Verbindungselement bereichsweise stabförmig ausgebildet, wobei in einem mittleren Bereich des Stabes ein Bereich als elektrischer Widerstand ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Widerstand des jeweiligen Verbindungselements außerhalb des mittleren Bereiches vernachlässigbar klein. Beispielhaft ist das Verbindungelement aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, wobei der Widerstand als Teil des Stabes als mittlerer Teil des Stabes aus einer Widerstandslegierung ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der elektrische Widerstand aus einem Material mit einem geringen spezifischen Widerstand ausgebildet, so dass ein der elektrische Widerstand einen Wert im Mikroohm-Bereich aufweist.
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Die Erfassungseinrichtung ist vorteilhaft dem jeweiligen Batteriemoduls zugeordnet. Vorteilhaft ist die Erfassungseinrichtung Teil einer Überwachungseinrichtung, welche die Spannungswerte der jeweiligen Batteriezelle des Batteriemoduls erfasst. Besonders vorteilhaft erfolgt die Bestimmung einer Spannungsdifferenz an dem Verbindungselement oder dem elektrischen Widerstand mit der Schaltung, welche zur Überwachung der jeweiligen Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls vorgesehen ist.
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Durch die Erfindung kann vorteilhaft eine Bestimmung des Stroms ohne eine zusätzliche Erfassungseinrichtung in der übergeordneten Kontrolleinheit ermittelt werden. Weiter können die derzeit verwendeten Shunt-Widerstände in den jeweiligen Batteriemodulen eingespart werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Verbindungselemente in Ihrer Gesamtheit zur Bestimmung der Spannungsdifferenz vorgesehen sind. Zusätzlich kann die Bestimmung der jeweiligen elektrischen Ströme besonders einfach und ohne zusätzliche Bauteile erfolgen.
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(PA2) In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wobei das Verbindungselement einen Anschluss ein erstes Anschlusselement und ein zweites Anschlusselement und den elektrischen Widerstand aufweist, wobei der elektrische Widerstand zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement positioniert ist, wobei das jeweilige Anschlusselement mit der Erfassungseinrichtung elektrisch verbunden ist.
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Der elektrische Widerstand ist vorzugsweise zwischen den Anschlusselemente positioniert. Vorteilhaft ist der elektrische Widerstand als ein Teilstück das Verbindungselements ausgeführt. Alternativ kann der elektrische Widerstand auch als Brücke eines unterbrochenen Verbindungselements ausgebildet sein.
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Zur Erfassung der jeweiligen elektrischen Spannung dient vorteilhaft jeweils ein Abgriff. Der Abgriff ist vorzugsweise als elektrische Verbindung des jeweiligen Anschlusselementes mit der Erfassungseinrichtung ausgebildet. Vorteilhaft ist der jeweilige Abgriff im Bereich eines Übergangs zwischen dem elektrischen Widerstand und dem jeweiligen Anschlusselement mit dem Verbindungselement verbunden. Das jeweilige ist vorzugsweise mit einer Schweißverbindung oder einer Lötverbindung mit dem Verbindungselement verbunden.
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Vorzugsweise dient als Abgriff einer Litze oder eine andere flexible elektrische Leitung. Alternativ kann die jeweilige Erfassungseinrichtung auf dem Verbindungselement positioniert sein und die elektrische Verbindung erfolgt direkt, beispielhaft über eine Lötverbindung der Erfassungseinrichtung und dem jeweiligen Anschlusselement.
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Der elektrische Widerstand ist vorzugsweise zwischen den Anschlusselemente positioniert. Vorteilhaft ist der elektrische Widerstand als ein Teilstück das Verbindungselements ausgeführt. Alternativ kann der elektrische Widerstand auch als Brücke eines unterbrochenen Verbindungselements ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Anschlusselement unmittelbar an dem elektrischen Widerstand angeordnet.
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Vorteilhaft ist das erste Anschlusselement und/oder das zweite Anschlusselement zweifach oder dreifach ausgeführt. Vorteilhaft weist das jeweilige Anschlusselement eine eigene elektrische Verbindung mit der Erfassungseinrichtung auf. Die elektrische Verbindung ist vorzugsweise durch eine Steckverbindung ausgebildet.
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Durch den vorstehend ausgeführten Aufbau des Verbindungselements können die Verbindungselemente als Massenartikel einfach und günstig hergestellt werden. Durch das jeweilige Anschlusselement ist überdies eine einfache Verbindung des Verbindungselements mit der Erfassungseinrichtung möglich.
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(PA3) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige Erfassungseinrichtung mit einer übergeordneten Kontrolleinrichtung verbunden.
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Die übergeordnete Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise als Batteriemanagementsystem ausgebildet oder Teil eines Batteriemanagementsystems. Die übergeordnete Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet zur Bestimmung:
- - des Ladezustands (SoC) der Batterie und/des jeweiligen Batteriemoduls
- - der Verteilung von elektrischer Energie in der Batterie und/oder der jeweiligen Batteriezelle,
- - Zur Bestimmung der Spannung, die an Ausgängen der Batterie anliegt,
- - des Stroms oder der elektrischen Energie, welche der Batterie entnommen / bereitgestellt wird,
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Die Verbindung der jeweiligen Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise über eine technische Datenverbindung mit der übergeordneten Kontrolleinrichtung verbunden.
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Vorzugsweise dient die übergeordnete Kontrolleinrichtung zu einer Plausibilisierung der jeweils bereitgestellten Werte für die elektrische Spannung und/oder des jeweils bereitgestellten elektrischen Stroms.
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Vorteilhaft ist die jeweilige Erfassungseinrichtung jeweils einen Batteriemodul zugeordnet. Weiter vorteilhaft ist die übergeordnete Kontrolleinrichtung separiert von dem jeweiligen Batteriemodul, beispielhaft im einem von den Batteriemodulen separierten Teil des Gehäuses angeordnet.
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Vorteilhaft ist die übergeordnete Kontrolleinrichtung zur Verifikation und/oder zur Mittelung der Werte der elektrischen Spannung oder der elektrischen Ströme ausgebildet, welche der übergeordneten Kontrolleinrichtung bereitgestellt werden.
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Durch die Trennung der jeweilige Erfassungseinrichtung von der übergeordneten Kontrolleinrichtung ist vorteilhaft eine dezentrale Lösung möglich. Darüber kann der durch die Batterie fließenden Strom genauer und einfacher bestimmt werden.
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(PA4) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige Erfassungseinrichtung als integrierte Schaltung, insbesondere als ASIC-Baustein, ausgebildet oder ist in einer integrierten Schaltung integriert.
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Oft umfasst die integrierte Schaltung, insbesondere der ASIC-Baustein, der gewöhnlich einem jeweiligen Batteriemodulen in einer Batterie zugeordnet ist, einen zusätzlichen Eingang für die Erfassung einer Spannung. Im Rahmen der Erfindung wird der zusätzliche Eingang vorteilhaft als Erfassungseinrichtung genutzt. Die Nutzung des zusätzlichen Eingangs zur Erfassung einer elektrischen Spannung dient vorteilhaft zur Bestimmung eines elektrischen Stroms. Die Erfassung des elektrischen Stromes erfolgt vorzugsweise mit Hilfe der Bestimmung der Spannungsdifferenz, welche bei einem elektrischen Widerstand in dem jeweiligen Verbindungselement abfällt.
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Eine Integration einer Erfassungseinrichtung in eine integrierte Schaltung, insbesondere in einen ASIC-Baustein, stellt vorteilhaft eine einfache und preiswerte Realisierung einer Erfassungseinrichtung dar. So lässt sich eine Batterie preiswerter herstellen, da ein Eingang zur Erfassung einer Spannung genutzt wird, der in handelsüblichen ASIC-Bausteinen bereits vorhanden ist.
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(PA5) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wobei die jeweilige Erfassungseinrichtung jeweils einem Batteriemodul zugeordnet ist, wobei die jeweilige Erfassungseinrichtung die Spannungsdifferenz ermittelt, welche an dem elektrischen Widerstand desjenigen Verbindungselements erfasst, welches an einem Minuspol des jeweiligen Batteriemoduls elektrisch verbunden ist
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Bei einer Vielzahl von Batteriemodulen in einer Batterie sind die jeweils in der innenliegenden Batteriemodule an ihrem jeweiligen Pluspol und ihrem jeweiligen Minuspol an einem Verbindungselement verbunden. Vorzugsweise wird zur Erfassung der jeweils abfallenden Spannung diejenige Erfassungseinrichtung genutzt, die demjenigen Batteriemodul zugeordnet ist, die mit dem Minuspol des Batteriemoduls an dem Entsprechenden Verbindungselement verbunden ist.
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Durch die Positionierung des jeweiligen elektrischen Widerstand an dem jeweiligen Minuspol des jeweiligen Batteriemoduls kann die bereits vorhanden Berechnungsmethoden zur Bestimmung des elektrischen Stroms auch im Rahmen der hier beschrieben Erfindung verwendet werden.
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(PA6) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweiligen Erfassungseinrichtungen mit der übergeordneten Kontrolleinrichtung über eine technische Datenverbindung verbunden, wobei die technische in einer Ring-förmigen Topologie, einer Stern-förmigen Topologie oder einer seriellen Topologie ausgebildet.
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Durch die parallel ausgeführte technische Datenverbindung, beispielhaft bei der Ring-förmigen Topologie verwirklicht, ist auch im Falle einer defekten Erfassungseinrichtung, insbesondere eines defekten integrierten Schaltkreises (ASIC-Bausteins), eine sichere Bestimmung des elektrischen Stroms bei zumindest einem Teil der Batteriemodule möglich. Vorteilhaft kann bei einem Defekt der technischen Datenverbindung zwischen zwei Erfassungseinrichtungen die Bereitstellung der Werte der elektrischen Spannungen oder der Spannungsdifferenzen entlang der entgegengesetzten Richtung in der Topologie erfolgen.
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Bei einer seriell - oder bei einer Ring-förmig ausgebildeten technischen Datenverbindung kann eine besonders effiziente Übermittlung der jeweils erfassten Werte zu der übergeordneten Kontrolleinrichtung erfolgen. Überdies kann so in einer seriell- oder bei einer Ring-förmig ausgebildeten technischen Datenverbindung mit besonders sparsam ausgeprägter Verkabelung ausgestaltet werden. Insbesondere durch eine ringförmig ausgebildete Topologie der technischen Datenverbindung kann bei einem Defekt eines Teils der technischen Datenverbindung die Bereitstellung der jeweiligen Werte an die übergeordnete Kontrolleinrichtung in die andere Richtung erfolgen.
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Durch die jeweilige Topologie der technischen Datenverbindung kann vorteilhaft eine der Anwendung angepasste Übertragung der Werte für elektrischen Strom und/oder elektrischen Spannung erfolgen.
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Beschreibung der Batterie
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Die Batterie ist insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, vorzugsweise zum Einsatz in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug ausgebildet. Die Batterie weist eine Vorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung auf.
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Durch den Einsatz der vorstehend beschriebenen Vorrichtung lässt sich eine Batterie, insbesondere deren elektrischen Parameter wie Batteriespannung oder Batteriestrom besonders gut überwachen.
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Vorteilhaft sind die jeweiligen Batteriemodule jeweils in einem modular zusammensetzbaren Gehäuse kombinierbar. Weiter vorteilhaft ist die übergeordnete Kontrolleinrichtung der Batterie in einem, von den Batteriemodulen separierten Gehäuse positioniert. Vorteilhaft ist die technische Datenverbindung mit eine Steckverbindung ausgebildet.
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Durch den Einsatz einer vorstehend beschrieben Vorrichtung kann die Batterie besonders einfach und preiswert hergestellt werden.
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Insbesondere dient zur Lösung der anfangs gestellten Aufgabe ein Kraftfahrzeug oder ein elektrisch betriebenes Fahrzeug wie ein Automobil mit einer vorstehend beschriebenen Batterie.
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Die Batterie ist vorteilhaft als Hochspannungsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ausgebildet.
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Beschreibung des Verfahrens
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(PA8) Das Verfahren zur Bestimmung eines elektrischen Stroms weist folgende Schritte auf:
- - Erfassen einer jeweiligen elektrischen Spannung und/oder einer Spannungsdifferenz an einem jeweiligen elektrischen Widerstand mit Hilfe einer Erfassungseinrichtung,
- - Bereitstellung einer jeweiligen elektrischen Spannung und/oder einer Spannungsdifferenz an eine übergeordnete Kontrolleinrichtung,
- - Berechnung des elektrischen Stroms mit Hilfe der jeweiligen elektrischen Spannung.
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Die Bereitstellung der Spannung erfolgt vorteilhaft durch die Bereitstellung eines jeweiligen Wertes der Spannung in einer codierten Form. Vorteilhaft erfolgt die Berechnung des elektrischen Stromes mit Hilfe der übergeordneten Kontrolleinrichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die Berechnung des elektrischen Stroms mit Hilfe der jeweiligen Erfassungseinrichtung erfolgen. Insofern der jeweilige elektrische Strom von der Erfassungseinrichtung berechnet wird, kann vorgesehen sein, dass der jeweils berechnete Strom an die übergeordnete Kontrolleinrichtung bereitgestellt werden.
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Mit Vorteilteil kann eine Mittelwertbildung der jeweils bereitgestellten Spannungen und/oder der jeweils bereitgestellten elektrischen Ströme erfolgen. Vorteilhaft erfolgt die Mittelwertbildung mit Hilfe der übergeordneten Kontrolleinrichtung. Weiter vorteilhaft erfolgt mit der übergeordneten Kontrolleinrichtung eine Plausibilisierung der jeweiligen Spannung und/oder des jeweils bestimmten elektrischen Stroms.
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Darüber hinaus erfolgt vorteilhaft eine Bestimmung des Ladezustands und/oder weiterer Zustandsgrößen der Batterie mit Hilfe des jeweiligen elektrischen Stromes und/oder mit Hilfe des jeweils bereitgestellten Mittelwertes des elektrischen Stromes.
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Durch das vorstehend ausgeführte Verfahren kann vorteilhaft auf eine besonders genaue Art und Weise der elektrische Strom bestimmt werden, welcher durch das jeweilige Batteriemodul fließt.
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Überdies kann mit Vorteil eine Bestimmung des elektrischen Stromes ohne eine eigene Erfassungseinrichtung der übergeordneten Kontrolleinrichtung erfolgen.
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(PA9) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wobei die Bereitstellung der jeweiligen elektrischen Spannung nacheinander von der jeweiligen Erfassungseinrichtung an die übergeordnete Kontrolleinrichtung erfolgt.
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Vorteilhaft erfolgt eine Hinterlegung der Werte der elektrischen Spannung in der übergeordneten Kontrolleinrichtung. Vorzugsweise erfolgt eine Berechnung des jeweiligen elektrischen Stroms auf Grundlage der jeweiligen elektrischen Spannung.
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Durch die Hinterlegung kann eine Überprüfung der jeweilig berechneten elektrischen Ströme erfolgen.
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Durch eine nacheinander erfolgende, insbesondere zeitlich versetzte, Bereitstellung der elektrischen Spannung kann eine Berechnung besonders einfach durch eine sich wiederholende Berechnung, insbesondere mit Hilfe einer schleifenförmigen Berechnungsvorschrift, erfolgen.
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(PA10) Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Erfassung der jeweiligen elektrischen Spannung mit Hilfe einer weiteren Erfassungseinrichtung verifiziert.
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Insbesondere durch die nachfolgende Übertragung kann der jeweils berechnete Wert des elektrischen Stromes mit den bereits berechneten elektrischen Strömen verglichen werden. Bei einer unvorhergesehenen Abweichung der elektrischen Ströme voneinander kann ggf. ein berechneter Wert für einen elektrischen Strom verworfen werden.
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Durch die Verifikation kann vorteilhaft die Genauigkeit des berechneten elektrischen Stromes erreicht werden.
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Eine Verifikation der jeweiligen elektrischen Spannung oder des jeweiligen elektrischen Stroms erfolgt vorzugsweise durch einen Vergleich mit einer elektrischen Spannung oder einem elektrischen Strom, der mit einer weiteren Erfassungseinrichtung bestimmt worden ist.
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Beispielhaft kann der mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens bestimmte Strom mit einem elektrischen Strom verglichen werden, der beispielsweise mit einem HALL-Sensor bestimmt worden ist.
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Vorzugsweise können auch die von der jeweiligen Erfassungseinrichtung ermittelten elektrischen Spannungen in Verbindung mit den jeweiligen elektrischen Widerständen bestimmten Stromwerten jeweils untereinander verifiziert werden. Darüber hinaus ist auch eine Verifikation mit einem gemittelten Wert des elektrischen Stroms verifiziert oder verglichen werden.
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Durch eine weitere Verifikation der erfassten elektrischen Spannung oder des berechneten Stromes mit einem weiteren Wert für den elektrischen Stromes erfolgt vorzugsweise eine erhöhte Sicherheit bei der Bestimmung des elektrischen Stromes. Durch eine erhöhte Sicherheit bei der Bestimmung des elektrischen Stromes kann insbesondere eine genauere Bestimmung des Ladezustandes der Batterie oder des jeweiligen Batteriemoduls erfolgen.
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(PA11) In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Verifikation der jeweiligen elektrischen Spannung mit Hilfe eines weiteren Sensors.
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Der weitere Sensor zur Erfassung eines elektrischen Stroms, insbesondere an einem Anschluss einer Batterie positioniert, ausgebildet sein. Ein solcher weiterer Sensor ist vorteilhaft als HALL-Sensor ausgebbildet. Vorteilhaft erfolgt ein regelmäßiger Vergleich der mit Hilfe dem vorstehenden Verfahren bestimmten elektrischen Stroms. Der weitere Sensor kann auch in einem Batteriemanagement, die der Vorrichtung zugeordnet ist, integriert sein. Durch die weitere Möglichkeit der Verifikation des elektrischen Stromes mit Hilfe eines weiteren Sensors erfolgt vorteilhaft eine verbesserte Bestimmung des Ladezustands der Batterie.
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(PA12) In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Durchführung des vorsehend beschriebenen Verfahrens mit Hilfe einer hier beschriebenen Vorrichtung.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine beispielhafte Vorrichtung,
- 2 ein bespielhaftes Verbindungselement,
- 3 Eine mögliche Verschaltung sowie
- 4 Ein bespielhaftes Verfahren.
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1 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung. Die Vorrichtung ist hier in einer Batterie Bat integriert. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Batteriemodule 1. Das jeweilige Batteriemodul 1 ist auf zumindest einer Seite mit einem Verbindungselement 3 elektrisch leitend verbunden. Zumindest einem Teil der Batteriemodule 1 ist eine Erfassungseinrichtung 5 zugeordnet. Vorteilhaft bilden die jeweilige Erfassungseinrichtung 5 und das entsprechend zugeordnete Batteriemodul 1 eine bauliche Einheit.
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Das Verbindungselement 3 umfasst einen elektrischen Widerstand 32. Der elektrische Widerstand 32 weist vorteilhaft einen Widerstand im Bereich von 5 bis 500 Mikroohm auf.
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Jeweils vor dem elektrischen Widerstand 32 und nach dem elektrischen Widerstand 32 wird die elektrische Spannung U1, U2 bestimmt. Zur Bestimmung der jeweiligen elektrischen Spannung U1, U2, ist die Erfassungseinrichtung 5 vorgesehen. Vorteilhaft erfolgt eine Bestimmung der Spannungsdifferenz ΔU=U2-U1. Für eine besonders genaue Bestimmung der jeweiligen elektrischen Spannung U1, U2 oder der über den elektrischen Widerstand 32 abfallende Spannungsdifferenz ΔU erfolgt ein Abgriff der jeweiligen elektrischen Spannung U1, U2 in der unmittelbaren Umgebung des elektrischen Widerstandes 32.
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Vorteilhaft erfolgt eine Bestimmung der jeweiligen Spannungsdifferenz ΔU bei einer Mehrzahl von Verbindungselementen 3, vorteilhaft allen Verbindungselementen 3.
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Optional ist ein Shunt-Widerstand 35 zwischen dem Minuspol des Anschlusses und dem Minuspol der mit dem Anschluss verbundenen Batteriemoduls 1 verschaltet. Die jeweilige Spannung U1, U2 und/oder der Spannungsdifferenz ΔU wird in einem solchen Fall von derjenigen Erfassungseinrichtung 5 erfasst, die dem Batteriemodul 1 zugeordnet ist, welches mit dem Anschluss verbunden ist.
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Die dem jeweiligen Batteriemodul 1 zugeordneten Erfassungseinrichtung 5 ist vorteilhaft als integrierte Schaltung, insbesondere als ASIC-Baustein, ausgebildet. Die jeweilige Erfassungseinrichtung 5 ist zur Erfassung der Spannungen desjenigen Verbindungselements 3 eingerichtet, welche mit dem Minuspol (-) des jeweilig zugeordneten Batteriemoduls 1 verbunden ist.
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2 zeigt ein beispielhaftes Verbindungselement 3. Das hier gezeigte Verbindungselement 3 umfasst ein erstes und ein zweites Anschlusselement 33. Das jeweilige Anschlusselement 33 sind auf einer Seite jeweils mit einem elektrischen Widerstand 32 verbunden. Im Bereich der jeweiligen Verbindung zwischen dem jeweiligen Anschlusselement 33 und dem elektrischen Widerstand 32 sind Abgriffe 7a, 7b angeordnet. Die Abgriffe 7a, 7b dienen zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Anschlusselements 31 mit der entsprechenden Erfassungseinrichtung 5. Die Erfassungseinrichtung dient mit Hilfe der jeweiligen Abgriffes 7a, 7b zur Bestimmung der elektrischen Spannung U1, U2 an dem jeweiligen Anschlusselement 33. Der jeweilige Abgriff 7a, 7b ist vorteilhaft durch Litzen oder ähnlichen elektrischen Leitern ausgebildet. Optional ist der jeweilige Abgriff 7a, 7b jeweils doppelt oder dreifach ausgeführt. Bei einem Verbindungselement 3 mit mehrfach ausgestalteten Anschlusselementen 7a, 7b sind vorteilhaft auch die Litzen mehrfach ausgestaltet. Durch diese mehrfache Ausführung der Litzen und/oder der Verbindungen der Abgriffe 7a, 7b kann die Betriebssicherheit der Batterie Bat erhöht werden.
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Der jeweilige Abgriff 7a, 7b ist vorzugsweise durch eine Klemmverbindung oder eine Lötverbindung ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist der jeweilige Abgriff als Vorteilhaft kann zwischen dem jeweiligen Anschlusselement 33 und dem elektrischen Widerstand 32 eine direkte flächige elektrische Verbindung ausgebildet sein. Vorzugsweise erfolgt eine solche Verbindung auf beiden Seiten des elektrischen Widerstandes 32.
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3 zeigt eine mögliche Verschaltung. Gezeigt ist eine Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen 5 und die übergeordnete Kontrolleinrichtung 9. Zur Verbindung der jeweiligen Erfassungseinrichtung 5 miteinander und zur Verbindung mit der übergeordneten Steuereinrichtung 9 dient eine technische Datenverbindung 91. Die technische Datenverbindung 91 kann durch eine Netzwerkverbindung, beispielsweis ein CAN-Bus oder EtherNET, ausgebildet sein.
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Durch einen optionalen (und daher gestrichelt dargestellten) Ringschluss der technischen Datenverbindung 91 kann eine Übertragung von Werten der elektrischen Spannung U1, U2 oder Spannungsdifferenzen ΔU in zwei Richtungen erfolgen.
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Anstelle der hier gezeigten Verbindung als Reihen-Topologie oder Ring-Topologie kann auch eine sternförmige Topologie zur Verbindung der jeweiligen Erfassungseinrichtung 5 mit der übergeordneten Kontrolleinrichtung gewählt werden.
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Durch die in der Figur gezeigte Topologie ist die Länge der technischen Datenverbindung 91 in Summe vorteilhaft minimiert.
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4 zeigt ein mögliches Verfahren. Das hier schematisch dargestellte Verfahren umfasst zumindest folgende Verfahrensschritte:
- Ein erster Verfahrensschritt v1: Im ersten Verfahrensschritt v2 wird mit Hilfe der jeweiligen Erfassungseinrichtung 5 das jeweilige elektrische Spannung U1, U2 sowie die Spannungsdifferenz ΔU = U2 - U1 ermittelt. Der erste Verfahrensschritt v1 erfolgt vorzugsweise in regelmäßigen Zeitabständen.
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Ein zweiter Verfahrensschritt v2: Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt eine Übertragung der jeweiligen elektrischen Spannungen U1, U2 an die übergeordnete Steuerung 9. Die Übertragung erfolgt vorzugsweise entsprechend der Topologie der technischen Datenverbindung 91. Vorteilhaft erfolgt die Bereitstellung der elektrischen Spannungen U1, U2 der jeweiligen Erfassungseinrichtung 5 zeitlich versetzt. Vorteilhaft kann der jeweiligen elektrischen Spannung ein Zeitstempel zugeordnet werden.
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Dritter Verfahrensschritt v3: Im dritten Verfahrensschritt v3 erfolgt vorteilhaft eine Berechnung des jeweiligen Stroms I mit Hilfe der jeweils bereitgestellten elektrischen Spannungen U1, U2 oder der Spannungsdifferenz ΔU der jeweiligen Erfassungseinrichtungen 5. Die Berechnung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe der übergeordneten Steuereinrichtung 9.
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Vierter Verfahrensschritt v4: In dem optionalen vierten Verfahrensschritt v4 erfolgt eine Mittelwertbildung oder eine Plausibilisierung der berechneten Werte des elektrischen Stroms I. Insofern ein nicht-plausibler Wert für einen elektrischen Strom I berechnet wird, kann dieser Wert im Rahmen der Plausibilisierung verworfen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriemodul
- 3
- Verbindungselement
- 31
- Anschlusselement
- 32
- Elektrischer Widerstand
- 33
- Anschlusselement
- 4
- Anschluss (der Batterie)
- 5
- Erfassungseinrichtung
- 7a, 7b
- Abgriff
- 9
- Übergeordnete Steuereinrichtung
- 91
- Technische Datenverbindung
- U1, U2
- Elektrische Spannung (Spannung zur Masse)
- ΔU
- Spannungsdifferenz
- I
- Elektrischer Strom
