DE102021106060A1

DE102021106060A1 - Batterieüberwachungseinheit

Info

Publication number: DE102021106060A1
Application number: DE102021106060.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Zoske; Hans Beyer; Jonas Keutmann; Felix König
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2021-03-12
Filing date: 2021-03-12
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022189671A1; KR20230149838A; CN116981950A; JP2024509220A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungseinheit (10), umfassend eine Schnittstelle (12), welche dazu eingerichtet ist, für jede, mindestens zwei parallel zueinander geschaltete Batteriezellen (24) aufweisende Batteriegruppe (22) einer mit der Batterieüberwachungseinheit (10) gekoppelten und mindestens zwei Batteriegruppen (22) aufweisenden Batterie (1) elektrische Spannungen (14A, 14B) zu empfangen, wobei eine Auswerteeinheit (16) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die von der Schnittstelle (12) empfangenen Spannungen (14A, 14B) von mindestens zwei in Reihe geschalteten Batteriegruppen (22) miteinander zu vergleichen und ein Signal (18) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs auszugeben.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungseinheit, insbesondere zum Überwachen von Verbindungen parallel und/oder seriell geschalteter, aus parallel zueinander verschalteten Batteriezellen aufgebauten Batteriegruppen, sowie eine entsprechende, aus den Batteriegruppen aufgebaute Batterie beziehungsweise Traktionsbatterie für ein elektrisches Fahrzeug.
Stand der Technik
Bei elektrochemischen Energiespeichern zur Anwendung als Traktionsbatterie, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, sind in der Regel mehrere in Batteriegruppen organisierte Batteriezellen in Reihe und/oder parallel zueinander verschaltet, um so die Batterie auszubilden. Damit wird in diesem Zellverbund die gewünschte Gesamtkapazität und Gesamtspannung für den jeweiligen Einsatzzweck der Batterie erreicht, beispielsweise für spezifische Traktionsbatterien für Elektro- und Hybridfahrzeuge.
Zwischen den aus parallel zueinander verschalteten Batteriezellen aufgebauten Batteriegruppen können sich Spannungsabgriffe befinden, um jeweils die an diesen Batteriegruppen anliegende elektrische Spannung zu ermitteln. Die ermittelte Spannung kann beispielsweise an ein Batterie-Management-System übermittelt werden, wobei das Auftreten einer Überspannung beim Laden beziehungsweise eine Unterspannung beim Entladen der Batteriezellen erkannt und durch geeignete Maßnahmen, z.B. das Beenden des Ladevorgangs, entsprechend vermieden werden kann.
In der Regel sind die Batteriegruppen in solchen Batterien, insbesondere zur Verwendung in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, weiterhin derart verschaltet, dass eine Gesamtspannung von mehreren 100 V bereitgestellt wird, wobei die Spannung, die an jeder Batteriezelle anliegt, durch die Serienschaltung im Normalfall nur wenige Volt beträgt. Sollten bei solchen Batterien jedoch Fehler auftreten, wobei beispielsweise die elektrische Verbindung einiger oder aller Batteriezellen in einer Batteriegruppe versagen, so würden Anteile der Batteriespannung oder im Extremfall auch die volle Batteriespannung an diesem Punkt in der Schaltung anliegen, die in manchen Fällen 800 V und darüber betragen kann. In einem solchen Fall kann dies zu einem Kurzschluss mit Lichtbogen führen, welcher schwerwiegende Schaden an der Batterie beziehungsweise dem gesamten Fahrzeug verursachen kann.
Das Ausfallen von Batteriezellen in einer Batteriegruppe kann dabei sukzessive erfolgen, wobei dies mit einer entsprechenden schrittweisen Änderung der Spannung für die jeweilige Batteriegruppe einhergehen kann.
Obwohl Systeme bekannt sind, welche ein Ausschalten der Batterie bewirken, wenn eine für eine jeweilige Batteriegruppe gemessene Spannung einen Nennwert oder einen in der Vergangenheit gespeicherten Wert überschreitet, sind solche Verfahren nur bedingt zuverlässig. Denn solche Werte können für eine bestimmte Batteriekonfiguration beziehungsweise eine Batterieserie festgelegt sein, welche nicht genau mit der konkret zu überwachenden individuellen Batterie übereinstimmt. Weiterhin kann sich der Batteriezustand über die Lebensdauer erheblich verändern und wird beispielsweise von Lebensdauer, Lade- und Entladezeiten, anwendungsspezifischen Lasten, Betriebszeiten, Betriebsbedingungen und/oder Umgebungsbedingungen beeinflusst. Entsprechend können solche allgemeinen Nennwerte nicht für die individuelle Batterie und/oder deren Zustand zutreffend sein, sodass diese Werte größere Toleranzbereiche einschließen sollten. Dadurch kann ein kritischer Zustand der Batterie gegebenenfalls jedoch erst zu einem späten Zeitpunkt festgestellt werden.
Entsprechend besteht ein Bedarf, eine genauere Batterieüberwachung zu ermöglichen, welche eine frühzeitige Erkennung von Fehlern bereitstellt und bevorzugt für eine Vielzahl von Batterien und/oder Batterietypen einsetzbar ist.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Batterieüberwachung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Batterieüberwachungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Batterieüberwachungseinheit vorgeschlagen, umfassend eine Schnittstelle, welche dazu eingerichtet ist, für jede, mindestens zwei parallel zueinander geschaltete Batteriezellen aufweisende Batteriegruppe einer mit der Batterieüberwachungseinheit gekoppelten und mindestens zwei Batteriegruppen aufweisenden Batterie elektrische Spannungen über jeweilige Spannungsabgriffe zu empfangen. Erfindungsgemäß ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die empfangenen Spannungen für mindestens zwei in Reihe geschaltete Batteriegruppen der Batterie miteinander zu vergleichen und ein Signal basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs auszugeben.
Die Batteriegruppen können entweder als mechanisch und elektrisch als Einheit zusammengefasstes Batteriemodul ausgebildet sein, oder als logische Einheiten innerhalb eines Batteriemoduls oder innerhalb der Batterie vorgesehen sein. Die Batteriegruppe zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus mindestens zwei parallel miteinander verschalteten Batteriezellen aufgebaut ist und einen eigenen Spannungsabgriff aufweist - unabhängig von dem mechanischen Aufbau und der räumlichen Anordnung in der Batterie.
Für jede Batteriegruppe ist üblicherweise die gleiche Anzahl von Batteriezellen vorgesehen, wobei die Batteriezellen der Batteriegruppe parallel geschaltet sind. Wenn die jeweiligen Batteriezellen in einem Betriebszustand der Batterie die für den Betriebszustand vorgesehene Spannung aufweisen, wird ein Vergleich der Spannungen der mindestens zwei Batteriegruppen im Wesentlichen - abgesehen von üblichen Messungsschwankungen - zu gleichen Spannungen führen. Sollte jedoch eine oder mehrere Batteriezellen innerhalb einer Batteriegruppen nicht wie vorgesehen funktionieren, so wird die für die Batteriegruppe abgegriffene Spannung von der für eine jeweils andere Batteriegruppe im Batteriegruppenpaar unterschiedlich sein. Mit anderen Worten können durch das Vergleichen der an den Spannungsabgriffen abgegriffenen Spannungen mindestens zweier in Reihe geschalteter Batteriegruppen bereits geringe Spannungsänderungen erfasst werden, welche von einem normalen beziehungsweise erwarteten Zustand abweichen.
Der Vergleich der zwischen den an den Spannungsabgriffen abgegriffenen Spannungen der einzelnen Batteriegruppen kann besonders einfach durch eine Differenzbildung der gemessenen Werte erreicht werden. Die Differenz ist dann, wenn die Batterie wie erwartet im Normalbetrieb betrieben wird, im Wesentlichen Null und die Differenz entfernt sich dann bei einem Unterschied der Spannungen von Null.
Der Vergleich der zwischen den an den Spannungsabgriffen abgegriffenen Spannungen der Batteriegruppen kann auch durch Quotientenbildung der gemessenen Werte erreicht werden. Der Quotient ist dann, wenn die Batterie im Normalbetrieb betrieben wird, im Wesentlichen 1 und der Quotient entfernt sich von 1 wenn die gemessenen Spannungen auseinanderfallen.
Ein Vergleich der gemessenen Spannungen kann auch durch andere rechnerische Vergleichsmöglichkeiten durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann ein bereits geringfügiger Spannungsunterschied beispielsweise auf einen Zellenverlust oder einen anstehenden Zellenverlust deuten, sodass eine sehr genaue Überwachung des Batteriezustands bereitgestellt wird. Dies ist insbesondere bei einer hohen Parallelisierung von Batteriegruppen und einer entsprechenden hohen Anzahl von jeweiligen, parallel geschalteten Batteriezellen pro Batteriegruppe vorteilhaft, zumal dies eine Früherkennung von vorliegenden Fehlern ermöglicht, welche ansonsten zu einem kritischen oder sogar bedrohlichen Fehler führen können.
Als Sicherheitsmaßnahme können in Batteriezellen beispielsweise membranbasierte Stromunterbrechungsvorrichtungen (auf Englisch „current interrupt device“ oder CID) vorgesehen sein, welche bei einer übermäßigen Gasentstehung innerhalb der Batteriezelle, beispielsweise aufgrund von Alterung, Fehlern in der Produktion oder Überlastung, und einem damit einhergehenden Druckaufbau in der Batteriezelle den Stromkontakt gezielt unterbricht. Eine Früherkennung einer solchen Unterbrechung ermöglicht dabei, dass das Auslösen einer Kettenreaktion aufgrund eines entsprechend erhöhten Stromflusses in den verbleibenden Batteriezellen der jeweiligen Batteriegruppe verhindert werden kann. Die Sicherheit wird somit erheblich verbessert. Eine solche Abschaltung einer oder mehrerer Batteriezellen in der Batteriegruppe kann mittels der vorgeschlagenen Batterieüberwachungseinheit entsprechend detektiert werden.
Weiterhin ermöglicht die Batterieüberwachungseinheit, dass eine Überwachung einer Batterie grundsätzlich unabhängig von einer konkreten Batteriekonfiguration erfolgen kann. Denn durch den relativen Vergleich von mindestens zwei in Reihe geschalteten Batteriegruppen der Batterie kann auf einen Vergleich von absoluten, individuellen Spannungswerten mit einem für die jeweilige Batteriegruppe gemäß Typ und/oder Konfiguration vorgesehene Spannung verzichtet werden.
Ebenfalls ermöglicht das Bestimmen beispielsweise des Differenzwerts zum Vergleich, dass das Ausgeben des Signals grundsätzlich unabhängig von der Batterieleistung beziehungsweise der entsprechenden Batteriegruppen erfolgen kann. Eventuelle Änderungen des Batteriezustands über die Batterielebensdauer, beispielsweise aufgrund von Lebensdauer, Lade- und Entladezeiten, anwendungsspezifischen Lasten, Betriebszeiten, Betriebsbedingungen und/oder Umgebungsbedingungen, können ebenfalls automatisch berücksichtigt werden, zumal diese sich für die jeweiligen Batteriegruppen einer Batterie im Betrieb nicht wesentlich unterscheiden. Somit wird eine genaue Überwachung des Batteriezustands bereitgestellt, welche über die Gesamtlebensdauer eine Früherkennung von Fehlern ermöglicht.
Die Batterieüberwachungseinheit kann dabei beispielsweise als separates Modul oder auch als integrierte Komponente in einer Steuer- und Regeleinheit einer Batterie ausgebildet sein. Dabei umfasst die Batterieüberwachungseinheit eine Auswerteeinheit, welche die empfangenen Spannungen beziehungsweise Messwerte auswertet und den entsprechenden Vergleich für die mindestens zwei in Reihe geschalteten Batteriegruppen bestimmt oder berechnet. Die Schnittstelle kann dabei als Hardwarekomponente vorliegen, um beispielsweise eine elektrische Koppelung mit jeweiligen Spannungsabgriffen zu ermöglichen, und/oder zumindest teilweise eine computerlesbare Logik umfassen, um entsprechende Messsignale oder Daten zu übermitteln.
Der Vergleich und beispielsweise die Ermittlung des Differenzwerts kann weiterhin für verschiedene in Reihe geschaltete Batteriegruppen durchgeführt werden. So kann der Differenzwert beispielsweise für Batteriegruppen, welche nicht unmittelbar zueinander benachbart sind und/oder für Batteriegruppen, welche ihrerseits aus mehreren Batteriegruppen zusammengeschaltet sind und gemeinsam eine Batteriegruppe bilden, bestimmt werden. Jeweilige Differenzwerte können dabei im Wesentlichen zeitgleich oder sukzessive bestimmt werden, sodass im ausgegebenen Signal mehrere Differenzwerte berücksichtigt werden können oder das Signal für jeden individuellen Differenzwert ausgegeben werden kann.
Beispielsweise können bei einer Mehrzahl von Batteriegruppen elektrische Spannungen von nicht zueinander benachbarten Batteriegruppen miteinander verglichen und dies für jeweils nachfolgende beziehungsweise angrenzende Batteriegruppen wiederholt werden, sodass aus diesen Spannungswerten auf das potenzielle Vorliegen eines Fehlers in einer individuellen Batteriegruppe geschlossen werden kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mehrere nebeneinander angeordnete Batteriegruppen, beispielsweise zwei angrenzende Batteriegruppen, mit einer entsprechenden Anzahl von nebeneinander angeordneten, nicht übereinstimmenden Batteriegruppen verglichen werden. Auf diese Weise können zum Beispiel Rückschlüsse bezüglich des Vorhandenseins potenzieller Fehler in einem bestimmten Bereich von Batteriegruppen gezogen werden.
Ebenfalls kann eine gewisse Sicherheitsredundanz vorgesehen sein, wobei der Vergleichswert, beispielsweise der Differenzwert, einer jeden Batteriegruppe mit einer oder mehreren Batteriegruppen oder allen übrigen Batteriegruppen individuell bestimmt wird. Durch den Vergleich aller Batteriegruppen jeweils zueinander können beispielsweise elektrische Spannungsschwankungen ausgeblendet und die Genauigkeit der Überwachung weiter erhöht werden.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit dazu eingerichtet, einen Vergleich durchzuführen und beispielsweise den Differenzwert zumindest für jeweils benachbarte Batteriegruppen zu bestimmen. Der Begriff „benachbart“ ist dabei in Richtung der Leistungsanschlüsse beziehungsweise als sukzessive Anordnung der entsprechenden Spannungsabgriffe in Reihe zu verstehen, sodass beispielsweise eine elektrische Spannung von einer Batteriegruppe mit einer elektrischen Spannung einer anderen Batteriegruppe, welche genau eine Batteriegruppe näher zu einem Leistungsanschluss angeordnet ist, verglichen wird.
Auf diese Weise können eventuell vorhandene Fehler für individuelle Batteriegruppen festgestellt werden und es sind keine Konfigurationsdaten erforderlich, um die abgegriffenen Spannungen den jeweiligen Batteriegruppen zuzuordnen. Mit anderen Worten kann das Signal für eine spezifische, individuelle Batteriegruppe ausgegeben werden und es kann gleichermaßen eine sehr genaue Überwachung des Batteriezustands bereitgestellt werden.
Die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, das Signal auszugeben, wenn ein jeweiliger Differenzwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann beispielsweise für eine Spannungserhöhung kennzeichnend sein, welche einer Spannung für eine oder mehrere Batteriezellen entspricht, wobei die Batteriezelle beispielsweise eine standardisierte Leistung bereitstellt. Ebenfalls kann der Schwellenwert für eine vorgegebene Erhöhung des ohmschen Widerstands gewählt sein, wobei der Widerstand für das Vorliegen eines potenziellen Fehlers wie eines Ausfalls einer oder mehrerer Batteriezellen kennzeichnend ist. Dabei kann die über eine Batteriegruppe abfallende elektrische Spannung bei einem bestimmten Stromfluss gemessen werden und daraus auf den ohmschen Widerstand dieser Batteriegruppe geschlossen werden.
Die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit kann alternativ, oder zusätzlich, auch dazu eingerichtet sein, das Signal auszugeben, wenn ein Verhältnis des Differenzwerts zu einem Spannungswert mindestens einer der den Differenzwert bildenden Batteriegruppen 0,01:1,0 bis 0,25:1,0, bevorzugt 0,05:1,0 bis 0,20:1,0 beträgt.
Mit anderen Worten kann der Differenzwert als Prozentsatz einer abgegriffenen Spannung einer jeweiligen Batteriegruppe, bevorzugt der jeweils niedrigeren Spannung, bestimmt sein und es kann das Signal ausgegeben werden, wenn dieser zwischen 1 Prozent und 25 Prozent oder zwischen 5 Prozent und 20 Prozent der Spannung liegt beziehungsweise diesen Wert überschreitet. Beispielsweise kann das Signal ausgegeben werden, wenn der Differenzwert etwa 15 Prozent überschreitet. Der Prozentsatz kann dabei derart vorgegeben sein, dass übliche Spannungsschwankungen für das Ausgeben des Signals ignoriert werden und mit hinreichender Wahrscheinlichkeit ein Fehler vorliegt oder ein spezifischer Fehler sogar als Prozentsatz vorgegeben ist. Der Prozentsatz kann somit derart gewählt sein, dass beim Überschreiten eine Überprüfung beziehungsweise ein Handlungsbedarf besteht.
Ein weiterer Vorteil einer solcher Ausführungsform ist, dass die Überwachung einer Batterie grundsätzlich unabhängig von einer Batteriekonfiguration erfolgen kann. So sind keine absoluten Leistungswerte beziehungsweise Schwellenwerte erforderlich und es kann somit für jeden Batterietyp eine Überwachung des Batteriezustands erfolgen, unabhängig von der entsprechenden Ausgestaltung der Batterie. Der Prozentsatz kann somit als Schwellenwert dienen, ohne dabei einem absoluten Spannungswert zu entsprechen. Dies ist auch im Hinblick auf eventuelle Änderungen der Batterieeigenschaften über die Lebensdauer vorteilhaft, zumal davon ausgegangen werden kann, dass sich die Eigenschaften für die jeweiligen Batteriegruppen auf ähnliche Weise beispielsweise durch Ladezyklen und Betriebsbedingungen über die Zeit ändern. Das vorgesehene Verhältnis beziehungsweise der Prozentsatz können dabei unabhängig von der Lebensdauer für eine Fehlerdetektion aussagekräftig sein.
Um das Ausgeben des Signals noch spezifischer zu gestalten beziehungsweise verschiedene Betriebszustände zu berücksichtigen, kann der Differenzwert sowohl im Ruhezustand als auch im belasteten Zustand unter einem bekannten Stromfluss bestimmt werden und können die entsprechenden Differenzwerte miteinander verglichen werden. Auf diese Weise kann der Einfluss unterschiedlicher Ladezustände der Batteriezellen herausgerechnet und beim Ausgeben des Signals berücksichtigt werden.
Eine solche Überprüfung kann permanent oder intermittierend im regulären Betrieb der Batterie erfolgen. Weiterhin können dadurch auch eventuelle Fertigungsfehler erfasst werden, wenn dies beispielsweise direkt nach der Fertigung im Produktionswerk als Warenausgangskontrolle („End-of-Line“) geprüft wird.
Beispielsweise können auf diese Weise fehlerhafte Schweißverbindungen für eine gesamte Batteriegruppe oder einen Teilbereich der Batteriegruppe erfasst werden, welche beispielsweise dann vorliegen können, wenn entsprechende Verbindungsstege beziehungsweise Busbars aufgrund von Fertigungsfehlern oder Fertigungstoleranzen nicht korrekt angeordnet sind und somit alle oder ein Großteil der Schweißverbindungen an einer Batteriegruppe bzw. der jeweils parallel geschalteten Batteriezellen nicht korrekt ausgeführt wurden. Bei Benutzung der Batterie würden diese gegebenenfalls durch einen zu hohen Übergangswiderstand versagen. Eine Überprüfung der Differenzwerte bei einem niedrigen Stromfluss hat somit den Vorteil, dass ein solcher unerwünschte und potenziell gefährliche Zustand detektiert und damit vermieden werden kann.
Ebenfalls können Prozessanforderungen an die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen im Verhältnis geringgehalten werden, zumal Fehler im Nachhinein sicher erfasst werden können. Die Herstellung kann somit vereinfacht und gegebenenfalls schneller und kostengünstiger erfolgen.
Das Verhalten der jeweiligen Batteriegruppen beziehungsweise deren Entwicklung über die Lebensdauer kann weiterhin unterschiedlich sein und es können je nach Betriebszustand ebenfalls Schwankungen oder Fluktuationen auftreten. Weiterhin können potenzielle Fehler in individuellen Batteriezellen zwar noch nicht zum Auslösen einer Stromunterbrechungsvorrichtung führen. Die Qualität individueller Batteriezellen kann sich jedoch über die Lebensdauer der Batterie verschlechtern, welche sich in der entsprechenden Spannung widerspiegelt.
Entsprechend kann die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit dazu eingerichtet sein, einen Verlauf des jeweiligen Vergleichswerts, beispielsweise des Differenzwerts, aufzuzeichnen und das Signal auszugeben, wenn der Verlauf von einem vorgegebenen Verlauf abweicht. Auf diese Weise können negative Tendenzen bereits früh erkannt und die jeweilige Batteriegruppe identifiziert werden, sodass eine defekte Batteriezelle dieser Batteriegruppe oder die die defekte Batteriezelle umfassende Batteriegruppe oder das die Batteriegruppe mit der defekten Batteriezelle umfassende Batteriemodul oder die gesamte Batterie entsprechend anschließend ausgetauscht werden kann. Der vorgegebene Verlauf kann dabei in der Batterieüberwachungseinheit hinterlegt sein und mit dem aufgezeichneten Verlauf als Teil des Vergleichs und beispielsweise der Bestimmung des Differenzwerts beziehungsweise beim Ausgeben des Signals berücksichtigt werden.
Beispielsweise kann der vorgegebene Verlauf ein erwarteter Verlauf des Differenzwerts für eine bestimmte Lebensdauer umfassen oder es können auch komplexere polynomische Verläufe vorgesehen sein, welche beispielsweise mittels statistischer Auswertung und Korrelation mit dem aufgezeichneten Verlauf verglichen werden, wobei das Signal ausgegeben werden kann, wenn eine Korrelation von einem vorgegebenen Toleranzbereich abweicht.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit dazu eingerichtet, anhand des jeweiligen Vergleichs und beispielsweise des Differenzwerts einen Gesamtwiderstand für die jeweilige Batteriegruppe (oder Mehrzahl der Batteriegruppen) zu bestimmen, wobei der Gesamtwiderstand für den Betriebszustand der Batteriegruppe kennzeichnend ist. Auf diese Weise kann ein für den Betriebszustand erwarteter ohmscher Widerstand in die Auswertung des Differenzwerts und das Ausgeben des Signals einfließen, wobei dieser beispielsweise bei maximalem Betrieb oder bei Volllast aufgrund einer im Verhältnis höherer Temperatur höher sein kann. Wenn der Gesamtwiderstand sich beispielsweise im Normalbetrieb jedoch von einem vorgesehenen Gesamtwiderstand unterscheidet und dieser entsprechend höher ist, kann der höhere Gesamtwiderstand für das Vorliegen eines Zellenausfalls kennzeichnend sein, sodass das Signal entsprechend ausgegeben werden kann.
Weiterhin kann die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweisen und dazu eingerichtet sein, das Signal basierend auf dem jeweiligen Differenzwert und der Strom-Spannungs-Kennlinie auszugeben. Anhand der Strom-Spannungs-Kennlinie, welche beispielsweise auf Erfahrungswerten basiert ist, kann für den jeweiligen, bestimmten Differenzwert eine entsprechende Widerstandsänderung der jeweiligen Batteriegruppe berechnet werden, welche für das Vorliegen eines bestimmten Fehlers kennzeichnend sein kann. Mit anderen Worten kann anhand der Kennlinie eine genauere Fehlerdetektion erfolgen.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass eine Kennlinie von einer zentralen Einheit wie einem Server oder einer zentralen Fahrzeugsteuerung bereitgestellt wird. Entsprechend kann die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit bevorzugt dazu eingerichtet sein, Kenndaten der Batterie über die Schnittstelle zu empfangen und an eine zentrale Einheit zu übermitteln und in Antwort auf die übermittelten Kenndaten mindestens eine Strom-Spannungs-Kennlinie von der zentralen Einheit zu empfangen, wobei die Batterieüberwachungseinheit dazu eingerichtet ist, das Signal basierend auf dem jeweiligen Differenzwert und der Strom-Spannungs-Kennlinie auszugeben. Zum Übermitteln und Empfangen der entsprechenden Daten kann die Batterieüberwachungseinheit ein Kommunikationsmodul aufweisen oder mit einem Kommunikationsmodul einer Steuer- und Regeleinheit der Batterie kommunikativ gekoppelt sein. Das Abrufen von mindestens einer Kennlinie hat unter anderem den Vorteil, dass eine aktualisierte Kennlinie vorhanden sein kann und dass dabei bestimmte Kenndaten berücksichtigt werden können, sodass die Kennlinie für die jeweilige Batterie spezifiziert werden kann.
Die Kenndaten können dabei einen Batterietyp, eine Anzahl von parallel geschalteten Batteriezellen pro Batteriegruppe, einen Zellentyp, eine Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriegruppen, eine Anwendung der Batterie, und/oder Betriebsdaten der Batterie umfassen. Somit kann die Kennlinie weiter spezifiziert werden und diese kann auf die Batterie, deren Aufbau, Einsatz und/oder Entwicklung über die Lebensdauer zugeschnitten sein. Somit kann beispielsweise eine Gesamtwiderstandsänderung anhand des Vergleichs und beispielsweise des Differenzwerts und der Kennlinie sehr genau bestimmt werden, sodass die Früherkennung von potenziellen Fehlern weiter verbessert werden kann. Ebenfalls können eventuelle Schwellenwerte entsprechend angepasst und Toleranzbereiche reduziert werden.
Weiterhin kann anhand der Kenndaten auch ermöglicht werden, dass nur Kennlinien abgerufen werden, welche für die Batterie relevant sind. Die von der zentralen Einheit bereitgestellte Kennlinie kann dabei auf Erfahrungswerte für tatsächlich abgegriffene elektrische Spannungen und/oder Vergleichsdaten und/oder tatsächlich bestimmte Differenzwerte für Batterien mit vergleichbaren Kenndaten basiert sein. Entsprechend ist die Batterieüberwachungseinheit bevorzugt dazu eingerichtet, die empfangenen elektrischen Spannungen und/oder die jeweiligen Vergleichsdaten und/oder die jeweiligen Differenzwerte an die zentrale Einheit zu übermitteln, wobei die empfangene Strom-Spannungs-Kennlinie auf von der zentralen Einheit ausgewerteten elektrischen Spannungen und/oder Vergleichsdaten und/oder Differenzwerten für eine Vielzahl von Batterien mit entsprechenden Kenndaten basiert.
Beispielsweise können somit Daten für eine Vielzahl von Batterien einer entsprechenden Anzahl von Fahrzeugen zentral gesammelt und anonymisiert ausgewertet werden, wobei Kennlinien anhand der gesammelten Daten und entsprechenden Batteriebedingungen angepasst werden. Die von der Batterieüberwachungseinheit empfangene Kennlinie entspricht somit bevorzugt Erfahrungswerten für Batterien mit einem entsprechenden Batteriezustand. Dadurch kann eine Fehlerdetektion noch genauer erfolgen, wobei anhand der (aktuellen) Kennlinie ebenfalls erfasste Spannungsänderungen, welche ansonsten das Ausgeben eines Signals bewirken würden, basierend auf den Erfahrungswerten ignoriert werden können.
Wie vorstehend beschrieben, kann anhand einer Strom-Spannungs-Kennlinie ein für die abgegriffene Spannung beziehungsweise ein für den Vergleich, beispielsweise den bestimmten Differenzwert, welcher für eine Spannungsänderung kennzeichnend ist, entsprechender Stromfluss bestimmt werden. Anhand des Stromflusses und des Differenzwerts kann somit ein Gesamtwiderstand für die jeweilige Batteriegruppe errechnet beziehungsweise bestimmt werden, wodurch genauere Rückschlüsse bezüglich eines potenziell auftretenden Fehlers ermöglicht werden. Um eine potenzielle Erhöhung des Gesamtwiderstands noch genauer zu bestimmen, ist die Batterieüberwachungseinheit bevorzugt weiterhin dazu eingerichtet, Stromflüsse von jeweiligen Stromsensoren für die mindestens zwei in Riehe geschalteten Batteriegruppen über die Schnittstelle zu empfangen und das Signal weiterhin basierend auf dem jeweiligen Stromfluss auszugeben.
Die Anzahl der unbekannten Variablen kann dadurch reduziert werden und es kann zudem eine Rückkoppelung eines anhand von Kennlinien erwarteten Stromflusses bereitgestellt werden, sodass die Zuverlässigkeit des ausgegebenen Signals weiter verbessert werden kann.
Die Auswerteeinheit der Batterieüberwachungseinheit kann ebenfalls dazu eingerichtet sein, den Vergleich durchzuführen und beispielsweise den Vergleich und beispielsweise den jeweiligen Differenzwert in Echtzeit oder in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Batteriezustand kontinuierlich überwacht werden, sodass ein Signal im Falle eines kritischen Fehlers unmittelbar ausgegeben werden kann. Dadurch, dass sich die Batteriesicherheit durch die Batterieüberwachungseinheit und insbesondere das Bestimmen des jeweiligen Differenzwerts jedoch derart verbessert, dass bereits geringfügige Fehleranzeichen erfasst werden können, kann ebenfalls eine periodische beziehungsweise intermittierende Bestimmung des Differenzwerts vorgesehen bzw. ausreichend sein. Beispielsweise kann das Bestimmen des Differenzwerts nur im regulären Betrieb beziehungsweise im Normalbetrieb erfolgen, wobei das Bestimmen bevorzugt in einem Zeitintervall von einer Minute bis einer Stunde, weiter bevorzugt von 5 Minuten bis 10 Minuten erfolgt.
Das Signal kann dabei einen Warnhinweis, ein Wartungssignal und/oder ein Steuer- und/oder Regelsignal für die Batterie umfassen.
Beispielsweise kann anhand des bestimmten Differenzwerts festgestellt werden, dass mindestens eine Batteriezelle innerhalb einer spezifischen Batteriegruppe ausgefallen ist oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit auszufallen scheint. In diesem Fall kann es gegebenenfalls genügen, wenn ein Warnsignal ausgegeben wird, welches einen Benutzer auf das Vorliegen eines Fehlers aufmerksam macht, beispielsweise mittels eines Kommunikationsmoduls. Ebenfalls kann ein Wartungssignal, beispielsweise als Teil des Warnsignals, ausgegeben werden, sodass indiziert wird, dass ein Handlungsbedarf besteht und beispielsweise eine spezifische Batteriegruppe oder ein Batteriemodul überprüft, gewartet oder eine entsprechende Batteriezelle, eine Batteriegruppe, ein Batteriemodul oder die gesamte Batterie ausgetauscht werden sollte, um eventuelle Schäden an der Batterie und am Fahrzeug zu vermeiden.
Weiterhin kann beispielsweise bei einem akuten Fehler ein Steuer- und/oder Regelsignal ausgegeben werden, welches eine Schutzmaßnahme einleitet. So kann eine Leistung der Batterie eingeschränkt werden, sodass die maximale Strombelastung limitiert wird. Es kann ebenfalls die Batterie über einen Schütz vom Verbraucher getrennt werden, um einen Stromfluss zu verhindern. Durch die frühzeitige Erkennung von Fehlern und das Ausgeben eines entsprechenden Signals können die Batteriesicherheit sowie die Funktionsfähigkeit der nicht betroffenen Komponenten somit erheblich verbessert werden. Auch wenn durch die Früherkennung von potenziellen Fehler eventuelle Kettenreaktionen von vorstehend beschriebenen, membranbasierten Stromunterbrechungsvorrichtungen, beispielsweise aufgrund von Alterung oder Überbelastung weitestgehend vermieden werden können, kann eine solche Schutzmaßnahme dennoch vorgesehen sein, um im akuten Notfall eine hinreichende Batteriesicherheit zu gewährleisten.
Die Batterieüberwachungseinheit kann für eine Vielzahl von Anwendungen und Batterietypen geeignet sein. Bevorzugt ist die Batterieüberwachungseinheit zum Überwachen einer Traktionsbatterie eingerichtet. Somit kann die Batterieüberwachungseinheit beispielsweise als Modul für eine Traktionsbatterie eines elektrischen Fahrzeugs ausgebildet sein.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Traktionsbatterie gelöst, welche eine erfindungsgemäße Batterieüberwachungseinheit umfasst.
Die Traktionsbatterie kann beispielsweise entsprechende in Reihe geschaltete Batteriegruppen mit jeweiligen, parallel geschalteten Batteriezellen aufweisen, wobei für jede Batteriegruppe Spannungsabgriffe vorgesehen sind, welche mit der Schnittstelle der Batterieüberwachungseinheit kommunikativ und/oder elektrisch gekoppelt sind. Jede Batteriegruppe kann weiterhin vorzugsweise eine Mehrzahl bzw. Vielzahl von zylindrischen Batteriezellen umfassen. Die Schnittstelle kann dabei als eigenständige Komponente der Batterieüberwachungseinheit oder auch als Teil einer Steuer- und Regeleinheit der Traktionsbatterie vorliegen, wenn die Überwachungseinheit entsprechend ausgebildet ist. Die Traktionsbatterie kann weiterhin Schütze aufweisen, um eine Trennung vom Verbraucher zu ermöglichen und umfasst weiterhin Leistungsanschlüsse, welche für eine jeweilige Anwendung der Batterie konzipiert sein können. Bevorzugt ist die Traktionsbatterie für ein elektrisches Fahrzeug ausgebildet.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Batterieüberwachungseinheit;
2 eine schematische Darstellung einer Anordnung von in Reihe geschalteten Batteriegruppen zur Bereitstellung von elektrischen Spannungen für benachbarte Batteriegruppen;
3 eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 2 zur alternativen Bereitstellung von Spannungen für mehrere Batteriegruppen; und
4 eine schematische Darstellung der Anordnung gemäß 2 zur alternativen Bereitstellung von Spannungen für nicht benachbarte Batteriegruppen.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist schematisch eine Batterieüberwachungseinheit 10 dargestellt, welche optional als Modul ausgebildet ist, welches mit einer Steuer- und Regeleinheit einer Batterie kommunikativ verbindbar ist. Die Batterieüberwachungseinheit 10 umfasst eine Schnittstelle 12, welche dazu eingerichtet ist, Spannungen 14A, 14B von mindestens zwei parallel zueinander geschaltete Batteriezellen 24 aufweisenden Batteriegruppen 22einer Batterie 1 zu empfangen, wie dies mit den Pfeilen schematisch angedeutet ist. Die Spannungen 14A, 14B der jeweiligen Batteriegruppen 22 werden beispielsweise über Spannungsabgriffe 28A, 28B, ..., 28E bereitgestellt. Dies wird nachfolgend zu den 2 bis 4 noch einmal explizit dargestellt.
Eine erste Spannung 14A und eine zweite Spannung 14B werden über die Schnittstelle 12 für zwei in Reihe zueinander geschaltete Batteriegruppen und gemäß der vorliegenden Ausführungsform von einer Auswerteeinheit 16 empfangen, wobei die Auswerteeinheit 16 die empfangenen Spannungen 14A, 14B miteinander vergleicht und in der hier beschriebenen konkreten Ausführungsform einen Differenzwert aus den empfangenen Spannungen 14A, 14B ermittelt. Alternativ könnte auch ein Quotient aus den Spannungen 14A, 14B gebildet werden.
Die miteinander zu vergleichenden elektrischen Spannungen 14A, 14B, können dabei jeweils über zwei Leiter gemessen werden, wobei die Batteriegruppen entweder zueinander benachbart oder auch voneinander beabstandet sein können.
Mit anderen Worten können eine oder mehrere weitere Batteriegruppen zwischen den Batteriegruppen, für die eine elektrische Spannung 14A, 14B gemessen wird, vorgesehen sein. Ebenfalls können die Spannungen 14A, 14B ebenfalls für mehrere Batteriegruppen sukzessive über jeweilige Leitungen gemessen werden.
Die Spannungen 14A, 14B können jeweils sowohl über eine Batteriegruppe oder auch über eine Mehrzahl von Batteriegruppen gemessen sein, sodass anstatt von Batteriegruppenpaaren ebenfalls mehrere Batteriegruppen mit einer entsprechenden Anzahl von unterschiedlichen Batteriegruppen verglichen werden können, wie dies in den nachfolgenden Figuren gezeigt werden wird.
Der Differenzwert wird anschließend mit einem Schwellenwert verglichen, welcher beispielsweise als absoluter Wert oder auch in Form eines Prozentsatzes vorliegen kann. Dabei kann der absolute Wert sowohl einen negativen Wert als auch einen positiven Wert umfassen, sodass sowohl Überspannungen als auch Unterspannungen für die jeweilige Batteriegruppe berücksichtigt werden können. Der bestimmte beziehungsweise ermittelte Differenzwert kann weiterhin als Prozentsatz einer abgegriffenen elektrischen Spannung einer den Differenzwert bildenden Batteriegruppe, bevorzugt der jeweils niedrigeren Spannung, vorliegen, wobei der Prozentsatz mit dem vorgegebenen Prozentsatz, welcher somit als Schwellenwert angesehen werden kann, abgeglichen wird.
Anhand des Vergleichs des Differenzwerts mit dem Schwellenwert kann beim Überschreiten entsprechend ein Signal 18 über die Schnittstelle 12 ausgegeben werden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine bestimmte Differenzwertgröße beziehungsweise ein Differenzwert, welcher größer als ein vorgegebener, minimaler Differenzwert ist, automatisch bewirkt, dass das Signal 18 ausgegeben wird, beispielsweise über eine entsprechende Schaltung.
Das Signal 18 umfasst vorliegend ein Warnsignal und gegebenenfalls ein Steuer- und/oder Regelsignal, optional je nach Höhe des bestimmten jeweiligen Differenzwerts. So kann ein Warnsignal beispielsweise ausgegeben werden, wenn der bestimmte Differenzwert darauf deuten lässt, dass eine oder mehrere Batteriezellen in absehbarer Zeit ausfallen könnten, wobei ein Steuer- und/oder Regelsignal insbesondere dann ausgegeben werden kann, wenn der Differenzwert auf einen potenziellen kritischen Fehler schließen lässt.
So kann das Signal 18 beispielsweise eine Sicherheitsmaßnahme einleiten, indem eine Leistung der Batterie eingeschränkt wird, sodass die maximale Strombelastung limitiert wird. Es kann ebenfalls die Batterie über einen Schütz vom Verbraucher getrennt werden, um einen Stromfluss und beispielsweise das Auslösen einer Kettenreaktion beim Aktivieren einer Stromunterbrechungsvorrichtung zu verhindern.
In 1 ist weiterhin ein optionales Kommunikationsmodul 20 dargestellt, welches kommunikativ und bidirektional mit der Auswerteeinheit 16 gekoppelt ist, wie mit den entsprechenden Pfeilen gezeigt. Das Kommunikationsmodul 20 kann beispielsweise eine Kommunikation mit einer zentralen Einheit 100 ermöglichen und/oder einer Steuer- und Regelvorrichtung der Batterie. Über das Kommunikationsmodul 20 können ebenfalls weitere anwendungsspezifische Signale oder Daten übermittelt werden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Wartungssignal auch an einen Wartungsdienst übermittelt werden, wobei ein Warnsignal beispielsweise auf einem Display dargestellt werden kann. Die zentrale Einheit 100 kann beispielsweise eine zentrale Fahrzeugsteuerung sein.
In den 2 bis 4 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von in Reihe geschalteten Batteriegruppen 22 zum Aufbau einer Batterie 1 dargestellt, wobei die Last dann mit den Leistungsanschlüssen 26 verbunden wird.
Die Batteriegruppen 22 stellen unter anderem zur Überprüfung ihres jeweiligen Betriebszustands elektrische Spannungen 14A, 14B bereit, wobei die Spannungen 14A, 14B von der Batterieüberwachungseinheit 10, wie diese in 1 gezeigt ist, über die Schnittstelle 12 empfangen werden können.
Die Anordnung stellt vorliegend schematisch ein Batteriemodul dar, wobei die Anzahl der in Reihe geschalteten Batteriegruppen 22 nicht als einschränkend zu verstehen ist. Jede Batteriegruppe 22 enthält weiterhin eine vorgegebene Anzahl (ebenfalls nicht einschränkend in den Figuren) von Batteriezellen 24, welche innerhalb der jeweiligen Batteriegruppe 22 parallel geschaltet sind.
Das hier schematisch dargestellte Batteriemodul kann beispielsweise zum Aufbau einer Traktionsbatterie eines elektrischen Fahrzeugs ausgebildet sein und entsprechend über die Leistungsanschlüsse 26 elektrisch mit der jeweiligen Last verbunden beziehungsweise gekoppelt werden. Üblicher Weise sind zum Aufbau einer Batterie 1 mehrere Batteriemodule vorgesehen, die beispielsweise in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden, um auf diese Weise die gewünschte Kapazität und Nennspannung bereit zu stellen.
Gemäß 2 werden für benachbarte Batteriegruppen 22 über entsprechende Spannungsabgriffe 28A, 28B, 28C elektrische Spannungen 14A, 14B abgegriffen. Entsprechend werden über die Spannungsabgriffe oder Leiter 28A und 28B die Spannung 14A für die in der Ansicht oberen Batteriegruppe 22 und über die Spannungsabgriffe 22B und 22C die Spannung 14B für die direkt (in der Figur unmittelbar darunter angeordnete) benachbarte Batteriegruppe 22 ermittelt. Der durch die Batterieüberwachungseinheit 10 bestimmte Differenzwert für die benachbarten Batteriegruppen 22 ermöglicht, dass das Signal 18 für eine spezifische, individuelle Batteriegruppe 22 ausgegeben werden kann und es kann gleichermaßen eine sehr genaue Überwachung des Batteriezustands bereitgestellt werden. Vorliegend kann auf diese Weise anhand des Differenzwerts und der Bestimmung dieses Werts für benachbarte Batteriegruppen 22 ein potenzieller Fehler innerhalb einer spezifischen Batteriegruppe 22 ermittelt werden.
Vorliegend ist dies in der oberen Batteriegruppe 22 für die Batteriezelle 24, welche in der Figur auf der rechten Seite in der Anordnung angeordnet ist, ein Fehler 30 mittels eines Symbols dargestellt. Entsprechend kann das Überschreiten eines Schwellenwerts auf eine Spannungserhöhung in dieser spezifischen Batteriegruppe 22 hinweisen, sodass beispielsweise eine ausgelöste membranbasierte Stromunterbrechungsvorrichtung für die Batteriezelle 24 eine Früherkennung dieses Fehlers 30 ermöglicht und weitere Schäden aufgrund einer potenziellen Kettenreaktion vermieden werden können.
Eine alternative Bestimmung des Differenzwerts ist in den 3 und 4 gezeigt, wobei in der Ausführungsform gemäß 3 eine abgegriffene elektrische Spannung 14A für eine Gruppe von Batteriegruppen 22, nämlich die oberen zwei Batteriegruppen 22, mit einer abgegriffenen Spannung 14B für eine Gruppe der unteren zwei Batteriegruppen 22 verglichen beziehungsweise bereitgestellt wird. Entsprechend werden die Spannungsabgriffe 28A und 28C für die Spannung 14A verwendet, während die Spannungsabgriffe 28C und 28E für die Spannung 14B verwendet werden. Durch die Mehrzahl der jeweiligen Batteriegruppen 22 kann die Überwachung vereinfacht werden, wobei zum Beispiel Rückschlüsse bezüglich des Vorhandenseins potenzieller Fehler in einem bestimmten Bereich der Batteriegruppen gezogen werden können. Ein solcher Hinweis mittels des Signals 18 bezüglich eines Bereichs kann beispielsweise für Batterien mit einer hoher Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriegruppen vorteilhaft sein. Weiterhin kann hierdurch generell auch eine benötigte Rechenkapazität reduziert werden oder eine vorhandene Rechenkapazität dazu genutzt werden, dass das Bestimmen des Differenzwerts und das Ausgeben des Signals mit verbesserter zeitlichen Auflösung erfolgen kann.
Eine weitere Alternative ist in 4 gezeigt, wobei elektrische Spannungen 14A, 14B für nicht benachbarte Batteriegruppen 22 empfangen beziehungsweise bereitgestellt werden. Eine solche Erfassung der Spannungen 14A, 14B über die Spannungsabgriffe 24A,24B beziehungsweise 24C,24D, kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn benachbarte Batteriegruppen 22 sich unter bestimmten Betriebszuständen gegebenenfalls gegenseitig beeinflussen können und somit operative Schwankungen ignoriert werden können. Auf diese Weise kann der bestimmte Differenzwert unter Umständen aussagekräftiger sein und ein gegebenenfalls vorhandener Schwellenwert einen geringeren operativen Toleranzbereich einschließen.
Weiterhin kann das Bestimmen des Differenzwerts auf diese Weise auch für sukzessive Batteriegruppen 22 erfolgen, wobei gemäß diesem Ausführungsbeispiel zunächst die Spannung 14A für die obere Batteriegruppe 22 mit der Spannung 14B der daran angrenzenden Batteriegruppe 22 und anschließend, sukzessive, mit der darunter angeordneten Batteriegruppe 22 usw. verglichen wird, um somit eine gewisse Sicherheitsredundanz vorzusehen. Eine solche, sukzessive (oder parallele) Bestimmung solcher Differenzwerte ist beispielsweise durch die Kombination der 2 und 4 gezeigt. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Spannung 14A mit der Spannung für alle jeweiligen, individuellen Batteriegruppen 22 verglichen. Auf diese Weise können Spannungen nicht nur für benachbarte Batteriegruppen 22, sondern ebenfalls für Batteriegruppenpaare, wobei die Batteriegruppen 22 nicht unmittelbar zueinander benachbart sind, miteinander verglichen werden, um jeweilige Differenzwerte zu ermitteln.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
10: Batterieüberwachungseinheit
12: Schnittstelle
14A: erste Spannung
14B: zweite Spannung
16: Auswerteeinheit
18: Signal
20: Kommunikationsmodul
22: Batteriegruppe
24: Batteriezelle
26: Leistungsanschluss
28A- 28E: Spannungsabgriffe
30: Fehler
100: zentrale Einheit

Claims

Batterieüberwachungseinheit (10), umfassend eine Schnittstelle (12), welche dazu eingerichtet ist, für jede, mindestens zwei parallel zueinander geschaltete Batteriezellen (24) aufweisende Batteriegruppe (22) einer mit der Batterieüberwachungseinheit (10) gekoppelten und mindestens zwei Batteriegruppen (22) aufweisenden Batterie (1) elektrische Spannungen (14A, 14B) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (16) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die von der Schnittstelle (12) empfangenen Spannungen (14A, 14B) von mindestens zwei in Reihe geschalteten Batteriegruppen (22) miteinander zu vergleichen und ein Signal (18) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs auszugeben.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist, zum Vergleich der von der Schnittstelle (12) empfangenen Spannungen (14A, 14B) einen Differenzwert zwischen den Spannungen zu bestimmen und/oder einen Quotienten zwischen den Spannungen zu bestimmen und ein Signal basierend auf dem Differenzwert und/oder dem Quotienten auszugeben.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist, das Signal (18) auszugeben, wenn ein jeweiliger Differenzwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder ein jeweiliger Quotient um ein vorbestimmtes Maß von 1 abweicht.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Auswertungseinheit (16) dazu eingerichtet ist, das Signal (18) auszugeben, wenn ein Verhältnis des Differenzwerts zu einem Spannungswert mindestens einer der den Differenzwert bildenden Batteriegruppen (22) 0,01:1,0 bis 0,25:1,0, bevorzugt 0,05:1,0 bis 0,20:1,0 beträgt.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche dazu eingerichtet ist, den Verlauf des Ergebnisses des Vergleichs, bevorzugt des jeweiligen Differenzwerts und/oder den Quotienten, aufzuzeichnen und das Signal (18) auszugeben, wenn der Verlauf von einem vorgegebenen Verlauf abweicht.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist, anhand des jeweiligen Differenzwerts einen Gesamtwiderstand für die jeweilige Batteriegruppe (22) zu bestimmen, wobei der Gesamtwiderstand für den Betriebszustand der Batteriegruppe (22) kennzeichnend ist.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (16) eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist und dazu eingerichtet ist, das Signal (18) basierend auf dem jeweiligen Vergleich und der Strom-Spannungs-Kennlinie auszugeben.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, welche dazu eingerichtet ist, Kenndaten der Batterie (1) über die Schnittstelle (12) zu empfangen und an eine zentrale Einheit (100) zu übermitteln und in Antwort auf die übermittelten Kenndaten mindestens eine Strom-Spannungs-Kennlinie von der zentralen Einheit (100) zu empfangen, wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist, das Signal (18) basierend auf dem jeweiligen Vergleich und der Strom-Spannungs-Kennlinie auszugeben.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß Anspruch 8, wobei die Kenndaten einen Batterietyp, eine Anzahl von parallel geschalteten Batteriezellen pro Batteriegruppe, einen Zellentyp, eine Anzahl von in Reihe geschalteten Batteriegruppen, eine Anwendung der Batterie (1), und/oder Betriebsdaten der Batterie (1) umfassen.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß Anspruch 8 oder 9, welche dazu eingerichtet ist, die empfangenen Spannungen (14A, 14B) und/oder die jeweiligen Ergebnisse des Vergleichs, bevorzugt die Differenzwerte und/oder die Quotienten, an die zentrale Einheit zu übermitteln und wobei die empfangene Strom-Spannungs-Kennlinie auf von der zentralen Einheit ausgewerteten Spannungen und/oder Ergebnisse des Vergleichs für eine Vielzahl von Batterien (1) mit entsprechenden Kenndaten basiert.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (16) weiterhin dazu eingerichtet ist, Stromflüsse von jeweiligen Stromsensoren für die mindestens zwei in Reihe geschaltete Batteriegruppen (22) über die Schnittstelle (12) zu empfangen und das Signal (18) weiterhin basierend auf dem jeweiligen Stromfluss auszugeben.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (16) dazu eingerichtet ist, den jeweiligen Vergleich in Echtzeit oder in vorgegebenen Zeitintervallen durchzuführen.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Signal (18) einen Warnhinweis, ein Wartungssignal und/oder ein Steuer- und/oder Regelsignal für die Batterie (1) umfasst.
Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Vergleich für jeweils benachbarte Batteriegruppen (22) durchgeführt wird.
Traktionsbatterie, umfassend eine Batterieüberwachungseinheit (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und umfassend mindestens zwei Batteriegruppen (22), wobei jede Batteriegruppe (22) eine Mehrzahl von parallel zueinander verschalteten, zylindrischen Batteriezellen (24) umfasst.