DE102021114655A1

DE102021114655A1 - Impedance measurement using a multiplexer and analog-to-digital converters

Info

Publication number: DE102021114655A1
Application number: DE102021114655.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Berger; Francesco Conzatti; Stefano Marsili
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2021-12-16
Also published as: US11733312B2; US20210389378A1; CN113777503A

Abstract

Bei einigen Beispielen kann eine Einrichtung zum Messen der Impedanz einer ersten Batteriezelle verwendet werden. Die Einrichtung enthält einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC) und einen zweiten ADC. Die Einrichtung enthält auch einen Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, den ersten ADC in einer ersten Instanz mit der ersten Batteriezelle zu verbinden und den zweiten ADC in der ersten Instanz mit einem Stromsensor zu verbinden. Der Stromsensor ist dazu ausgebildet, Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen. Der Multiplexer ist außerdem dazu ausgebildet, den ersten ADC in einer zweiten Instanz mit dem Stromsensor zu verbinden und den zweiten ADC in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle zu verbinden.

Description

Diese Offenbarung betrifft die Messung einer Impedanz einer Batterie.
Bei Batterieverwaltungsanwendungen kann die komplexe Wechselstrom-(„alternating-current“; AC)-Impedanz-Information verwendet werden, um mehrere interne Parameter einer Batteriezelle wie beispielsweise der internen Zellentemperatur, den Befindlichkeitszustand und den Ladezustand abzuschätzen. Um die AC-Impedanz eines ganzen Batteriepacks zu messen, muss die Impedanz einer jeden einzelnen Batteriezelle überwacht werden. Daher sind, um die Impedanz einer jeden Zelle zu überwachen, N integrierte Schaltungen („integrated circuits“; ICs) auf den N in Reihe geschalteten Batteriezellen montiert. Bei einem elektrischen Verkehrsmittel liegt die Anzahl N im Bereich von 100. Aus Sicht des Systems betrachtet ist eine solche Herangehensweise aufgrund der hohen Anzahl erforderlicher ICs teuer.
Diese Offenbarung beschreibt Techniken zum Messen der Impedanz einer ersten Batteriezelle unter Verwendung von zumindest zwei Analog-Digital-Wandlern („analog-to-digital converters“; ADCs), eines Multiplexers und eines Stromsensors, der den durch die erste Batteriezelle fließenden Strom erfassen kann. Der Multiplexer kann dazu ausgebildet sein, in einer ersten Instanz einen ersten ADC mit der ersten Batteriezelle zu verbinden und in der ersten Instanz einen zweiten ADC mit dem Stromsensor zu verbinden. Der Multiplexer kann dazu ausgebildet sein, in einer zweiten Instanz auch den ersten ADC mit dem Stromsensor zu verbinden. Der Multiplexer kann weiterhin dazu ausgebildet sein, in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz den zweiten ADC mit der ersten Batteriezelle zu verbinden.
Bei einigen Beispielen kann eine Einrichtung zum Messen der Impedanz einer ersten Batteriezelle verwendet werden. Die Einrichtung enthält einen ersten ADC und einen zweiten ADC. Die Einrichtung enthält auch einen Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, in einer ersten Instanz den ersten ADC mit der ersten Batteriezelle zu verbinden und in der ersten Instanz den zweiten ADC mit einem Stromsensor zu verbinden. Der Stromsensor ist dazu ausgebildet, Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen. Der Multiplexer ist auch dazu ausgebildet, in einer zweiten Instanz den ersten ADC mit dem Stromsensor zu verbinden und in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz den zweiten ADC mit der ersten Batteriezelle zu verbinden.
Bei einigen Beispielen beinhaltet ein Verfahren das Verbinden eines ersten ADCs von zumindest zwei ADCs mit einer ersten Batteriezelle durch einen Multiplexer in einer ersten Instanz. Das Verfahren beinhaltet auch das Verbinden eines zweiten ADCs der zumindest zwei ADCs mit einem Stromsensor durch den Multiplexer in der ersten Instanz, wobei der Stromsensor dazu ausgebildet ist, Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit dem Stromsensor durch den Multiplexer in einer zweiten Instanz. Das Verfahren beinhaltet das Verbinden des zweiten ADCs mit der ersten Batteriezelle durch den Multiplexer in der zweiten Instanz.
Bei einigen Beispielen enthält ein System eine erste Batteriezelle, einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, den Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen, und zumindest zwei ADCs mit einem ersten ADC und einem zweiten ADC. Das System enthält einen Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, den ersten ADC in einer ersten Instanz mit der ersten Batteriezelle zu verbinden und den zweiten ADC in der ersten Instanz mit dem Stromsensor zu verbinden. Der Multiplexer ist auch dazu ausgebildet, den ersten ADC in einer zweiten Instanz mit dem Stromsensor zu verbinden und den zweiten ADC in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle zu verbinden.
Die Einzelheiten von einem oder mehr Beispielen werden in den begleitenden Zeichnungen und der Beschreibung unten dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen besser erkennbar.

1 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems mit einer Batterie, einem Multiplexer und zumindest zwei Analog-Digital-Wandlern (ADCs) gemäß den Techniken dieser Offenbarung.
2 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer integrierten Schaltung, die dazu ausgebildet ist, eine schnelle Fourier-Transformation auf die Ausgabe von ADCs anzuwenden, gemäß den Techniken dieser Offenbarung.
3 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild, das die Messperiode für vier ADCs abbildet, gemäß den Techniken dieser Offenbarung.
Die 4-8 sind konzeptionelle Blockschaltbilder von Multiplexern, die dazu ausgebildet sind, ADCs mit Batteriezellen zu verbinden, gemäß den Techniken dieser Offenbarung.
9 ist ein Schaltbild eines Multiplexers, der dazu ausgebildet ist, zwei ADCs mit einem Spannungspfad und einem Strompfad zu verbinden, gemäß den Techniken dieser Offenbarung.
10 ist ein Flussdiagramm, das Beispieltechniken zum Messen der Impedanz einer Batteriezelle gemäß den Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht.

Diese Offenbarung beschreibt Einrichtungen, Verfahren und Techniken zum Messen der Wechselstrom-(AC)-Impedanz von mehreren gestapelten Batteriezellen unter Verwendung einer einzigen integrierten Schaltung (IC). Die Anschlüsse einer jeden Batteriezelle können zu mehr als einem Analog-Digital-Wandler (ADC) gemultiplext werden, so dass jeder ADC die Spannung über der Batteriezelle messen kann. Durch Multiplexen von mehr als einem ADC an eine Batteriezelle kann eine Einrichtung den Messfehler bei Mehrzell-Impedanz-ICs, die von den Fehlanpassungen der ADCs herrühren (z.B. Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung unter den ADCs) kompensieren.
1 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild eines Systems 100 mit einer Batterie 110, einem Multiplexer 160 und zumindest zwei ADCs 170A-170M gemäß den Techniken dieser Offenbarung. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel enthält das System 100 die Batterie 110, den Stromsensor 130 und eine Einrichtung 150. Die Batterie 110 enthält Zellen 120A-120N, wobei N eine ganze Zahl ist. Die Einrichtung 150 enthält den Multiplexer 160, die ADCs 170A-170M, einen verarbeitenden Schaltkreis 180 und den optionalen Modulator 190 und Modulationstreiber 192, wobei M eine ganze Zahl ist, die gleich oder verschieden von N sein kann.
Die Einrichtung 150 kann ein einzelnes Halbleitersubstrat enthalten, wobei der Multiplexer 160, die ADCs 170A-170M, der verarbeitende Schaltkreis 180, der optionale Modulator 190 und der optionale Modulationstreiber 192 in das einzelne Halbleitersubstrat integriert sind. Alternativ kann die Einrichtung 150 mehr als ein Halbleitersubstrat für den Multiplexer 160, die ADCs 170A-170M, den verarbeitenden Schaltkreis 180, den optionalen Modulator 190 und den optionalen Modulationstreiber 192 enthalten.
Die Batterie 110 kann Lithiumionen-Zellen, Lithium-Eisenphosphat-Zellen, Lithium-Schwefel-Zellen, Natriumionenzellen, Nickel-Cadmium-Zellen, Nickel-Metall-Zellen und/oder eine beliebige andere Art von Zellen enthalten. Bei einigen Beispielen können die Zellen 120A-120N in Reihe und/oder parallel angeordnet sein. Die Zellen 120A-120N können dazu ausgebildet sein, eine Batteriespannung, die zu einem durch den Stromsensor 130 und/oder den Modulator 190 fließenden Strom führt, zu erzeugen.
Der Stromsensor 130 kann dazu ausgebildet sein, den durch die Zellen 120A-120N fließenden Erregungsstrom zu erfassen. Zum Beispiel kann der Stromsensor 130 mit den Zellen 120A-120N und dem Modulator 190 in Reihe geschaltet sein. Der Stromsensor 130 kann einen Shunt-Widerstand, ein magnetoresistives Element, einen Stromspiegel, ein Amperemeter und/oder eine beliebige andere Stromerfassungskomponente enthalten. Der Stromsensor 130 kann sich teilweise oder vollständig innerhalb und/oder teilweise oder vollständig außerhalb der Einrichtung 150 befinden. Die Einrichtung 150 kann Eingangs-/Ausgangsknoten zum Anschließen eines externen Stromerfassungselements enthalten. Zum Beispiel kann der Stromsensor 130 einen externen Widerstand mit einem optionalen internen Widerstand enthalten.
Um den Befindlichkeitszustand einer jeden der Zellen 120A-120N zu ermitteln, kann die Einrichtung 150 dazu ausgebildet sein, die Impedanz einer jeden der Zellen 120A-120N zu ermitteln. Allerdings kann die erzielbare Messgenauigkeit vom Zusammenpassen („matching“) unter all den ADCs 170A-170M abhängen. Das Zusammenpassen kann durch Layout-/Grundflächenplanung behandelt werden, aber eine erhöhte Anzahl von ADCs kann die Nützlichkeit der Layout-/Grundflächenplanung begrenzen. Zum Beispiel können die Arrays der ADCs 170A und 170B fingerartig ineinandergreifen, so dass jeder der ADCs 170A und 170B dieselbe Chip-Nachbarschaft besitzt. Jeder der ADCs 170A und 170B kann mit demselben Makro gemacht sein, so dass jeder der ADCs 170A und 170B dasselbe Teilschaltungslayout verwendet. Um die ADCs 170A und 170B besser abzugleichen, kann jeder ADC dieselbe Routenlinienlänge („length of route line“) besitzen. Zusätzlich können größer bemessene ADCs leichter abgeglichen werden als minimal bemessene ADCs.
Gemäß den Techniken dieser Offenbarung kann der Multiplexer 160 dazu ausgebildet sein, den ADC 170A in einer ersten Instanz mit der Zelle 120A zu verbinden, während er den ADC 170B mit dem Stromsensor 130 verbindet. In einer zweiten Instanz kann der Multiplexer 160 dazu ausgebildet sein, den ADC 170A mit dem Stromsensor 130 zu verbinden. In der zweiten Instanz oder einer dritten Instanz kann der Multiplexer 160 dazu ausgebildet sein, den ADC 170B mit der Zelle 120A zu verbinden. Durch Verwenden dieser Multiplex-Techniken kann die Einrichtung 150 in der Lage sein, den Messfehler, der sich aus dem Fehlabgleich unter den ADCs 170A-170M (z.B. Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung) ergibt, zu kompensieren. Zusätzlich kann der verarbeitende Schaltkreis 180 dazu ausgebildet sein, einen digitalen Nachverarbeitungsalgorithmus zu implementieren, um den der ADC-Fehlanpassung entspringenden Messfehler zu kompensieren. Die Verbindungen zwischen den ADCs und den Zellen sollten so kurz wie möglich gehalten werden, um jegliche Messfehler zu verringern.
Bei einigen Beispielen kann der Multiplexer 160 dazu ausgebildet sein, eine oder mehr der Zellen 120A-120N in einer/einem Rundlauf-Sequenz-Schema oder -Protokoll mit zwei oder mehr der ADCs 170A-170M zu verbinden. Die Einrichtung 150 kann dazu ausgebildet sein, eine Anzahl X von ADCs 170A-170M zu verwenden, um eine Anzahl X von Zellen 120A-120N zu testen, wobei X eine ganze Zahl ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung 150 dazu ausgebildet sein, eine Anzahl X+1 von ADCs 170A-170M zu verwenden, um eine Anzahl X von Zellen 120A-120N zu testen, wobei X eine ganze Zahl ist.
Die ADCs 170A-170M können Sigma-Delta-ADCs, ADCs mit sukzessiver Approximation, Flash-ADCs, Halb-Flash-ADCs, Pipeline-ADCs und/oder eine beliebige andere Art von ADCs enthalten. Die Bandbreite und das Signal-Rausch-Verhältnis der ADCs 170A-170M können wichtige Parameter darstellen.
Während der Multiplexer 160 eine Batteriezelle mit einem der ADCs 170A-170M oder dem Stromsensor 130 verbunden hat, kann der ADC dazu ausgebildet sein, die Spannung über oder den Strom durch den ADC oder Sensor in eine digitale Zahl zu wandeln. Der Multiplexer 160 kann dazu ausgebildet sein, den ADC für einen ausreichenden Zeitraum, um es dem ADC zu ermöglichen, die analoge Spannung oder den analogen Strom in eine digitale Zahl zu wandeln, mit der Zelle oder dem Sensor zu verbinden. Der Multiplexer 160 kann dazu ausgebildet sein, die ADCs 170A-170M konsekutiv und/oder sukzessive mit den Zellen 120A-120N und dem Stromsensor 130 zu verbinden, um die Zeit zwischen Messungen zu minimieren, um das Ausmaß der durch die gemessenen Parameter erfahrenen, zeit-basierten Drift zu verringern.
Verglichen mit einer Einrichtung, die für jede Zelle einen zugeordneten ADC besitzt, kann die Einrichtung 150 weniger ADCs enthalten. Zum Beispiel kann eine andere Einrichtung N Batteriezellen und N+1 ADCs enthalten, wobei jeder ADC einer Batteriezelle zugeordnet ist und ein ADC dem Stromsensor zugeordnet ist. Die andere Einrichtung kann eine separate Schaltung zum Messen der Spannung über jeder Zelle besitzen. Jeder ADC kann ein wesentliches Ausmaß an Chip-Raum einnehmen. Im Gegensatz dazu kann die Einrichtung 150 einen Satz von X ADCs (z.B. drei oder vier ADCs) enthalten, die verwendet werden können, um eine Verbindung mit einem Satz von zehn oder fünfzehn Zellen in Teilmengen von X oder X-1 ADCs gleichzeitig herzustellen. Somit kann die Einrichtung 150 durch Verwenden weniger ADCs als andere Einrichtungen zum Messen der Impedanz einer Batterie verringerte Gesamtsystemkosten und/oder eine geringere Chipgröße besitzen.
Der verarbeitende Schaltkreis 180 kann eine beliebige geeignete Anordnung von Hardware, Software, Firmware oder eine beliebige Kombination hiervon enthalten, um die Techniken, die den verarbeitenden Schaltkreis 180 hierin zugeschrieben werden, auszuführen. Beispiele für den verarbeitenden Schaltkreis 180 beinhalten einen oder mehr Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gatterarrays (FPGAs) oder eine beliebige andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungstechnik, sowie beliebige Kombinationen derartiger Komponenten. Wenn der verarbeitende Schaltkreis 180 Software oder Firmware enthält, enthält der verarbeitende Schaltkreis 180 außerdem eine Hardware zum Speichern und Ausführen der Software oder Firmware wie beispielsweise eine(n) oder mehr Prozessoren oder verarbeitende Einheiten. Bei Beispielen, bei denen die Einrichtung 150 an einem Verkehrsmittel montiert ist, kann der verarbeitende Schaltkreis 180 durch einen Frontlichtcontroller implementiert werden.
Allgemein kann eine verarbeitende Einheit einen oder mehr Mikroprozessoren, DSPs, ASICs, FPGAs oder eine beliebige andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltungstechnik sowie beliebige Kombinationen derartiger Komponenten enthalten. Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann der verarbeitende Schaltkreis 180 einen Speicher, der dazu ausgebildet ist, Daten zu speichern, enthalten. Der Speicher kann beliebige flüchtige oder nicht-flüchtige Medien wie beispielsweise Direktzugriffsspeicher („random access memory“; RAM), Nur-Lese-Speicher („read only memory“; ROM), nicht-flüchtigen RAM („non-volatile RAM“; NVRAM), elektrisch löschbaren, programmierbaren ROM („electrically erasable programmable ROM“; EEPROM), Flash-Speicher und dergleichen enthalten. Bei einigen Beispielen kann sich der Speicher außerhalb des verarbeitenden Schaltkreises 180 befinden (kann sich z.B. außerhalb eines Packages, in dem der verarbeitende Schaltkreis 180 untergebracht ist, befinden).
Der Modulator 190 weist eine optionale Komponente der Einrichtung 150, die einen Transistor zum Modulieren des durch die Zellen 120A-120N und den Stromsensor 130 fließenden Stroms enthalten kann, auf. Der Modulator 190 kann dazu ausgebildet sein, sich über die Zellen 120A-120N hinweg anzuschließen, um einen modulierten Strom (z.B. einen Erregungsstrom) zu veranlassen, durch zumindest eine der Zellen 120A-120N zu fließen. Obwohl die Modulatoren in anderen Figuren (z.B. den 4-8 als Stromquellen dargestellt sind, kann es sein, dass der Modulator Strom nur zulässt oder verhindert, wobei der Strom tatsächlich durch die Batterie 110 getrieben wird.
Der verarbeitende Schaltkreis 180 kann dazu ausgebildet sein, den Modulatortreiber 192 zu steuern, um ein Ansteuersignal mit einer Ansteuersignalfrequenz zum Ansteuern des Modulators 190 zu erzeugen. Der Modulator 190 kann dazu ausgebildet sein, einen Strom in die Zellen 120A-120N zu treiben oder modulieren, indem er nur einen positiven Strom, der die Batterie lädt, nur einen negativen Strom, der die Batterie entlädt, oder alternativ einen positiven Strom und einen negativen Strom treibt. Der verarbeitende Schaltkreis 180 kann dazu ausgebildet sein, den Modulationstreiber 192 zu steuern, um den Modulator 190 mit der Frequenz des AC-Stroms, bei der die Zellenspannungen zu messen sind, ein- und auszuschalten.
Der Modulator 190 kann Teil der Einrichtung 150 sein oder er kann eine separate Komponente außerhalb der Einrichtung 150 sein. Bei einigen Beispielen kann der Modulatortreiber 192 Teil der Einrichtung 150 sein, während sich der Modulator 190 außerhalb des Chips befinden kann. Bei anderen Beispielen können sowohl der Modulator 190 als auch der Modulatortreiber 192 auf dem Chip oder außerhalb des Chips befinden.
Der verarbeitende Schaltkreis 180 kann dazu ausgebildet sein, den Modulationstreiber 192 zu steuern, um einen Gleichstrom oder einen Wechselstrom zu veranlassen, durch den Modulator 190, die Zellen 120A-120N und den Stromsensor 130 zu fließen. Der durch den Modulator 190, die Zellen 120A-120N und den Stromsensor 130 fließende Strom kann durch die durch die Zellen 120A-120N erzeugte Batteriespannung durch einen Strompfad des Modulators 190 und zurück zu den Zellen 120A-120N getrieben werden. Ein Wechselstrom ist ein Strom, der eine AC-Komponente enthält und der auch einen DC-Offset enthalten kann. Bei einigen Beispielen enthält die AC-Komponente eine sinusförmige Wellenform, eine rechteckige Wellenform, eine dreieckige Wellenform und/oder eine Sinusquadrat-Wellenform.
Bei einigen Beispielen kann die Batterie 110 mehrere zehn oder mehrere hundert Zellen enthalten. Bei einigen Beispielen kann die Einrichtung 150 einen ersten Satz von drei oder vier ADCs zum Verbinden mit einem ersten Satz von drei Zellen der Batterie 110 und einen zweiten Satz von drei oder vier ADCs zum Verbinden mit einem zweiten Satz von drei Zellen der Batterie 110 enthalten. Mit anderen Worten, jeder Satz von Zellen kann einen zugeordneten Satz von ADCs aufweisen. Daher kann die Einrichtung 150 N oder mehr ADCs enthalten, wobei N die Anzahl von Zellen in der Batterie 110 ist. Bei einigen Beispielen können die ADCs über mehrere Einrichtungen verteilt sein.
Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung 150 einen Satz von ADCs (z.B. vier ADCs), die dazu ausgebildet sind, sich mit sämtlichen der Zellen in der Batterie 110 zu verbinden, enthalten. Die Einrichtung 150 kann ein Schaltnetzwerk, das dazu ausgebildet ist, den Satz von ADCs mit dem ersten Satz von Zellen zu verbinden, dann mit dem zweiten Satz von Zellen und so weiter, enthalten. Das Schaltnetzwerk kann dazu ausgebildet sein, den Satz von ADCs entlang den Zellen der Batterie 110 zu schieben.
Gemäß noch einem anderen Beispiel kann die Einrichtung 150 mehr als einen Satz von ADCs enthalten, wobei jeder Satz von ADCs dazu ausgebildet ist, sich mit mehreren Sätzen von Zellen zu verbinden. Zum Beispiel kann ein erster Satz von drei ADCs dazu ausgebildet sein, sich mit mehreren Sätzen von ADCs zu verbinden, wobei jeder Satz von ADCs zwei oder drei ADCs enthält. Ein zweiter Satz von drei ADCs kann dazu ausgebildet sein, sich mit mehreren zusätzlichen Sätzen von ADCs zu verbinden, wobei jeder Satz von ADCs zwei oder drei ADCs enthält. Somit kann eine Batterie mit einhundert Zellen fünfzehn oder zwanzig in Sätze aufgeteilte ADCs (z.B. drei oder fünf Sätze) enthalten, wobei jeder der Sätze von ADCs dazu ausgebildet ist, sich mit zehn oder zwanzig Zellen zu verbinden, indem er sich gleichzeitig mit zwei oder drei Zellen verbindet.
2 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild einer IC 250, die dazu ausgebildet ist, eine schnelle Fourier-Transformation auf die Ausgabe der zwei ADCs 270A und 270B anzuwenden, gemäß den Techniken dieser Offenbarung. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel enthält die IC 250 die ADCs 270A und 270B und den verarbeitenden Schaltkreis 280.
Der ADC 270A kann dazu ausgebildet sein, einen Hinweis auf die Zellenspannung 220 zu empfangen, und der ADC 270B ist dazu ausgebildet, einen Hinweis auf den Erregungsstrom 222 zu empfangen. Die Zellenspannung 220 und der Erregungsstrom 222 liegen in der analogen Domäne 230 vor. Bei einigen Beispielen empfängt der ADC 270A den Hinweis auf die Zellenspannung 220 über einen Erfassungswiderstand, der zwischen den differentiellen Eingängen des ADCs 270A angeschlossen ist. Der ADC 270B kann den Hinweis auf den Erregungsstrom 222 über ein Stromerfassungselement empfangen, wobei der Erregungsstrom 222 durch eine oder mehr Batteriezellen fließt. Der Hinweis auf den Erregungsstrom 222 kann eine Spannung über einem Erfassungswiderstand und/oder ein durch einen Stromsensor ausgegebenes Signal sein.
Die ADCs 270A und 270B können die analogen Werte 220 und 222 in der analogen Domäne 230 in digitale Zahlen in der digitalen Domäne 232 und der Zeitdomäne 234 wandeln. Der ADC 270A kann eine Verstärkung g_v in die digitale Ausgabe des ADCs 270A hineinbringen, und der ADC 270B kann eine Verstärkung g_i in die digitale Ausgabe des ADCs 270B hineinbringen.
Bei dem Beispiel von 2 enthält der verarbeitende Schaltkreis 280 die Module 282A und 282B zur schnellen Fourier-Transformation („fast Fourier transform“; FFT) und das Komplexdivisionsmodul 284. Die FFT-Module 282A und 282B können eine Front-End-Filterung wie beispielsweise Tiefpassfilter enthalten, um hochfrequentes Rauschen zu entfernen. Der verarbeitende Schaltkreis 280 kann dazu ausgebildet sein, die FFTs anzuwenden, um Ausgaben in der Frequenzdomäne 236 zu erzeugen. Die Ausgangssignale der FFT-Module 282A und 282B können Fourier-Darstellungen mit der Spannungsverstärkung Gv bzw. der Stromverstärkung Gi enthalten. Es kann wünschenswert sein, dass die Spannungsverstärkung Gv und die Stromverstärkung Gi ein Verhältnis von eins aufweisen.
Die von dem Filter und den FFT-Modulen 282A und 282B herrührende Extraverstärkung kann rein in der digitalen Domäne 232 addiert werden. Daher kann die addierte Verstärkung durch den verarbeitenden Schaltkreis 280 kontrollierbar sein. Zum Beispiel kann der verarbeitende Schaltkreis 280 dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, ob zwischen der Spannungsverstärkung und der Stromverstärkung eine Fehlanpassung vorliegt. Als Reaktion auf das Feststellen, dass eine Fehlanpassung vorliegt, kann der verarbeitende Schaltkreis 280 dazu ausgebildet sein, die Verstärkungen zu null zu machen.
Der verarbeitende Schaltkreis 280 kann dazu ausgebildet sein, in dem Modul 284 für komplexe Division die Spannungsausgabe des FFP-Moduls 282A durch die Stromausgabe des FFP-Moduls 282B zu dividieren. Durch das komplexe Dividieren der Ausgaben der FFP-Module 282A und 282B kann der verarbeitende Schaltkreis 280 eine Abschätzung der Impedanz einer Batteriezelle ermitteln. Der verarbeitende Schaltkreis 280 kann dazu ausgebildet sein, die abgeschätzte Impedanz an eine Einrichtung außerhalb des ICs 250 auszugeben. Eine Beispiel-Ausgabe des Moduls 284 für komplexe Division ist unten in Gleichung (1) gezeigt. $Z = \frac{V_{m a g}}{I_{m a g}} \frac{G_{v}}{G_{i} R_{s}} e^{j (φ_{v} - φ_{i} + Δ_{v} - Δ_{i})}$
3 ist ein konzeptionelles Blockschaltbild, das die Messperiode 340 für vier ADCs 370A-370C und 370N gemäß den Techniken dieser Offenbarung zeigt. Wie in 3 gezeigt, können alle drei Zellen 320A-320C in einer Messperiode 340 erregt und gemessen werden. Die resultierenden individuellen Impedanzwerte der Zellen 320A-320C können durch eine Nachverarbeitung 380 unter Verwendung von Gleichung (2) berechnet werden, wobei Vic den von einem Strom in eine Spannung gewandelten äquivalenten komplexen gemeinsamen Messstrom für alle Zellen repräsentiert, R_sR der Ist-Widerstandswert des Erfassungswiderstands ist und der Index x die Nummer der Batteriezelle, für die die Impedanz berechnet wird, anzeigt. $Z_{x ℂ} = \frac{V_{x ℂ}}{V_{I ℂ} / R_{s ℝ}}$
Beim Wandeln der Signale in die digitale Domäne fügt jeder der ADCs 370A-370C und 370N einen Verstärkungs- und Phasenfehler hinzu. Für die Genauigkeit der Impedanzmessung sollte die Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung zwischen dem Strom-ADC 370N und jedem der Spannungs-ADCs 370A-370C so klein wie möglich sein, so dass das Verhältnis näherungsweise eins ist und das Ergebnis der Impedanzberechnung nicht beeinträchtigt wird.
Im Gegensatz dazu kann ein Einzelzellsystem mit zwei ADCs Layout- und Grundflächenplanungstechniken verwenden, um die Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung zwischen jenen zwei ADCs zu minimieren. Zusätzlich kann ein systemzerhackender Ansatz („system chopping approach“) verwendet werden, um die Eingänge der zwei ADCs, die in einem Test-Modus in dem Einzelzellsystem verwendet werden können, zu schalten. Es kann jedoch sein, dass für eine größere Anzahl von ADCs die Impedanz-IC-Grundflächenplanungs- und Layout-Techniken ausreichend sind, um eine ausreichende Anpassung zu erreichen.
Jeder der ADCs 370A-370C und 370N kann durch einen Eingangspuffer, der ebenfalls zu der Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung beiträgt, angesteuert werden. Obwohl in 3 nicht gezeigt, kann an dem Eingang eines jeden Signalpfads (z.B. an dem Eingang eines jeden der ADCs 370A-370C und 370N) ein Schaltelement vorhanden sein. Zusätzliche Beispieldetails der Verstärkungs- und Phasenfehlanpassung für ADCs und die Messung der Batterie-Impedanz sind in dem gemeinschaftlich zugeordneten U.S. Patent Nr. 10,481,214 mit dem Titel „Battery Temperature Detection“, veröffentlicht am 19. November 2019 und der gemeinschaftlich zugeordneten U.S.-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2019/0115762 mit dem Titel „Battery Impedance Detection,“ eingereicht am 12. Oktober 2017, deren gesamte Inhalte hierin durch Bezugnahme einbezogen werden, beschrieben.
Die 4-8 sind konzeptionelle Blockschaltbilder von Multiplexern 460, 560, 660, 760 und 860m die dazu ausgebildet sind, ADCs 470A-470C, 570A-570C, 670A-670C, 770A-770C und 870A-870P gemäß den Techniken dieser Offenbarung mit Batteriezellen zu verbinden. Bei den in den 4-7 gezeigten Beispielen enthalten die Batterien zwei in Reihe geschaltete Zellen, allerdings kann eine Batterie mehr als zwei Zellen enthalten, und die Zellen können parallel und/oder in Reihe geschaltet sein. Jede Zelle kann eine Spannungsquelle, einen Widerstand und/oder eine Kapazität enthalten. Zum Beispiel sind in 4 die Zellen 420A und 420B so gezeigt, dass sie einen Widerstand und eine Spannungsquelle enthalten, aber die Zellen 420A und 420B können auch eine Kapazität und/oder Induktivität enthalten.
Der Modulator 490 kann einen oder mehr Transistoren enthalten. Der Modulator kann so betrieben werden, dass er es einem AC- und/oder DC-Strom ermöglicht, durch die Zellen 420A und 420B, den Stromsensor 430 und den Modulator 490 zu fließen. Der Strom kann durch die durch die Zellen 420A und 420B erzeugte Spannung getrieben werden.
Die Fehlanpassung zwischen verschiedenen ADCs 470A-470C und damit der Fehler der Impedanzmessung kann durch Verwenden einer speziellen Messsequenz, wie in den 5-7 gezeigt, kompensiert werden. Der verarbeitende Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, die Messsequenz zu steuern und einen digitalen Nachverarbeitungsalgorithmus zu implementieren.
Der Multiplexer 460 kann einen Hochspannungsmultiplexer, der dazu ausgebildet ist, zwischen den ADCs 470A-470C umzuschalten, enthalten. Bei einigen Beispielen kann jede der Zellen 420A und 420B drei oder fünf Volt erzeugen, so dass mehrere zehn oder mehrere hundert Zellen in Reihe geschaltet sein können, um eine Hochspannung zu erzeugen. Eine Beispiel-Messsequenz ist unten in Tabelle I gezeigt. In der Praxis werden die ADCs 470A-470C auf eine rundum laufende Weise sequenziell geschaltet, um die drei verschiedenen Größen (zwei Spannungen und einen Strom) zu messen. In der in Tabelle I gezeigten Rundlaufsequenz wandelt jeder der ADCs 470A-470C jede elektrische Größe einmal. Tabelle I: Messsequenz

Erste Instanz Zweite Instanz Dritte Instanz

ADC 470A Zelle 420A Stromsensor 430 Zelle 420B

ADC 470B Zelle 420B Zelle 420A Stromsensor 430

ADC 470C Stromsensor 430 Zelle 420B Zelle 420A
In einer ersten Instanz verbinden die Schalter 462A und 462B die Anschlüsse der Zelle 420A mit dem ADC 470A, die Schalter 462B und 462C verbinden die Anschlüsse der Zelle 420B mit dem ADC 470B, und die Schalter 462D und 462E verbinden die Anschlüsse des Stromsensors 430 mit dem ADC 470C. In der zweiten Instanz verbinden die Schalter 462A und 462B die Anschlüsse der Zelle 420A mit dem ADC 470B, die Schalter 462B und 462C verbinden die Anschlüsse der Zellen 420B mit dem ADC 470C, und die Schalter 462D und 462E verbinden die Anschlüsse des Stromsensors 430 mit dem ADC 470A. In der dritten Instanz verbinden die Schalter 462A und 462B die Anschlüsse der Zelle 420A mit dem ADC 470C, die Schalter 462B und 462C verbinden die Anschlüsse der Zelle 420B mit dem ADC 470A, und die Schalter 462D und 462E verbinden die Anschlüsse des Stromsensors 430 mit dem ADC 470B.
5 zeigt eine erste Instanz, in der der Multiplexer 560 die Anschlüsse der Zelle 520A mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 570A verbindet. In der in 5 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 560 die Anschlüsse der Zelle 520B mit den differentiellen Anschlüssen des ADCS 570B. In der in 5 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 560 die Anschlüsse des Stromsensors 530 mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 570C. Der verarbeitende Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, einen ersten Satz vorläufiger Impedanzen der Zellen 520A und 520B, die in den Gleichungen (3a)-(3e) durch Z_1,T bzw. Z_1,B dargestellt sind, zu bestimmen. $V_{X} = V_{T} (1 + δ_{1}) e^{j φ_{T}} e^{j β_{1}}$
$V_{Y} = V_{B} (1 + δ_{2}) e^{j φ_{B}} e^{j β_{2}}$
$I = I_{0} e^{j α}$
$Z_{1, T} = \frac{V_{X}}{I} = \frac{V_{T} (1 + δ_{1})}{I_{0}} e^{j (φ_{T} + β_{1} - α)}$
$Z_{1, B} = \frac{V_{Y}}{I} = \frac{V_{B} (1 + δ_{2})}{I_{0}} e^{j (φ_{B} + β_{2} - α)}$
6 zeigt eine erste Instanz, in der der Multiplexer 660 die Anschlüsse der Zelle 620A mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 670B verbindet. In der in 6 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 660 die Anschlüsse der Zelle 620B mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 670C. In der in 6 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 660 die Anschlüsse des Stromsensors 630 mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 670A. Der verarbeitende Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, einen zweiten Satz vorläufiger Impedanzen der Zellen 620A und 620B, die in den Gleichungen (4a)-(4e) durch Z_2,T bzw. Z_2,B dargestellt sind, zu ermitteln. $I = I_{0} (1 + δ_{1}) e^{j α} e^{j β_{1}}$
$V_{X} = V_{T} (1 + δ_{2}) e^{j φ_{T}} e^{j β_{2}}$
$V_{Y} = V_{B} e^{j φ_{B}}$
$Z_{2, T} = \frac{V_{X}}{I} = \frac{V_{T} (1 + δ_{2})}{I_{0} (1 + δ_{1})} e^{j (φ_{T} + β_{2} - β_{1} - α)}$
$Z_{2, B} = \frac{V_{Y}}{I} = \frac{V_{B}}{I_{0} (1 + δ_{1})} e^{j (φ_{B} - β_{1} - α)}$
7 zeigt eine erste Instanz, in der der Multiplexer 760 die Anschlüsse der Zelle 720A mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 770C verbindet. In der in 7 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 760 die Anschlüsse der Zelle 720B mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 770A. In der in 7 gezeigten ersten Instanz verbindet der Multiplexer 760 die Anschlüsse des Stromsensors 730 mit den differentiellen Anschlüssen des ADCs 770B. Der verarbeitende Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, einen zweiten Satz vorläufiger Impedanzen der Zellen 720A und 720B, die in den Gleichungen (5a)-(5e) durch Z_3,T bzw. Z_3,B dargestellt sind, zu ermitteln. $V_{Y} = V_{B} (1 + δ_{1}) e^{j φ_{B}} e^{j β_{1}}$
$I = I_{0} (1 + δ_{2}) e^{j α} e^{j β_{2}}$
$V_{X} = V_{T} e^{j φ_{T}}$
$Z_{3, T} = \frac{V_{X}}{I} = \frac{V_{T}}{I_{0} (1 + δ_{2})} e^{j (φ_{T} - β_{2} - α)}$
$Z_{3, B} = \frac{V_{Y}}{I} = \frac{V_{B} (1 + δ_{1})}{I_{0} (1 + δ_{2})} e^{j (φ_{B} + β_{1} - β_{2} - α)}$
Der verarbeitende Schaltkreis kann die korrigierten oder zusammengesetzten Impedanzen einer jeden Zelle basierend auf den vorliegenden Impedanzen entsprechend den Gleichungen (6a) und (6b) bestimmen. Näherungen, die weniger Ressourcen erfordern, werden durch Verwenden der Gleichungen (7a) und (7b), die für eine chip-interne („on-chip“) Implementierung verwendet werden können, erhalten. Die Gleichungen (7a) und (7b) verwenden Fehlanpassungsausdrücke zweiter Ordnung, die eine Größenordnung geringer als die Fehlanpassungsausdrücke erster Ordnung sind. $Z_{T, a v g} = \sqrt[3]{Z_{1, T} Z_{2, T} Z_{3, T}} = \sqrt[3]{\frac{V_{T}^{3}}{I_{0}^{3}} e^{j (3 φ_{T} - 3 α)}}$
$Z_{B, a v g} = \sqrt[3]{Z_{1, B} Z_{2, B} Z_{3, B}} = \sqrt[3]{\frac{V_{B}^{3}}{I_{0}^{3}} e^{j (3 φ_{B} - 3 α)}}$
$Z_{T, a v g} ≅ \frac{Z_{1, T} + Z_{2, T} + Z_{3, T}}{3} ≅ \frac{V_{T}}{I_{0}} (1 + \frac{δ_{1}^{2}}{6} + \frac{δ_{2}^{2}}{6} - \frac{δ_{1} δ_{2}}{3})$
$Z_{B, a v g} ≅ \frac{Z_{1, B} + Z_{2, B} + Z_{3, B}}{3} ≅ \frac{V_{B}}{I_{0}} (1 + \frac{δ_{1}^{2}}{6} + \frac{δ_{2}^{2}}{6} - \frac{δ_{1} δ_{2}}{3})$
Wie in den Gleichungen (6a) und (6b) gezeigt, kann der verarbeitende Schaltkreis die zusammengesetzte Impedanz für eine Batteriezelle durch Multiplizieren der vorläufigen Impedanzbestimmungen und Ziehen der Wurzel des Produkts bestimmen. Zusätzlich oder alternativ kann der verarbeitende Schaltkreis dazu ausgebildet sein, die Gleichungen (7a) und (7b) mit oder ohne Modifikationen zu verwenden, um zusammengesetzte Impedanzen für jede Messsequenz einschließlich den in den Tabellen I-IV gezeigten Messsequenzen oder anderen Messsequenzen zu bestimmen.
8 zeigt einen generischen (N+1) × (N+1)-Multiplexer 860 zum Messen der Impedanz von Zellen 820A-820N unter Verwendung zum Beispiel der hierin beschriebenen Techniken zur Kompensation der Verstärkungsfehlanpassung. Bei dem Beispiel von 8 sind N und P ganze Zahlen, und P ist gleich N plus 1. N kann eine beliebige ganze Zahl größer als null sein.

Tabelle II zeigt eine Beispiel-Messsequenz für den Multiplexer 860, um N Zellen mit N+1 ADCs zu verbinden. In Tabelle II ist die Zelle 820L die (N-2)-te Zelle, die Zelle 820M ist die (N-1)-te Zelle und der ADC 870P ist der (N+1)-te ADC. Tabelle II: Messsequenz für den Multiplexer 860.

	Erste Instanz	Zweite Instanz	Dritte Instanz		(N+1)-te Instanz
ADC 870A	Zelle 820A	Sensor 830	Zelle 820N		Zelle 820B
ADC 870B	Zelle 820B	Zelle 820A	Sensor 830		Zelle 820C
ADC 870C	Zelle 820C	Zelle 820B	Zelle 820A	...	Zelle 820D
^...	...				^...
ADC 870N	Zelle 820N	Zelle 820M	Zelle 820L		Sensor 830
ADC 870P	Sensor 830	Zelle 820N	Zelle 820M		Zelle 820A

Der verarbeitende Schaltkreis kann dazu ausgebildet sein, die angenäherte Formel in Gleichung (8) anzuwenden, um die kompensierte Impedanz der k-ten Zelle zu bestimmen. Die Messsequenz und die angenäherte Formel in Gleichung (8) basieren auf der Annahme, dass das System zeitinvariant ist, d.h. die einzelnen Fehlanpassungen während der Messzeit nicht driften. Eine Drift durch die einzelnen Fehlanpassungen können einen Fehler in die Berechnungen hineinbringen. ${\prod_{n = 1}^{N + 1} Z}_{n, k} = \frac{V_{k}^{N + 1}}{I_{0}^{N + 1}} e^{j [(N + 1) (φ_{k} - α)]}$
8 zeigt die Verwendung von einer Anzahl von N+1 von ADCs 870A-870P, um die Spannung und den Strom der Zellen 820A-820N und des Stromsensors 830 zu messen. Allerdings ist es durch Erhöhen der Anzahl von durchgeführten Messungen auch möglich, eine kleinere Anzahl von ADCs wie beispielsweise weniger als N+1 zu verwenden. Mit anderen Worten, derselbe ADC kann öfter verwendet werden. Diese Herangehensweise verringert die Anzahl von ADCs, aber erhöht die erforderliche Messzeit.
9 ist ein Schaltbild eines Multiplexers 960, der dazu ausgebildet ist, zwei ADCs 970A und 970B mit einem Spannungspfad 920 und einem Strompfad 930 zu verbinden, gemäß den Techniken dieser Offenbarung. Obwohl 9 nur einen Spannungspfad 920 zeigt, können zwei ADCs 970A und 970B, die dazu ausgebildet sind, die Spannung über jeder der zwei Zellen zu messen, vorhanden sein. Der Multiplexer 960 kann dazu ausgebildet sein, die ADCs 970A und 970B in einer der in Tabellen III und IV gezeigten Sequenzen zu verbinden.
Die Tabellen III und IV zeigen zwei Beispiel-Messsequenzen zum Messen zweier Zellen mit zwei ADCs 970A und 970B. Daher zeigen die Tabellen III und IV ein Beispiel, bei dem N gleich zwei ist. Allerdings kann N bei einigen Beispielen größer als zwei sein, so dass ein IC drei ADCs, die dazu ausgebildet sind, die Spannung über drei Zellen zu messen, enthalten kann. Tabelle III: Erste Messsequenz für N ADCs

Erste Instanz Zweite Instanz Dritte Instanz Vierte Instanz

ADC 970A Erste Zelle Stromsensor Zweite Zelle Stromsensor

ADC 970B Stromsensor Erste Zelle Stromsensor Zweite Zelle
Tabelle III zeigt eine beispielhafte Messsequenz, in der der Multiplexer 960 in einer ersten Instanz den ADC 970A durch den Spannungspfad 920 mit einer ersten Zelle verbindet und den ADC 970B durch den Strompfad 930 mit einem Stromsensor verbindet. In einer zweiten Instanz von Tabelle III verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A durch den Strompfad 930 mit dem Stromsensor und verbindet den ADC 970B durch den Spannungspfad 920 mit der ersten Zelle. In einer dritten Instanz verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A durch den Spannungspfad 920 mit einer zweiten Zelle und verbindet den ADC 970B durch den Strompfad 930 mit dem Stromsensor. In einer vierten Instanz verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A durch den Strompfad 930 mit dem Stromsensor und verbindet den ADC 970B durch den Spannungspfad 920 mit der zweiten Zelle. Tabelle IV: Zweite Messsequenz für N ADCs

Erste Instanz Zweite Instanz Dritte Instanz

ADC 970A Erste Zelle Zweite Zelle Stromsensor

ADC 970B Stromsensor Erste Zelle Zweite Zelle
Tabelle IV zeigt eine beispielhafte Rundlauf-Messsequenz, in der zwei Batteriezellen über jeden der Pfade 920 und 930 simultan angeschlossen werden können. In einer ersten Instanz von Tabelle IV verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A mit einer ersten Zelle und verbindet den ADC 970B mit einem Stromsensor. In einer zweiten Instanz von Tabelle IV verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A mit einer zweiten Zelle und verbindet den ADC 970B mit der ersten Zelle. In einer dritten Instanz verbindet der Multiplexer 960 den ADC 970A mit dem Stromsensor und verbindet den ADC 970B mit der zweiten Zelle.
Von den drei in den Tabellen I, III und IV gezeigten Messsequenzen für Sätze von zwei Zellen verwenden die in den Tabellen I und IV gezeigten Messsequenzen die kürzeste Messzeit (z.B. die wenigsten Instanzen). Daher kann es sein, dass diese Messsequenzen für mit Drift in Zusammenhang stehende Probleme weniger anfällig sind als die in Tabelle III gezeigte Messsequenz.
10 ist ein Flussdiagramm, das Beispiel-Techniken zum Messen der Impedanz einer Batteriezelle gemäß den Techniken dieser Offenbarung veranschaulicht. Die Techniken von 10 werden unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte System beschrieben, obwohl andere Komponenten oder Einrichtungen verwendet werden können, um ähnliche Techniken, die mit dieser Offenbarung konsistent sind, durchzuführen.
Bei dem Beispiel von 10 verbindet der Multiplexer 160 den ADC 170A in einer ersten Instanz mit der Zelle 120A (1000). Der Multiplexer 160 verbindet in der ersten Instanz auch den ADC 170B mit dem Stromsensor 130 (1002). Die ADCs 170A und 170B können dazu ausgebildet sein, die Spannung über der Zelle 120A und den Strom durch den Sensor 130 (z.B. die Spannung über einem Stromerfassungselement) in digitale Zahlen zu wandeln, während der Multiplexer 160 die ADCs 170A und 170B mit der Zelle 120A und dem Sensor 130 verbunden hat.
Der Multiplexer 160 verbindet dann in einer zweiten Instanz den ADC 170A mit dem Stromsensor 130 (1004). Der Multiplexer 160 verbindet dann in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz den ADC 170B mit der Zelle 120A (1006). Bei der in Tabelle III gezeigten Beispiel-Messsequenz kann der Multiplexer 160 den ADC 170B in der zweiten Instanz mit der Zelle 120A verbinden. Bei den in den Tabellen I und IV gezeigten Beispiel-Messsequenzen kann der Multiplexer 160 den ADC 170B in der dritten Instanz mit der Zelle 120A verbinden.
Diese Offenbarung hat den Multiplexern 160, 460, 560, 660, 760, 860 und 960 und dem verarbeitenden Schaltkreis 180, 280 und 380 eine Funktionalität zugeschrieben. Der verarbeitende Schaltkreis 180, 280 und/oder 380 kann einen oder mehr Prozessoren enthalten, um derartige Funktionen zu implementieren. Zum Beispiel kann der verarbeitende Schaltkreis 180, 280 und/oder 380 eine beliebige Kombination von integrierter Schaltungstechnik, diskreter Logikschaltungstechnik, analoger Schaltungstechnik, beispielsweise einen oder mehr Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und/oder feldprogrammierbare Gatter-Arrays (FPGAs), enthalten. Bei einigen Beispielen kann der verarbeitende Schaltkreis 180, 280 und/oder 380 mehrere Komponenten wie beispielsweise eine beliebige Kombination von einem oder mehr Mikroprozessoren, einem oder mehr DSPs, einem oder mehr ASICs oder einem oder mehr FPGAs sowie anderer diskreter oder integrierter Logikschaltungstechnik und/oder analoger Schaltungstechnik enthalten.
Die in dieser Offenbarung beschriebenen Techniken können auch in einem Herstellungsartikel einschließlich eines nicht-flüchtigen, computerlesbaren Speichermediums wie beispielsweise einem Speicher oder einer Speichereinheit, das dem verarbeitenden Schaltkreis 180, 280 und/oder 380 zugeordnet ist, verkörpert oder codiert sein. Bei einigen Beispielen kann der Speicher lokal sein und elektrisch in den verarbeitenden Schaltkreis integriert sein, oder bei anderen Beispielen kann der Speicher extern sein und beispielsweise über einen Datenbus oder eine direkte Verbindung mit dem verarbeitenden Schaltkreis 160 elektrisch verbunden sein. Nicht-flüchtige, computerlesbare Beispiel-Speichermedien können RAM, ROM, programmierbaren ROM (PROM), löschbaren programmierbaren ROM (EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher, eine Festplatte, magnetische Medien, optische Medien oder beliebige andere computerlesbare Speichermedien oder greifbare computerlesbare Medien enthalten. Der Ausdruck „nicht-flüchtig“ kann anzeigen, dass das Speichermedium nicht in einer Trägerwelle oder aus einem ausgebreiteten Signal verkörpert ist. Bei bestimmten Beispielen kann ein nicht-flüchtiges Speichermedium Daten, die sich mit der Zeit ändern, speichern (z.B. in einem RAM oder CACHE).
Die folgenden nummerierten Beispiele zeigen einen oder mehr Aspekte der Offenbarung.
Beispiel 1. Ein Verfahren beinhaltet das Verbinden eines ersten ADCs von zumindest zwei ADCs mit einer ersten Batteriezelle durch einen Multiplexer in einer ersten Instanz. Das Verfahren beinhaltet auch das Verbinden eines zweiten ADCs der zumindest zwei ADCs mit einem Stromsensor durch den Multiplexer in der ersten Instanz, wobei der Stromsensor dazu ausgebildet ist, den Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit dem Stromsensor durch den Multiplexer in einer zweiten Instanz. Das Verfahren beinhaltet das Verbinden des zweiten ADCs mit der ersten Batteriezelle durch den Multiplexer in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz.
Beispiel 2. Verfahren gemäß Beispiel 1, das weiterhin das Verbinden eines dritten ADCs der zumindest zwei ADCs mit einer zweiten Batteriezelle in der ersten Instanz beinhaltet.
Beispiel 3. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit der zweiten Batteriezelle in der zweiten Instanz beinhaltet.
Beispiel 4. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des dritten ADCs mit der ersten Batteriezelle in der zweiten Instanz beinhaltet.
Beispiel 5. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit der zweiten Batteriezelle in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 6. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit der ersten Batteriezelle in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 7. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des dritten ADCs mit dem Stromsensor in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 8. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit der ersten Batteriezelle in der zweiten Instanz beinhaltet.
Beispiel 9. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit einer zweiten Batteriezelle in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 10. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit dem Stromsensor in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 11. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit dem Stromsensor in einer vierten Instanz beinhaltet.
Beispiel 12. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit der zweiten Batteriezelle in der vierten Instanz beinhaltet.
Beispiel 13. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit einer zweiten Batteriezelle in der zweiten Instanz beinhaltet.
Beispiel 14. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des ersten ADCs mit der zweiten Batteriezelle in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 15. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden des zweiten ADCs mit der ersten Batteriezelle in der dritten Instanz beinhaltet.
Beispiel 16. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Verbinden der zumindest zwei ADCs mit dem Stromsensor, der ersten Batteriezelle, und einer zweiten Batteriezelle in einer Rundlaufsequenz beinhaltet.
Beispiel 17. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Steuern des Multiplexers durch einen verarbeitenden Schaltkreis, um die Verfahren von 1 - 16 oder eine beliebige Kombination hiervon auszuführen, beinhaltet.
Beispiel 18. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Bestimmen einer Impedanz der ersten Batteriezelle basierend auf durch die zumindest zwei ADCs vorgenommenen Messungen beinhaltet.
Beispiel 19. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Bestimmen einer ersten vorläufigen Impedanz basierend auf einer ersten Ausgabe des ersten ADCs in der ersten Instanz und einer zweiten Ausgabe des zweiten ADCs in der ersten Instanz beinhaltet.
Beispiel 20. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Bestimmen einer zweiten vorläufigen Impedanz basierend auf der ersten Ausgabe des ersten ADCs in der zweiten Instanz und der zweiten Ausgabe des zweiten ADCs in der zweiten Instanz beinhaltet.
Beispiel 21. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Bestimmen einer Komposit-Impedanz basierend auf der ersten und zweiten vorläufigen Impedanz beinhaltet.
Beispiel 22. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, wobei das Bestimmen einer ersten vorläufigen Impedanz das Bestimmen einer ersten Fourier-Darstellung durch Anwenden einer ersten schnellen Fourier-Transformation auf die erste Ausgabe des ersten ADCs in der ersten Instanz beinhaltet.
Beispiel 23. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, wobei das Bestimmen einer ersten vorläufigen Impedanz das Bestimmen einer zweiten Fourier-Darstellung durch Anwenden einer zweiten schnellen Fourier-Transformation auf die zweite Ausgabe des zweiten ADCs in der ersten Instanz beinhaltet.
Beispiel 24. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, wobei das Bestimmen einer ersten vorläufigen Impedanz das Bestimmen der ersten vorläufigen Impedanz durch Durchführen einer komplexen Division an der ersten Fourier-Darstellung und der zweiten Fourier-Darstellung beinhaltet.
Beispiel 25. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Messen von Impedanzen von N Batteriezellen unter Verwendung von N+1 ADCs beinhaltet.
Beispiel 26. Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel, das weiterhin das Bereitstellen eines Ansteuersignals mit einer Ansteuersignalfrequenz zum Ansteuern eines über die erste Batteriezelle hinweg angeschlossenen Modulators durch einen Modulator-Treiber, um einen modulierten Ansteuerstrom zu veranlassen, durch die erste Batteriezelle zu fließen, beinhaltet.
Beispiel 27. Eine Einrichtung, enthält einen Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem vorangehenden Beispiel durchzuführen.
Beispiel 28. Einrichtung gemäß Beispiel 27, die weiterhin zumindest zwei ADCs mit dem ersten ADC und dem zweiten ADC, die dazu ausgebildet sind, das Verfahren der Beispiele 1-26 oder einer beliebigen Kombination hiervon durchzuführen, beinhaltet.
Beispiel 29. Einrichtung gemäß Beispiel 27 oder 28, die weiterhin einen verarbeitenden Schaltkreis, der dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß den Beispielen 1 - 26 oder einer Kombination hiervon durchzuführen, enthält.
Beispiel 30. Einrichtung gemäß den Beispielen 27-29 oder einer Kombination hiervon, die weiterhin einen Modulatortreiber, der dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß Beispiel 26 durchzuführen, enthält.
Beispiel 31. Eine Einrichtung kann zum Messen der Impedanz einer ersten Batteriezelle verwendet werden. Die Einrichtung enthält einen ersten ADC und einen zweiten ADC. Die Einrichtung enthält auch einen Multiplexer, der dazu ausgebildet ist, in einer ersten Instanz den ersten ADC mit der ersten Batteriezelle zu verbinden und den zweiten ADC in der ersten Instanz mit einem Stromsensor zu verbinden. Der Stromsensor ist dazu ausgebildet, einen Strom durch die erste Batteriezelle zu erfassen. Der Multiplexer ist außerdem dazu ausgebildet, den ersten ADC in einer zweiten Instanz mit dem Stromsensor zu verbinden und den zweiten ADC in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle zu verbinden.
Beispiel 32. Eine Einrichtung enthält ein computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten, ausführbaren Anweisungen, die dazu ausgebildet sind, durch den verarbeitenden Schaltkreis ausgeführt zu werden, um den verarbeitenden Schaltkreis zu veranlassen, das Verfahren der Beispiele 1-26 oder einer Kombination hiervon auszuführen.
Beispiel 33. System, das Mittel zum Durchführen des Verfahrens der Beispiele 1 - 26 oder einer Kombination hiervon enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10481214 [0037]

Claims

Einrichtung zum Messen einer Impedanz einer ersten Batteriezelle (120A), wobei die Einrichtung aufweist: zumindest zwei Analog-Digital-Wandler (ADCs) (170A - 170M) mit einem ersten ADC (170A) und einem zweiten ADC (170B); und einen Multiplexer (160), der dazu ausgebildet ist: den ersten ADC (170A) in einer ersten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der ersten Instanz mit einem Stromsensor (130) zu verbinden, wobei der Stromsensor (130) dazu ausgebildet ist, Strom durch die erste Batteriezelle (120A) zu erfassen; den ersten ADC (170A) in einer zweiten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) den ersten ADC (170A), den zweiten ADC und einen dritten ADC aufweisen, und wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den dritten ADC (170M) in der ersten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den dritten ADC (170M) in der zweiten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; und den dritten ADC in der dritten Instanz mit dem Stromsensor zu verbinden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in einer vierten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der vierten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Multiplexer (160) dazu ausgebildet ist, die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) in einer Rundlaufsequenz mit dem Stromsensor (130), der ersten Batteriezelle (120A) und einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, die weiterhin einen verarbeitenden Schaltkreis (180), der dazu ausgebildet ist, eine Impedanz der ersten Batteriezelle (120A) basierend auf durch die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) vorgenommenen Messungen zu bestimmen, aufweist.
Einrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der verarbeitende Schaltkreis (180) dazu ausgebildet ist, die Impedanz zu bestimmen durch: Bestimmen einer ersten vorläufigen Impedanz basierend auf einer ersten Ausgabe des ersten ADCs (170A) in der ersten Instanz und einer zweiten Ausgabe des zweiten ADCs (170B) in der ersten Instanz; Bestimmen einer zweiten vorläufigen Impedanz basierend auf der ersten Ausgabe des ersten ADCs (170A) in der zweiten Instanz und der zweiten Ausgabe des zweiten ADCs (170B) in der zweiten Instanz; und Bestimmen einer Komposit-Impedanz basierend auf der ersten und zweiten vorläufigen Impedanz.
Einrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der verarbeitende Schaltkreis (180) dazu ausgebildet ist, die erste vorläufige Impedanz zu bestimmen durch: Bestimmen einer ersten Fourier-Darstellung durch Anwenden einer ersten schnellen Fourier-Transformation auf die erste Ausgabe des ersten ADCs (170A) in der ersten Instanz; Bestimmen einer zweiten Fourier-Darstellung durch Anwenden einer zweiten schnellen Fourier-Transformation auf die zweite Ausgabe des zweiten ADCs (170B) in der ersten Instanz; und Bestimmen der ersten vorläufigen Impedanz durch Durchführen einer komplexen Division an der ersten Fourier-Darstellung und der zweiten Fourier-Darstellung.
Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) dazu ausgebildet sind, Impedanzen von N Batteriezellen (120A - 120N), die die erste Batteriezelle (120A) enthalten, zu messen und wobei die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) N+1 ADCs aufweisen.
Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die weiterhin einen Modulatortreiber (190) zum Bereitstellen eines Ansteuersignals mit einer Ansteuersignalfrequenz zum Ansteuern eines Modulators (190), der über die erste Batteriezelle (120A) hinweg angeschlossen ist, einen modulierten Ansteuerstrom zu veranlassen, durch die erste Batteriezelle (120A) zu fließen, aufweist.
Verfahren, das aufweist: Verbinden eines ersten Analog-Digital-Wandlers (ADC) (170A) von zumindest zwei ADCs (170A-170M) mit einer ersten Batteriezelle (120A) durch einen Multiplexer (160) in einer ersten Instanz; Verbinden eines zweiten ADCs (170B) der zumindest zwei ADCs (170A-170M) mit einem Stromsensor (130) durch den Multiplexer (160) in der ersten Instanz, wobei der Stromsensor (130) dazu ausgebildet ist, Strom durch die erste Batteriezelle (120A) zu erfassen; Verbinden des ersten ADCs (170A) mit dem Stromsensor (130) durch den Multiplexer (160) in einer zweiten Instanz; und Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der ersten Batteriezelle (120A) durch den Multiplexer (160) in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiterhin aufweist: Verbinden eines dritten ADCs (170M) der zumindest zwei ADCs (170A - 170M) mit einer zweiten Batteriezelle (120B) in der ersten Instanz; Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der zweiten Batteriezelle (120B) in der zweiten Instanz; Verbinden des dritten ADCs (170M) mit der ersten Batteriezelle (120A) in der zweiten Instanz; Verbinden des ersten ADCs (170A) mit der zweiten Batteriezelle (120B) in der dritten Instanz; Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der ersten Batteriezelle (120A) in der dritten Instanz; und Verbinden des dritten ADCs (170M) mit dem Stromsensor (130) in der dritten Instanz.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiterhin aufweist: Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der ersten Batteriezelle (120A) in der zweiten Instanz; Verbinden des ersten ADCs (170A) mit einer zweiten Batteriezelle (120B) in der dritten Instanz; Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit dem Stromsensor (130) in einer dritten Instanz; Verbinden des ersten ADCs (170A) mit dem Stromsensor (130) in einer vierten Instanz; und Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der zweiten Batteriezelle (120B) in der vierten Instanz.
Verfahren gemäß Anspruch 11, das weiterhin aufweist: Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit einer zweiten Batteriezelle (120B) in der zweiten Instanz; Verbinden des ersten ADCs (170A) mit der zweiten Batteriezelle (120B) in der dritten Instanz; und Verbinden des zweiten ADCs (170B) mit der ersten Batteriezelle (120A) mit der dritten Instanz.
System, das aufweist: eine erste Batteriezelle (120A); einen Stromsensor (130), der dazu ausgebildet ist, den Strom durch die erste Batteriezelle (120A) zu erfassen; zumindest zwei Analog-Digital-Wandler (ADCs) (170A - 170M) mit einem ersten ADC (170A) und einem zweiten ADC (170B); und einen Multiplexer (160), der dazu ausgebildet ist: den ersten ADC (170A) in einer ersten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der ersten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in einer zweiten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz oder in einer dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (130) zu verbinden.
System gemäß Anspruch 15, wobei die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) den ersten ADC (170A), den zweiten ADC (170B) und einen dritten ADC (170M) aufweisen, und wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den dritten ADC (170M) in der ersten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den dritten ADC (170M) in der zweiten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; und den dritten ADC (170M) in der dritten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in einer vierten Instanz mit dem Stromsensor (130) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der vierten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden.
System gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der Multiplexer (160) weiterhin dazu ausgebildet ist: den zweiten ADC (170B) in der zweiten Instanz mit einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; den ersten ADC (170A) in der dritten Instanz mit der zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden; und den zweiten ADC (170B) in der dritten Instanz mit der ersten Batteriezelle (120A) zu verbinden.
System gemäß Anspruch 15, wobei der Multiplexer (160) dazu ausgebildet ist, die zumindest zwei ADCs (170A - 170M) in einer Rundlaufsequenz mit dem Stromsensor (130), der ersten Batteriezelle (120A) und einer zweiten Batteriezelle (120B) zu verbinden.
System gemäß Anspruch 15, das weiterhin aufweist: eine zweite Batteriezelle (120B), die zu der ersten Batteriezelle (120A) in Reihe geschaltet ist, und einen Modulator (190), der über die erste und zweite Batteriezelle (120A, 120B) hinweg angeschlossen ist, um einen durch eine Spannung der ersten und zweiten Batteriezellen (120A, 120B) in einen Strompfad durch den Modulator (190) und zurück durch die erste und zweite Batteriezelle (120A, 120B) getriebenen Strom zu modulieren.