DE102022208521A1 - Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle - Google Patents

Abstract

Die Schaltungsanordnung (10) weist einen Hauptüberwachungskanal (20) mit einem ersten Analog-Digital-Wandler (ADC) (24), einen redundanten Überwachungskanal 30 mit einem zweiten Analog-Digital-Wandler (34) und eine Vergleichseinheit (40) auf.Der erste ADC (24) ist ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines an seinem Eingang bereitgestellten Signals (Ucell), dass repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle, durchzuführen, um so ein erstes digitales Zellspannungssignal (U_MAIN) zu erhalten. Der zweite ADC (34) ist ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines Differenzsignals (Udiff), das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Referenzspannung (VREF) oder einer Versorgungsspannung (VCC) des zweiten ADCs (34) und dem Signal (Ucell), durchzuführen, um so ein zweites digitales pegelverschobenes Zellspannungssignal (U_AUX) zu erhalten. Der erste ADC (24) und der zweite ADC (34) sind ausgebildet, die Analog-Digital-Wandlung des Signals (Ucell) beziehungsweise des Differenzsignals (Udiff) abhängig von einer Referenzspannung (VREF) durchzuführen, wobei die Referenzspannung (VREF) des ersten ADCs (24) gleich der Referenzspannung (VREF) des zweiten ADCs (34) ist.Die Vergleichseinheit (40) ist ausgebildet, einen Vergleichswert (U_delta) gemäße einer vorgegebenen Funktion abhängig von dem digitalen ersten Zellspannungssignal (U_MAIN) und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal (U_AUX) zu ermitteln.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle. Die Akkumulatorzelle ist in einem Akkumulator, insbesondere in einem Traktionsakkumulator eines Elektrofahrzeugs, angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Akkumulatorsystem und ein Kraftfahrzeug.
• Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebsstranges werden immer höhere Genauigkeitsanforderungen an die Batterieüberwachung gestellt, um die Reichweite und die Betriebssicherheit von Elektrofahrzeugen, wie zum Beispiel Hybridfahrzeugen (HEV), Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) und vollelektrische Fahrzeugen (BEV), zu verbessern. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Messgenauigkeit für die Zellspannungsüberwachung. Bei einem hohen Automotive Safety Integrity Level (ASIL) der Klasse C oder D wird gefordert, dass auch im Falle von unerkannten Fehlern die Zellspannung mit hoher Genauigkeit als Messwert zur Verfügung steht. Bei einer höheren Messgenauigkeit der Zellspannung kann die Traktionsbatterie näher bis hin zu den Zellspannungsgrenzen ohne Risiko betrieben werden, wodurch die erzielbare Reichweite bei gleicher Batteriekapazität erhöht wird. In den letzten Jahren hat sich die Leistungsfähigkeit der zur Durchführung der Batterieüberwachung genutzten Halbleiterbausteine bereits entscheidend verbessert. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen müssen jedoch die Messschaltungen, beispielsweise die Analog-Digital-Wandler zur Umsetzung der erfassten Spannungssensorsignale, teilweise redundant ausgeführt werden, was zu hohen Kosten führt.
• Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle bereitzustellen, die eine genaue und kostengünstige Ermittlung einer Zellspannung der Akkumulatorzelle ermöglicht.
• Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Gemäße einem ersten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle. Die Schaltungsanordnung weist einen Hauptüberwachungskanal mit einem ersten Analog-Digital-Wandler (ADC), einen redundanten Überwachungskanal mit einem zweiten ADC und eine Vergleichseinheit auf. Der erste ADC ist ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines bereitgestellten Signals, das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle, durchzuführen, um so ein erstes digitales Zellspannungssignal zu erhalten. Der zweite ADC ist ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines Differenzsignals, das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Referenzspannung, die von den beiden ADCs für die Analog-Digital-Wandlung genutzt wird, und dem Signal durchzuführen, um so ein zweites digitales pegelverschobenes Zellspannungssignal zu erhalten. Alternativ ist der zweite ADC ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines Differenzsignals, das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Versorgungsspannung des zweiten ADCs und dem Signal, durchzuführen, um so das zweite digitale pegelverschobene Zellspannungssignal zu erhalten.
• Der erste ADC und der zweite ADC sind ausgebildet, die Analog-Digital-Wandlung des Signals beziehungsweise des Differenzsignals abhängig von der Referenzspannung durchzuführen, wobei die Referenzspannung des ersten ADCs gleich der Referenzspannung des zweiten ADCs ist.
• Die Vergleichseinheit ist ausgebildet, einen Vergleichswert gemäße einer vorgegebenen Funktion abhängig von dem digitalen ersten Zellspannungssignal und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal zu ermitteln. Die Vergleichseinheit ist ferner ausgebildet, den Vergleichswert an einem Ausgang der Vergleichseinheit bereitzustellen und/oder den Vergleichswert mit einem vorgegebenen Schwellwert zu vergleichen, und wenn der Vergleichswert einen vorgegebene Schwellwert überschreitet, ein Fehlersignal an einem Ausgang der Vergleichseinheit bereitzustellen.
• Das Fehlersignal und/oder das Vergleichssignal werden beispielsweise für eine Auswerteeinheit oder eine übergeordnete Recheneinheit bereitgestellt.
• Der Vergleichswert des digitalen ersten Zellspannungssignals und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignals wird vorzugsweise in vorgegebenen Zeitabständen erneut ermittelt.
• Die Nutzung einer gemeinsamen Referenzspannung durch den ersten und zweiten ADC ermöglicht eine Platz- und Kosteneinsparung bei der Implementierung der beiden ADCs. Aufgrund der gemeinsamen Referenzspannung des ersten und zweiten ADCs wirkt sich jedoch ein Gleichtakt-Fehler der Referenzspannung auf den ersten ADC und den zweiten ADC gleich aus. Die Schaltungsanordnung ermöglicht, durch den speziellen Vergleich diesen Gleichtaktfehler zu erkennen und weitere Sicherheitsmechanismen werden nicht benötigt. Die Messgenauigkeit kann somit deutlich verbessert werden.
• In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist die Schaltungsanordnung als integrierte Schaltung ausgebildet. Dies ermöglicht eine kompakte und kostengünstige Implementierung. Da der Vergleich der Ausgangssignale des ersten ADCs und des zweiten ADCs in der gleichen integrierten Schaltung erfolgt, werden sehr einfach Laufzeitunterschiede zwischen den beiden Messergebnissen vermieden, wodurch ein wesentlich genauerer Vergleich und damit eine wesentlich zuverlässigere Verifikation des ersten ADCs ermöglicht wird.
• In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Schaltungsanordnung eine Referenzspannungsquelle auf, die die Referenzspannung für den ersten ADC und den zweiten ADC bereitstellt. Die Nutzung einer gemeinsamen Referenzspannungsquelle ermöglicht eine kostengünstigere und platzsparende Herstellung der Schaltungsanordnung.
• In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weisen der erste ADC und der zweite ADC jeweils einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals auf, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle. Ferner weisen der erste ADC und der zweite ADC jeweils einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfang eines zweiten Messsignals auf, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle.
• Der erste ADC weist eingangsseitig einen ersten Pegelumsetzer auf, der ausgebildet ist, eine erste Zellpotentialdifferenz zwischen dem ersten Messsignal und dem zweiten Messsignal zu bilden, wobei das erste Messsignal den Minuend und das zweite Messsignal den Subtrahend repräsentiert. Die erste Zellpotentialdifferenz korrespondiert somit mit der Zellspannung der Akkumulatorzelle oder entspricht der Zellspannung der Akkumulatorzelle.
• Der zweite ADC weist eingangsseitig einen zweiten Pegelumsetzer auf, der ausgebildet ist, eine zweite Zellpotentialdifferenz zwischen dem zweiten Messsignal und dem ersten Messsignal zu bilden, wobei das zweite Messsignal den Minuend und das erste Messsignal den Subtrahend repräsentieren. Der zweite Pegelumsetzer ist ferner ausgebildet ist, wenn das Differenzsignal repräsentativ ist für eine Differenz zwischen der Referenzspannung und dem Signal, durch Addition der zweiten Zellpotentialdifferenz und der Referenzspannung das Differenzsignal für den zweiten ADC bereitzustellen, und wenn das Differenzsignal repräsentativ ist für eine Differenz zwischen der Versorgungsspannung des zweiten ADCs und dem Signal durch Addition der zweiten Zellpotentialdifferenz und der Versorgungsspannung des zweiten ADCs das Differenzsignal für den zweiten ADC bereitzustellen.
• Vorzugsweise weisen der erste ADC und der zweite ADC die gleiche Versorgungsspannung auf.
• In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt repräsentiert die Vergleichsfunktion die Summe des digitalen ersten Zellspannungssignals und des digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignals minus der Referenzspannung, wenn das Differenzsignal abhängig von der Referenzspannung ermittelt wird. Wenn das Differenzsignal abhängig von der Versorgungsspannung des zweiten ADCs ermittelt wird, repräsentiert die Vergleichsfunktion die Summe des digitalen ersten Zellspannungssignals und des digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignals minus einem Sollwert der Versorgungsspannung des zweiten ADCs.
• In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Schaltungsanordnung ein erstes analoges Filter, das dem ersten ADC vorgeschalten ist, und/oder ein zweites analoges Filter auf, das dem zweiten ADC vorgeschaltet ist. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Filter Teil der integrierten Schaltung und/oder das erste Filter und das zweite Filter weisen unterschiedliche Frequenzgänge auf.
• Die unterschiedlichen Frequenzgänge haben den Vorteil, dass Unterschied in den Frequenzgängen, die durch eine Vorverarbeitung entstehen können, zumindest teilweise ausgeglichen werden können.
• In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt unterscheiden sich der erste ADC und der zweite ADC in ihrer Auflösung und/oder ihrer Einschwingzeit.
• Gemäße einem zweiten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Akkumulatorsystem, das einen Akkumulator mit zumindest einer Akkumulatorzelle aufweist. Ferner weist das Akkumulatorsystem für alle oder zumindest einen Teil der Akkumulatorzellen jeweils eine Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt auf.
• Gemäße einem dritten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, das eine Akkumulatorsystem gemäß dem zweiten Aspekt aufweist.
• Optionale Ausgestaltungen des ersten Aspekts können auch entsprechend bei den weiteren Aspekten vorhanden sein und entsprechende Wirkungen aufweisen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.
• Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt.
  Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Variationen oder Modifikationen, die im Hinblick auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.
• Es zeigen:
• 1 ein beispielhaftes Blockschaltbild für eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle,
• 2 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines ersten Pegelumsetzers und
• 3 ein beispielhaftes Ersatzschaltbild eines zweiten Pegelumsetzers.
• Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als „direkt“ mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „benachbart“ versus „direkt benachbart“ etc.).
• Die Funktionen der Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle werden im Folgenden im Zusammenhang mit 1, erläutert, welche eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung ist, bei der viele der Grundkomponenten um der Klarheit willen weggelassen wurden.
• 1 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung 10 zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators (Akkumulatorzelle und Akkumulator sind nicht gezeigt in 1). Der Akkumulator weist vorzugsweise eine Vielzahl von Akkumulatorzellen auf, die parallel und/oder in Serie geschalten sind. Der Akkumulator ist beispielsweise als Traktionsakkumulator für ein Fahrzeug ausgebildet.
• Die Akkumulatorzelle ist mit der Schaltungsanordnung 10 verbunden und die Schaltungsanordnung empfängt eingangsseitig von der Akkumulatorzelle direkt oder indirekt über eine Vorverarbeitungseinheit ein erstes Zellpotentialsignal Ucell_p und ein zweites Zellpotentialsignal Ucell_c.
• Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Hauptüberwachungskanal 20 mit einem ersten Analog-Digital-Wandler, ADC, 24 sowie einen redundanten Überwachungskanal 30 mit einem zweiten ADC 34 auf. Ferner weist die Schaltungsanordnung 10 eine Vergleichseinheit 40 auf.
• Die Schaltungsanordnung 10 ist vorzugsweise als integrierter Schaltkreis in einem Halbleiterchip ausgebildet. Insbesondere kann der Halbleiterchip mehrere solcher Schaltungsanordnungen 10 aufweisen, so dass mehrere Akkumulatorzellen mit dem Halbleiterchip überwacht werden können.
• Der Hauptüberwachungskanal 20 weist eingangsseitig beispielsweise ein analoges erstes Filter 22 auf. Der erste ADC 24 ist dem ersten Filter 22 nachgeschaltet. Beispielsweise ist das analoge erste Filter 22 des Hauptüberwachungskanals 20 direkt oder indirekt mit der Akkumulatorzelle verbunden. Das analoge erste Filter 22 dient der Signalaufbereitung der von der Akkumulatorzelle empfangenen Zellpotentialsingale Ucell_p, Ucell_n.
• Dem ersten ADC 24 ist beispielsweise ein digitales Tiefpassfilter 26 nachgeschaltet. Beispielswiese wird am Ausgang des digitalen Tiefpassfilters 26 ein gefiltertes digitales Zellspannungssignal UC, dass die Zellspannung der angeschlossenen Akkumulatorzelle repräsentiert, für eine Auswerteeinheit 50 breitgestellt. Bei der Auswerteeinheit 50 kann es sich um eine der Schaltungsanordnung zugeordnete Steuereinheit oder eine übergeordnete Recheneinheit handeln.
• Der redundante Überwachungskanal 30 der Schaltungsanordnung 10 weist eingangsseitig beispielsweise ein analoges zweites Filter 32 auf. Der zweite ADC 34 ist dem zweiten Filter 32 nachgeschaltet. Das analoge zweite Filter 32 des redundanten Überwachungskanal 30 ist beispielsweise direkt oder indirekt mit der Akkumulatorzelle verbunden. Das analoge zweite Filter 32 dient der Signalaufbereitung der von der Akkumulatorzelle empfangenen Zellpotentialsingale Ucell_p, Ucell_n.
• In einer optionalen Ausgestaltung sind der Schaltungsanordnung ein erstes diskretes Hardware-Filter 28 und ein zweites diskretes Hardware-Filter 38 vorgeschalten, wobei das erste diskretes Hardware-Filter 28 dem ersten Filter des Hauptüberwachungspfads 20 und das zweite diskrete Hardware-Filter 38 dem zweiten Filter 32 des redundanten Überwachungspfad vorgeschaltet ist.
• Der Eingang des ersten ADCs 24 weist einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals Uin_p, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss auf zum Empfang eines zweiten Messsignals Uin_n, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle.
• Der erste ADC 24 umfasst einen ersten Pegelumsetzer 241. 2 zeigt ein beispielhaftes Ersatzschaltbild des ersten Pegelumsetzers 241 des ersten ADCs 24.
• Der erste Pegelumsetzer 241 ist ausgebildet, eine erste Zellpotentialdifferenz zwischen dem ersten Messsignal Uin_p und dem zweiten Messsignal Uin_n zu bilden. Die erste Zellpotentialdifferenz kann auch als Zellspannung Ucell bezeichnet werden.
• Der erste ADC 24 (siehe 1) weist ferner eine Wandlereinheit auf, die ausgebildet ist, die eigentliche Analog-Digital-Wandlung der Zellspannung Ucell durchzuführen und am Ausgang der Wandlereinheit ein digitales erstes Zellspannungssignal U_MAIN, bereitzustellen.
• Der Eingang des zweiten ADCs 34 weist einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang des ersten Messsignals Uin_p, das repräsentativ ist für das Potential an dem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfang des zweiten Messsignals Uin_n, das repräsentativ ist für das Potential an dem Minuspol der Akkumulatorzelle, auf.
• Der zweite ADC 34 umfasst einen zweiten Pegelumsetzer 341. 3 zeigt ein vereinfachtes beispielhaftes Ersatzschaltbild des zweiten Pegelumsetzers 341 des zweiten ADCs 34.
• Der zweite Pegelumsetzer 341 ist ausgebildet, eine zweite Zellpotentialdifferenz zwischen dem zweiten Messsignal Uin_n und dem ersten Messsignal Uin_n zu bilden, wobei das zweite Messsignal den Minuend und das erste Messsignal den Subtrahend bilden. Der zweite Pegelumsetzer 341 ist ferner ausgebildet, durch Addition der Versorgungsspannung VCC des zweiten ADCs und der zweiten Zellpotentialdifferenz ein Differenzsignal U_diff für den zweiten ADC 34 bereitzustellen.
• Alternativ ist der zweite Pegelumsetzer 341 ausgebildet, durch Addition einer Referenzspannung VREF, die die beiden ADCs für die Analog-Digital-Wandlung nutzen, und der zweiten Zellpotentialdifferenz das Differenzsignal U_diff für den zweiten ADC 34 bereitzustellen.
• Der zweite ADC 34 (siehe 1) umfasst eine Wandlereinheit, die ausgebildet ist, die eigentliche Analog-Digital-Wandlung des Differenzsignals U_diff durchzuführen und am Ausgang der Wandlereinheit ein digitales zweites Zellspannungssignal U_AUX, bereitzustellen.
• Die Wandlereinheiten des ersten ADCs 24 und des zweiten ADCs 34 können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere kann der zweite ADC 34 eine geringere Auflösung und/oder eine längere Einschwingzeit aufweisen, da es ausreichend ist, dass der Vergleich nur in bestimmten Zeitabständen erfolgt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Implementierung und die geforderte Zuverlässigkeit für kann trotzdem gewährleistet werden.
• Der erste ADC 24 und der zweite ADC 34 sind ausgebildet, die Analog-Digital-Wandlung der Zellspannung U_cell beziehungsweise des Differenzsignals U_diff abhängig von einer Referenzspannung VREF durchzuführen, die für beide ADCs 24, 34 gleich ist. Insbesondere nutzen der erste ADC 24 und der zweite ADC 34 die gleiche Referenzspannungsquelle.
• Die Vergleichseinheit 40 der Schaltungsanordnung (siehe 1) ist ausgebildet, jeweils einen Vergleichswert gemäß einer vorgegebenen Vergleichsfunktion abhängig von dem digitalen ersten Zellspannungssignal U_MAIN und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignals U_AUX zu ermitteln und wenn der Vergleichswert einen vorgegebene Schwellwert TH überschreitet, ein Fehlersignal SERR an einem Ausgang der Vergleichseinheit bereitzustellen.
• Die Vergleichsfunktion umfasst, wenn für die Pegelverschiebung für den zweiten ADC 34 die Versorgungsspannung VCC genutzt wird, insbesondere die Summe des digitalen ersten Zellspannungssignals U_MAIN und des digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal U_AUX minus einem Sollwert VCC_soll der Versorgungsspannung des zweiten ADCs 34.
• Der digitale Vergleichsmechanismus liefert somit als Ergebnis jeweils die Vergleichswerte $$\text{U}\_\text{delta}=\text{U}\_\text{MAIN}+\text{U}\_\text{AUX}-\text{VCC}$$

  
• Wenn für die Pegelverschiebung für den zweiten ADC 34 die Referenzspannung VREF genutzt wird, umfasst die Vergleichsfunktion insbesondere die Summe des digitalen ersten Zellspannungssignals U_MAIN und des digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal U_AUX minus der Referenzspannung VREF.
• Der digitale Vergleichsmechanismus liefert in diesem Fall als Ergebnis jeweils die Vergleichswerte $$\text{U}\_\text{delta}=\text{U}\_\text{MAIN}+\text{U}\_\text{AUX}-\text{VREF}$$

  
• Ferner ist die Vergleichseinheit ausgebildet, wenn der Vergleichswert einen vorgegebene Schwellwert überschreitet, ein Fehlersignal an einem Ausgang der Vergleichseinheit bereitzustellen.
• Der erste ADC 24 und zweite ADC 34 nutzen die gleiche Referenzspannung VREF. Für den Fall, dass die Referenzspannung VREF durch einen Fehler um 10 % nach oben abweicht, ermittelt der erste ADC 24 für die Akkumulatorzelle eine Zellspannung von $$\text{U}\_\text{MAIN}-\mathrm{1,1}*{\text{U}}_{\text{cell}}$$

  

  und der zweite ADC 34 ermittelt bei Nutzung der Versorgungsspannung VCC zur Pegelverschiebung eine pegelverschobene Zellspannung von $$\text{U}\_\text{AUX}=\mathrm{1,1}*\text{VCC}\_\text{ist}-\mathrm{1,1}*{\text{U}}_{\text{cell}},$$

  

  wobei U_cell die gemessene Zellspannung der Akkumulatorzelle und VCC_ist der Istwert bzw. tatsächliche Wert der Versorgungsspannung ist.
• Bei Nutzung der Referenzspannung VREF zur Pegelverschiebung ermittelt der zweite ADC 34 die pegelverschobene Zellspannung $$\text{U}\_\text{AUX}=\mathrm{1,1}*\text{VREF}-\mathrm{1,1}*{\text{U}}_{\text{cell}}$$

  
• Im Falle der Nutzung der Versorgungsspannung VCC zur Pegelverschiebung beim zweiten ADC 34 und unter der Annahme, dass der Sollwert VCC_soll und der Istwert VCC_ist der Versorgungsspannung gleich sind mit $$\text{VCC}\_\text{soll}=\text{VCC}\_\text{ist}=\text{VCC},$$

  

  stellt die Vergleichseinheit 40 einen Vergleichswert von $$\text{U}\_\text{delta}=\text{U}\_\text{MAIN}+\text{U}\_\text{AUX}-\text{VCC}=\mathrm{0,1}*\text{VCC}$$

  

  fest. Bei einer Versorgungsspannung von zum Beispiel VCC =5V entspricht dies 0,5 V.
• Bei Nutzung der Referenzspannung VREF zur Pegelverschiebung des zweiten ADCs 34 ergibt sich für den Vergleichswert: $$\text{U}\_\text{delta}=\text{U}\_\text{MAIN}+\text{U}\_\text{AUX}-\text{VREF}=\mathrm{0,1}*\text{VREF}$$

  
• Sofern der Vergleichswert U_delta, insbesondere ein Betrag des Vergleichswertes U_delta einen vorgebenenn Schwellwert TH überschreitet, ist davon auszugehen, dass die Referenzspannung VREF einen Fehler aufweist.
• Der Schwellwert TH kann beispielsweise 0V betragen. Für eine Fehlerentscheidung kann jedoch ein Schwellwert gewählt werden, der einen gewissen Toleranzbereich berücksichtigt. Insbesondere kann der Schwellwert TH auch abhängig von einer Temperatur, zum Beispiel abhängig von einer Temperatur der Akkumulatorzellen vorgegeben werden. Der Schwellwert TH wird beispielsweise von dem Mikrocontroller oder der übergeordneten Recheneinheit vorgegeben, der mit der Vergleichseinheit verbunden ist.
• Alternativ ist möglich, dass der Vergleich mit dem Schwellwert in dem Mikrocontroller oder der der übergeordneten Recheneinheit durchgeführt wird.
• Bezugszeichenliste

10

Schaltungsanordnung

20

Hauptüberwachungskanal

22

analoges erstes Filter

24

erster ADC

241

erster Pegelumsetzer

26

digitales Filter

30

redundanter Überwachungskanal

32

analoges zweites Filter

34

zweiter ADC

341

zweiter Pegelumsetzer

40

Vergleichseinheit

50

Auswerteeinheit

ERR

Fehlersignal

UC

Zellspannung

U_MAIN

erstes Zellspannungssignal

U_AUX

zweites pegelverschobenes Zellspannungssignal

TH

Schwellwert

VCC

Versorgungsspannung

VREF

Referenzspannung

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung (10) zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators, bei der - die Schaltungsanordnung (10) einen Hauptüberwachungskanal (20) mit einem ersten Analog-Digital-Wandler, ADC, (24) einen redundanten Überwachungskanal (30) mit einem zweiten ADC (34) und eine Vergleichseinheit (40) aufweist, - der erste ADC (24) ausgebildet ist, eine Analog-Digital-Wandlung eines breitgestellten Signals (Ucell), das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle, durchzuführen, um ein erstes digitales Zellspannungssignal (U_MAIN) zu erhalten, - der zweite ADC (34) ausgebildet ist, eine Analog-Digital-Wandlung eines Differenzsignals (Udiff), das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Referenzspannung (VREF) oder einer Versorgungsspannung (VDD) des zweiten ADCs (34) und dem bereitgestellten Signal (Ucell), durchzuführen, um ein zweites digitales pegelverschobenes Zellspannungssignal (U_AUX) zu erhalten, - der erste ADC (24) und der zweite ADC (34) ausgebildet sind, die Analog-Digital-Wandlung des Signals (Ucell) beziehungsweise des Differenzsignals (Udiff) abhängig von der Referenzspannung (VREF) durchzuführen und die Referenzspannung (VREF) des ersten ADCs (24) gleich der Referenzspannung (VREF) des zweiten ADCs (34) ist und - die Vergleichseinheit (40) ausgebildet ist, jeweils einen Vergleichswert (U_delta) gemäß einer vorgegebenen Vergleichsfunktion abhängig von dem digitalen ersten Zellspannungssignal (U_MAIN) und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal (U_AUX) zu ermitteln und den Vergleichswert (U_delta) an einem Ausgang der Vergleichseinheit (40) bereitzustellen und/oder den Vergleichswert (U_delta) mit einem vorgegebenen Schwellwert (TH) zu vergleichen und wenn der Vergleichswert (U_delta) den vorgegebenen Schwellwert (TH) überschreitet, ein Fehlersignal an einem Ausgang der Vergleichseinheit (40) bereitzustellen.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die Schaltungsanordnung (10) als integrierte Schaltung ausgebildet ist.
3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltungsanordnung (10) eine Referenzspannungsquelle aufweist, die die Referenzspannung (VREF) für den ersten ADC (24) und den zweiten ADC (34) bereitstellt.
4. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - der erste ADC (24) einen ersten Pegelumsetzer (241) aufweist und - der Eingang des ersten ADCs (24) einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals (U_{in_p}), das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfang eines zweiten Messsignals (Uin_n), das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle, aufweist, und - der erste Pegelumsetzer (241) ausgebildet ist, eine erste Zellpotentialdifferenz zwischen dem ersten Messsignal (U_{in_p}) und dem zweiten Messsignal (U_{in_n}) zu bilden und so das Signal (Ucell) für den ersten ADCs (24) bereitzustellen.
5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei - der zweite ADC (34) einen zweiten Pegelumsetzer 341 aufweist und - der Eingang des zweiten ADCs (34) einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals (U_{in_p}), das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfang eines zweiten Messsignals (Uin_n), das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle, aufweist, und - der zweite Pegelumsetzer (341) ausgebildet ist, eine zweite Zellpotentialdifferenz zwischen dem zweiten Messsignal und dem ersten Messsignal zu bilden, wobei das zweite Messsignal den Minuend und das den Messsignal den Subtrahend bilden, - der zweite Pegelumsetzer (341) ausgebildet ist, durch Addition der Referenzspannung (VREF) beziehungsweise der Versorgungsspannung (VCC) des zweiten ADCs (34) und der zweiten Zellpotentialdifferenz das Differenzsignal (U_diff) für den zweiten ADC (34) bereitzustellen.
6. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vergleichsfunktion (40) die Summe des digitalen ersten Zellspannungssignals (U_MAIN) und des digitalen pegelverschobenen zweiten Zellspannungssignal (U_AUX) minus der Referenzspannung (VREF) beziehungsweise minus einem Sollwert der Versorgungsspannung (VCC_soll) des zweiten ADCs (34) repräsentiert.
7. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die ein erstes analoges Filter (22) aufweist, das dem ersten ADC (24) vorgeschalten ist, und/oder ein zweites analoges Filter (32) aufweist, das dem zweiten ADC (34) vorgeschaltet ist.
8. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 7, wobei das erste Filter (22) und das zweite Filter (32) unterschiedliche Frequenzgänge aufweisen.
9. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste ADC (24) und der zweite ADC (34) sich in ihrer Auflösung und/oder in Einschwingzeit unterscheiden.
10. Akkumulatorsystem aufweisend einen Akkumulator mit zumindest einer Akkumulatorzelle und für alle oder zumindest einen Teil der Akkumulatorzellen jeweils eine Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9.
11. Kraftfahrzeug aufweisend ein Akkumulatorsystem gemäß Anspruch 10.

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