DE102023113705A1

DE102023113705A1 - Impedanzmessungen in Batterieverwaltungsschaltungen

Info

Publication number: DE102023113705A1
Application number: DE102023113705.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Walther; Markus Ekler; Christian Heiling
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2023-05-25
Publication date: 2023-11-30
Also published as: US11802917B1; CN117129893A

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle kann Folgendes umfassen: Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle; Durchführen, über einen Analog-Digital-Wandler (ADC), einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen; Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen; und Bestimmen der Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen.

Description

Technisches gebiet
Diese Offenbarung betrifft Batterieverwaltungsschaltungen und insbesondere Schaltungen, die dazu eingerichtet sind, eine oder mehrere Batteriezellenüberwachungsfunktionen für eine Mehrzahl von Batteriezellen durchzuführen.
Hintergrund
Batteriebetriebene Vorrichtungen, wie Elektrofahrzeuge, beinhalten oftmals viele Batteriezellen in Reihenschaltung zur Bildung eines Batteriesystems für die batteriebetriebene Vorrichtung. Für solche Batteriesysteme werden oftmals Batterieverwaltungssysteme (BMSs - Battery Management Systems) zur Batteriezellenüberwachung, zur thermischen Überwachung, zum Zellenausgleich verschiedener Batteriezellen oder verschiedener Sätze von Batteriezellen oder für andere Batterieverwaltungsfunktionen verwendet.
BMSs verwenden oftmals mehrere verschiedene Batterieüberwachungsschaltungen, um alle Batteriezellen einer batteriebetriebenen Vorrichtung zu überwachen. Beispielsweise kann jede der Batterieüberwachungsschaltungen einen Teilsatz der Batteriezellen eines Batteriesystems, das zur Versorgung einer batteriebetriebenen Vorrichtung mit Leistung verwendet wird, überwachen. Die Anzahl von Kanälen für jede Batterieüberwachungsschaltung kann jedoch begrenzt sein, und daher sind möglicherweise mehrere Batterieüberwachungsschaltungen in einem BMS erforderlich, um alle Zellen eines Batteriesystems zu überwachen.
Beispielsweise kann ein Elektrofahrzeug ein Batteriesystem mit einhundert oder mehr Lithium-Ionen-Batteriezellen in Reihenschaltung beinhalten, Überwachungsschaltungen können jedoch möglicherweise eine begrenzte Anzahl von Kanälen, z. B. lediglich zwölf Kanäle, beinhalten. In diesem Fall können neun Batterieüberwachungsschaltungen in einem BMS erforderlich sein, um alle einhundert Zellen des Batteriesystems zu überwachen.
In BMS-Systemen sind Batteriezellenimpedanzmessungen wünschenswert. Die sogenannte „komplexe Impedanz“ von Batteriezellen kann jedoch schwieriger zu erhalten sein als einfache Widerstandsmessungen. Die Batteriezellenimpedanz kann durch zahlreiche Faktoren, wie etwa die Batteriezellenstruktur, Änderung der Betriebstemperatur, Alterung, Ladezustand, Luftdruck, Umwelteinflüsse oder andere Faktoren beeinflusst werden.
Kurzdarstellung
Es werden eine Schaltung gemäß Definition in Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Definition in Anspruch 11 und ein Batterieverwaltungssystem gemäß Definition in Anspruch 19 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Im Allgemeinen betrifft diese Offenbarung Techniken und Schaltungen zum Bestimmen der komplexen Impedanz einer oder mehrerer Batteriezellen unter einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem Batteriesystem. Die Techniken zum Bestimmen der komplexen Impedanz einer Batteriezelle können mehrere verschiedene Messungen an der Batteriezelle bei Vorliegen eines Erregungsstroms beinhalten. Die Schaltungen und Techniken können in einem Batterieverwaltungssystem (BMS), wie etwa einem BMS eines Elektrofahrzeugs, verwendet werden.
In einigen Beispielen können Multiplexing-Techniken verwendet werden, sodass der gleiche Analog-Digital-Wandler (ADC) für sowohl die Strom- als auch die Spannungsmessungen verwendet werden kann. Zudem kann in einigen Beispielen der gleiche ADC beim Bestimmen der komplexen Impedanz mehrerer verschiedener Batteriezellen, die in Reihenschaltung angeordnet sein können, verwendet werden.
In einigen Beispielen beschreibt diese Offenbarung eine Schaltung, die zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle eingerichtet ist. Die Schaltung kann Folgendes umfassen: eine Stromerregungseinheit , eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle, und einen ADC, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
In einigen Beispielen beschreibt diese Offenbarung ein Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle. Das Verfahren kann Folgendes umfassen: Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle und Durchführen, über einen ADC, einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen. Das Verfahren kann außerdem Folgendes umfassen: Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen. Das Verfahren umfasst ferner Bestimmen der Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen.
In einigen Beispielen beschreibt diese Offenbarung ein BMS, eingerichtet zum Überwachen einer Mehrzahl von Batteriezellen in Reihenschaltung. Das BMS kann eine erste Batterieverwaltungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines ersten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen, und eine zweite Batterieverwaltungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines zweiten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen, umfassen, wobei sich der zweite Teilsatz von dem ersten Teilsatz unterscheidet. Die erste Batterieüberwachungsschaltung und die zweite Batterieüberwachungsschaltung können jeweils eine Impedanzmessschaltung umfassen, eingerichtet zum Bestimmen einer Impedanz für eine gegebene Batteriezelle. Die Impedanzmessschaltung kann Folgendes umfassen: eine Stromerregungseinheit , eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die gegebene Batteriezelle, und einen ADC, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der gegebenen Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
Einzelheiten dieser und anderer Beispiele sind in den beiliegenden Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
Kurze beschreibung der zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, das Batteriezellen und ein Batterieüberwachungssystem (BMS), das eine Batterieüberwachungsschaltung beinhaltet, zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das Batteriezellen und ein BMS, das mehrere Batterieüberwachungsschaltung beinhaltet, zeigt.
3 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte Zellenimpedanzmessschaltung zeigt.
4 ist ein weiteres Schaltbild, das eine beispielhafte Zellenimpedanzmessschaltung zeigt.
5 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte Zellenimpedanzmessschaltung in einem größeren Schaltungssystem zeigt.
6 ist ein Schaltbild, das eine beispielhafte Zellenimpedanzmessschaltung in einem größeren Schaltungssystem zeigt.
7 ist ein Konzeptdiagramm, das einen Erregungsstrom und Multiplexer-Auswahlen für Strom- und Spannungsmessungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zeigt.
8 ist ein Systemdiagramm, das ein Beispiel eines Batteriesystems zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das Techniken dieser Offenbarung entspricht.

Ausführliche beschreibung
Diese Offenbarung betrifft Schaltungen und Techniken zum Bestimmen der komplexen Impedanz einer oder mehrere Batteriezellen unter einer Mehrzahl von Batteriezellen in einem batteriebetriebenen System. Die Schaltungen und Techniken können in einem Batterieverwaltungssystem (BMS), wie etwa einem BMS eines Elektrofahrzeugs oder anderer batteriebetriebener Vorrichtungen mit Batterieüberwachungs- oder Batterieverwaltungsfähigkeiten, verwendet werden. Die Bestimmungen der komplexen Impedanz können durch das BMS für eine oder mehrere Batterieverwaltungsfunktionen, wie etwa Zellenüberwachung, thermische Überwachung, Zellenausgleich oder andere Batterieverwaltungsfunktionen verwendet werden.
Gemäß dieser Offenbarung werden Strommessungen und Spannungsmessung in einer Batteriezelle bei Vorliegen eines an eine Batteriezelle angelegten Erregungsstroms durchgeführt. In einigen Beispielen können Multiplexing-Techniken verwendet werden, sodass der gleiche Analog-Digital-Wandler (ADC) für sowohl die Strom- als auch die Spannungsmessungen verwendet werden kann. Zudem kann in einigen Beispielen der gleiche ADC beim Bestimmen der komplexen Impedanz mehrerer verschiedener Batteriezellen, die in Reihenschaltung angeordnet sein können, verwendet werden.
Die Messung der komplexen Impedanz von Batteriezellen, wie etwa Lithium-Ionen-Batteriezellen, kann nützlich sein, um die Bestimmung verschiedener Attribute der Batterie zu unterstützen, wie etwa einer inneren Zellentemperatur und eines Integritätszustands (SoH - State of Health). Zur Bestimmung der komplexen elektrischen Impedanz muss die gemessene Batteriezelle mit einem alternierende Stimulussignal erregt werden. In einigen Fällen kann der Stimulus mit unterschiedlichen Frequenzen angelegt werden. Während dieser Erregung sollten die Zellenspannung und der Erregungsstrom während desselben oder eines ähnlichen Zeitintervalls gemessen werden, und Messungen können mit der Erregungsfrequenz synchronisiert sein.
Das Verwenden von zwei synchronisierten Messeinheiten zum separaten und gleichzeitigen Messen von Spannungs- und Stromsignalen hat jedoch Nachteile hinsichtlich der Schaltungskosten und der Komplexität auf Systemebene. Zudem können Mehrzellenbatterieszenarien, wie sie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen verwendet werden, die Schaltungsanordnung insofern noch komplizierter machen, als mehrere Schaltung zum Überwachen der mehreren Zellen erforderlich sein können.
Mehrzellenbatterieverwaltungslösungen können 12 Kanäle, 16 Kanäle oder möglicherweise mehr Kanäle für jede Batterieüberwachungsschaltung beinhalten. Das Hinzufügen von zwei zusätzlichen ADCs für jeden Kanal zur Impedanzmessung ist weder technisch machbar, aufgrund von Stromverbrauch, Leistungsdissipation und Package-Fläche, noch wirtschaftlich sinnvoll, aufgrund der Kosten.
In einigen Beispielen dieser Offenbarung kann eine Schaltung dazu eingerichtet sein, eine Zellenerregung in einem stationären Zustand durchzuführen und Spannung und Strom nacheinander anstatt gleichzeitig zu messen. Auf diese Weise lässt sich die Messschaltungsanordnung vereinfachen, beispielsweise durch den Verwenden eines einzigen ADC zur Strom- und Spannungsmessung für eine gegebene Zelle. Zudem kann durch Verwendung einer komplexeren Multiplexing-Struktur ein einziger ADC sequenziell mit jeder Zelle in einer Mehrzellenbatterieverwaltungsvorrichtung verbunden werden, um die komplexe Zellenimpedanz nacheinander zu erfassen. Der ADC kann einen Wechselstrom(AC)-ACC umfassen, der zur Bestimmung der komplexen Impedanz erforderlich sein kann.
1 ist ein Blockdiagramm, das Batteriezellen und eine BMS zeigt, die eine Versorgungsschnittstellenschaltung 102 und eine zum Überwachen von Batteriezellen 100 verwendete Batterieüberwachungsschaltung 106 beinhaltet. Die Batteriezellen 100 können einen Satz von Batteriezellen in Reihenschaltung umfassen. Zur Überwachung von Batteriezellen verwendet die Versorgungsschnittstellenschaltung 102 Leistung von den Batteriezellen 100, um eine Zellenauswahlschnittstellenschaltung 104 und die Batterieüberwachungsschaltung 106 mit Leistung zu versorgen.
Die Zellenauswahlschnittstellenschaltung 104 verbindet jede Zelle in den Batteriezellen 100 einzeln mit der Batterieüberwachungsschaltung 106, sodass die Batterieüberwachungsschaltung 106 jede Zelle überwachen kann, wie etwa durch Messen oder Verfolgen der in jeder Zelle gespeicherten potenziellen Energie. Beispielsweise kann die Zellenauswahleinheit 104 Schaltungselemente, die einen Multiplexer bilden, einen oder mehrere Schalter und Drähte oder eine andere Art von Auswahlschnittstelle, die jede Zelle in den Batteriezellen 100 mit der Batterieüberwachungsschaltung 106 verbinden kann, umfassen.
Gemäß dieser Offenbarung kann die Batterieüberwachungsschaltung 106 dazu eingerichtet sein, Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer oder mehrerer Batteriezellen unter dem Batteriezellen 100 durchzuführen. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann die Batterieüberwachungsschaltung 106 dazu eingerichtet sein, einen Erregungsstrom an eine gegebene Batteriezelle zu liefern und über einen ADC (in 1 nicht gezeigt) eine oder mehrere mit der Batteriezelle assoziierte erste Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms durchzuführen, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen. Die Batterieüberwachungsschaltung 106 kann außerdem dazu eingerichtet sein, über denselben ADC eine oder mehrere zweite mit der Batteriezelle assoziierte Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms durchzuführen, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen. Die Impedanz der Batteriezelle basiert auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen. Dementsprechend kann die Batterieüberwachungsschaltung 106 (oder möglicherweise ein externer Host-Computer) dazu eingerichtet sein, die komplexe Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder die mehreren zweiten Messungen zu bestimmen.
In einigen Fällen kann die Batterieüberwachungsschaltung 106 dazu eingerichtet sein, über einen Multiplexer (in 1 nicht gezeigt) einen ersten Satz von Signalen auszuwählen und den ersten Satz von Signalen an den ADC zu liefern, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und über den Multiplexer einen zweiten Satz von Signalen auszuwählen und den zweiten Satz von Signalen an den ADC zu liefern, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen. Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt treten nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auf, z. B. um sicherzustellen, dass der Erregungsstrom in einem stationären Zustand ist. Die Impedanz kann eine komplexe Impedanz umfassen und der Erregungsstrom kann einen Wechselstrom (AC) mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfassen.
In einigen Beispielen können die eine oder die mehreren durch die Batterieüberwachungsschaltung 106 durchgeführten ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen umfassen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und die eine oder die mehreren zweiten Messungen können zwei oder mehr zweite Messungen umfassen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
In einigen Beispielen kann das durch die Batterieüberwachungsschaltung 106 durchgeführte Verfahren dazu verwendet werden, eine Mehrzahl von Impedanzen einer Mehrzahl von Batteriezellen, wie etwa für jede der Batteriezellen 100, zu bestimmen. Für jede der Batteriezellen 100 kann das Verfahren das Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle beinhalten. Beispielsweise kann das durch die Batterieüberwachungsschaltung 106 durchgeführte Verfahren Folgendes beinhalten: Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms. In einigen Fällen kann das Verfahren Folgendes umfassen: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen, über den Multiplexer, eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen. Die Batterieüberwachungsschaltung 106 kann dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen 100 durchzuführen, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen 100 basieren.
2 ist ein Blockdiagramm, das Batteriezellen und ein BMS, das mehrere Batterieüberwachungsschaltungen 206A, 206B, 206C zum Überwachen verschiedener Teilsätze 201A, 201B, 201C von größeren Sätzen von Batteriezellen 200 beinhaltet, zeigt. Insbesondere können die Batteriezellen 200 einen ersten Teilsatz 201A von Batteriezellen, einen zweiten Teilsatz 201B von Batteriezellen und einen M-ten Teilsatz 201C von Batteriezellen beinhalten. In 2 kann „M“ für eine beliebige positive ganze Zahl größer als 2 stehen. Allgemeiner ausgedrückt kann können die Zellen 200 eine beliebige Anzahl von Zellen beinhalten, die in eine beliebige Anzahl verschiedener Teilsätze, z. B. zwei oder mehr Teilsätze, unterteilt werden können. Die verschiedenen Teilsätze können die gleiche oder unterschiedliche Anzahlen von Batteriezellen aufweisen. Für jeden der Teilsätze 201A, 201B, 201C von Batteriezellen kann eine Zellenauswahlschnittstellenschaltung 204A, 204B, 204C jede Zelle in einem jeweiligen Teilsatz einzeln mit einer jeweiligen Batterieüberwachungsschaltung 206A, 206B, 206C verbinden. Die Versorgungsschnittstellenschaltungen 202A, 202B, 202C können Leistung von den Batteriezellen 200 verwenden, um die Auswahlschnittstellenschaltungen 204A, 204B, 204C und die Batterieüberwachungsschaltungen 206A, 206B, 206C mit Leistung zu versorgen. Die Batterieüberwachungsschaltungen 206A, 206B, 206C können dazu eingerichtet sein, jede einzelne Zelle in den Batteriezellen 200 zu überwachen, beispielsweise durch periodisches Messen oder Verfolgen der in jeder Zelle gespeicherten potenziellen Energie. Gemäß dieser Offenbarung kann das in 2 gezeigte BMS dazu eingerichtet sein, eine Mehrzahl von Batteriezellen 200 in Reihenschaltung zu überwachen. Gemäß 2 kann das BMS eine erste Batterieverwaltungsschaltung 206A, eingerichtet zum Überwachen eines ersten Teilsatzes 201A der Mehrzahl von Batteriezellen 200; und eine zweite Batterieverwaltungsschaltung 206B, eingerichtet zum Überwachen eines zweiten Teilsatzes 201B der Mehrzahl von Batteriezellen 200, umfassen, wobei sich der zweite Teilsatz 201B von dem ersten Teilsatz 201A unterscheidet.
Die erste Batterieüberwachungsschaltung 206A und die zweite Batterieüberwachungsschaltung 206B können jeweils eine Impedanzmessschaltung umfassen, eingerichtet zum Bestimmen einer Impedanz für eine gegebene Batteriezelle. Die Impedanzmessschaltung kann Folgendes umfassen: eine Stromerregungseinheit, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die gegebene Batteriezelle, und einen ADC, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz des Schaltung dazu eingerichtet ist, die Impedanz der gegebenen Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen zu bestimmen.
In einigen Beispielen ist die Impedanzmessschaltung, die jeweils mit der ersten Batterieüberwachungsschaltung 200A und der zweiten Batterieüberwachungsschaltung 206B assoziiert ist, dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Impedanzen zu bestimmen, die mit einem Teilsatz 201A oder 201B der Mehrzahl von Batteriezellen 200 assoziiert sind, wobei für jeden Teilsatz von Batteriezellen 200 eine jeweilige Impedanzmessschaltung eine jeweilige Stromerregungseinheit beinhaltet, die dazu eingerichtet ist, einen jeweiligen Erregungsstrom an eine jeweilige Batteriezelle zu liefern. In diesem Fall ist der durch die Batterieüberwachungsschaltung 206A oder 206B verwendete ADC zu Folgendem eingerichtet: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.
Wie oben erwähnt, kann die Verwendung separater ADCs zur Spannungs- und Stromerfassung unerwünscht sein, und das Erfordernis einer separaten Erregungs- oder Zellenstimulusschaltung für jeden ADC kann unerwünscht sein. Die Techniken dieser Offenbarung können die Elemente zu einer Batterieverwaltungsschaltung mit einem einzigen ADC kombinieren, die Impedanzmessungen in Mehrzellen- oder Mehrkanalumgebungen durchführen kann.
3 zeigt eine Schaltung, die eine Zellenimpedanzmessschaltung 32 beinhaltet, die eine Stromerregungseinheit 38, einen ersten ADC 34 zum Detektieren einer Spannung an einer Zelle 301 und einen zweiten ADC 36 zum gleichzeitigen Detektieren eines Stroms an der Batteriezelle 301 beinhaltet. Ein Transistor 308 kann durch eine Steuereinheit dazu gesteuert werden, den Erregungsstrom, der auf einer Last (durch einen Lastwiderstand 310 gezeigt) basieren kann, einzuführen. Ein Shunt-Widerstand 312 ist für die Strommessung durch den zweiten ADC 36 enthalten. Ein Kondensator 306 und Widerstände 302, 304 können Komponenten eines Batteriesystems, das zur Batterieverwaltung oder zum Zellenausgleich mit anderen Zellen (nicht gezeigt) verwendet wird, umfassen. Anschlussstifte 330, 332, 334, 336 und 338 können vorhanden sein, um das Anschließen der Zellenimpedanzmessschaltung 32 an die größere Schaltung von 3 zum Durchführen von Impedanzbestimmungen an der Batteriezelle 301 zu ermöglichen. Kondensatoren 314 und 316 und Kondensatoren 318 und 320 können Hochpassfilter für die ADCs 34 und 36 definieren und die ADCs 34, 36 können sogenannte AC-ADCs umfassen, die für Bestimmungen der komplexen Impedanz erforderlich sein können. Der durch die Stromerregungseinheit 38 definierte Erregungsstrom kann ein alternierendes Stimulussignal umfassen.
Die Verwendung von zwei synchronisierten Messeeinheiten zum separaten und gleichzeitigen Messen von Spannungs- und Stromsignalen unter Verwendung der Zellenimpedanzmessschaltung 32 hat jedoch Nachteile hinsichtlich der Schaltungskosten und Komplexität auf Systemebene. Zudem können Mehrzellenbatterieszenarien, wie sie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen verwendet werden, die Schaltungsanordnung insofern noch komplizierter machen, als mehrere Schaltung zum Überwachen der mehreren Zellen erforderlich sein können.
4 ist ein weiteres Schaltbild, das eine beispielhafte Zellenimpedanzmessschaltung 42 zeigt, die Vorteile gegenüber der Zellenimpedanzmessschaltung 32 von 3 bieten kann. Insbesondere implementiert die Zellenimpedanzmessschaltung 42 anstatt der Verwendung von zwei verschiedenen ADCs 34, 36, wie in 3 gezeigt, einen einzigen ADC 46, eingerichtet zum Durchführen aufeinanderfolgender Messungen von Strom und Spannung einer Zelle 401. Ein Multiplexer 44 kann dazu eingerichtet sein, Signale an Anschlussstiften 432, 434 für eine Spannungsmessung auszuwählen und dann anschließend Signale an Anschlussstiften 436, 428 für eine Strommessung auszuwählen. Sowohl die Strommessung als auch die Spannungsmessung erfolgen bei Vorliegen eines Erregungsstroms von einer Erregungseinheit 48, und die Messungen können nacheinander nach einer mit dem Erregungswechselstrom assoziierten kurzen Einschwingzeit durchgeführt werden.
Ein Transistor 408 kann durch eine Steuereinheit dazu gesteuert werden, den Erregungsstrom, der auf einer Last (durch einen Lastwiderstand 410 gezeigt) basieren kann, einzuführen. Ein Shunt-Widerstand 412 ist für die Strommessung durch den ADC 46 enthalten. Ein Kondensator 406 und Widerstände 402, 404 können Komponenten eines Batteriesystems, das zur Batterieverwaltung oder zum Zellenausgleich mit anderen Zellen (nicht gezeigt) verwendet wird, umfassen. Anschlussstifte 430, 432, 434, 436 und 438 können vorhanden sein, um das Anschließen der Zellenimpedanzmessschaltung 42 an die größere Schaltung von 4 zum Durchführen von Impedanzbestimmungen an der Batteriezelle 401 zu ermöglichen. Kondensatoren 414 und 416 können Hochpassfilter für den ADC 46 definieren und der ADC 46 kann einen sogenannten AC-ADC umfassen, der für Bestimmungen der komplexen Impedanz erforderlich sein kann. Der durch die Stromerregungseinheit 48 definierte Erregungsstrom kann ein alternierendes Stimulussignal umfassen.
Die Zellenimpedanzmessschaltung 42 ist ein Beispiel dieser Offenbarung, bei dem eine Schaltung 42 dazu eingerichtet ist, eine Impedanz einer Batteriezelle 401 zu bestimmen. In diesem Beispiel beinhaltet die Zellenimpedanzmessschaltung 42 eine Stromerregungseinheit 48, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle 401. Die Zellenimpedanzmessschaltung 42 beinhaltet außerdem den ADC 46, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle 401 assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen. In einigen Beispielen ist die Zellenimpedanzmessschaltung 42 dazu eingerichtet, die Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen zu bestimmen. Beispielsweise kann die Zellenimpedanzmessschaltung 42 dazu eingerichtet sein, basierend auf der ersten und der zweiten Messung das ohmsche Gesetz anzuwenden, um die komplexe Impedanz zu bestimmen. Aufgrund des Vorliegens des oszillierenden Erregungsstroms können die Messungen sowohl Real- als auch Imaginärteile aufweisen, was zu einer Berechnung der komplexen Impedanz führt, die ebenfalls Real- und Imaginärteile beinhaltet.
In dem Beispiel von 4 erfolgen die Strom- und Spannungsmessungen durch den ADC 46 nacheinander anstatt gleichzeitig. Jedoch erfolgen beide Messungen bei Vorliegen des gleichen kontinuierlichen Erregungsstroms, bei dem es sich um einen alternierenden Stimulus handelt. Der Multiplexer 44 kann dazu eingerichtet sein, einen ersten Satz von Signalen von den Anschlussstiften 432, 434 auszuwählen und den ersten Satz von Signalen an den ADC 46 zu liefern, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und der Multiplexer 44 kann dazu eingerichtet sein, einen zweiten Satz von Signalen auszuwählen und den zweiten Satz von Signalen an den ADC 46 zu liefern, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen. Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt können aufeinanderfolgend sein und können nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten. Die gemessene Impedanz kann eine komplexe Impedanz umfassen und der Erregungsstrom kann einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfassen.
In einigen Beispielen kann der ADC 46 dazu eingerichtet sein, zwei oder mehr erste Messungen vorzunehmen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und der ADC 46 kann dazu eingerichtet sein, zwei oder mehr zweite Messungen vorzunehmen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
In einigen Beispielen umfasst der ADC 46 einen AC-Sigma-Delta-ADC, der die zum Arbeiten als Hochpassfilter eingerichteten Kondensatoren 414, 416 beinhaltet.
5 ist ein weiteres Schaltbild, das noch ein weiteres Beispiel zeigt, das eine Zellenimpedanzmessschaltung beinhaltet, die Vorteile gegenüber der Zellenimpedanzmessschaltung 32 von 3 und einen zusätzlichen Vorteil gegenüber der Zellenimpedanzmessschaltung 42 von 4 bieten kann. Wie in dem Beispiel von 4 implementiert die Zellenimpedanzmessschaltung in 5 in der Zellenimpedanzmessschaltung in 5 anstatt der Verwendung von zwei verschiedenen ADCs 34, 36, wie in 3 gezeigt, einen einzigen ADC, z. B. einen Sigma-Delta-ADC 56, der dazu eingerichtet ist, sequenzielle Messungen von Strom und Spannung einer Zelle, z. B. der in 5 gezeigt Zelle # n+1, vorzunehmen. Ein Multiplexer 54 kann dazu eingerichtet sein, Signale an Anschlussstiften 530, 532 für eine Spannungsmessung auszuwählen und dann anschließend Signale an Anschlussstiften 534, 536 für eine Strommessung auszuwählen. Sowohl die Strommessung als auch die Spannungsmessung erfolgen bei Vorliegen eines Erregungsstroms von einer Erregungseinheit 506, und die Messungen können nacheinander nach einer mit dem Erregungswechselstrom assoziierten kurzen Einschwingzeit durchgeführt werden.
Ein Transistor 510 kann durch eine Steuereinheit dazu gesteuert werden, den Erregungsstrom von der Stromerregungseinheit 506, der auf einer Last einer anderen Stromquelle (in 5 nicht gezeigt) basieren kann, einzuführen. Ein Shunt-Widerstand S1 ist für die Strommessung durch den Sigma-Delta-ADC 54 enthalten. Kondensatoren 514 und 516 sind zum Arbeiten als Hochpassfilter für den Sigma-Delta-ADC 56 eingerichtet und der Sigma-Delta-ADC 46 kann einen sogenannten AC-ADC umfassen, der für Bestimmungen der komplexen Impedanz erforderlich sein kann. Der durch die Stromerregungseinheit 506 definierte Erregungsstrom kann ein alternierendes Stimulussignal umfassen.
Komponenten 58 sind in einer Beispielkonfiguration gezeigt. In diesem nicht einschränkenden Beispiel beinhalten die Komponenten 58 Kondensatoren C_EMC(1), C_EMC(2), C_EMC(3), C_EMC(4), C_EMC(5), C_EMC(6), die mit verschiedenen mit den Batteriezellen # n+1 und # n assoziierten Knoten verbunden sind. C_EMC-Kondensatoren verweisen allgemein auf Kondensatoren, die zum Bereitstellen elektromagnetischer Verträglichkeit eingerichtet sind. Widerstände R_F(1), R_F(2), R_F(3), R_BAL(1), R_BAL(2), R_BAL(3) sind ebenfalls mit verschiedenen mit den Batteriezellen # n+1 und # n assoziierten Knoten verbunden und können zum Zellenausgleich oder für andere Batterieverwaltungsfunktionen verwendet werden. R_F-Widerstände können auf Filterwiderstände verweisen und R_BAL-Widerstände können auf zum Ableiten von Ausgleichsleistung eingerichtete Widerstände verweisen. Die Kondensatoren C_FB(1) und C_FB(2) sind jeweils zwischen mit den Widerständen R_BAL(1) und R_F(2) assoziierten Knoten und zwischen mit den Widerständen R_BAL(2)und R_F(3) assoziierten Knoten positioniert. Die Kondensatoren C_F(1), C_E(2), C_F(3) sind jeweils zwischen mit den Widerständen R_F(1) und R_BAL(1) assoziierten Knoten, zwischen mit den Widerständen R_F(2) und R_BAL(2)assoziierten Knoten und zwischen mit den Widerständen R_E(3) und R_BAL(3) assoziierten Knoten positioniert. C_F-Kondensatoren können auf Filterkondensatoren verweisen und C_FB-Kondensatoren können auf zum Filtern oder Ausgleichen eingerichtete Kondensatoren verweisen. Die Komponenten 58 können gemeinsam als ein Beispiel für Zellenverwaltungskomponenten betrachtet werden, die Zellenausgleichsfunktionen oder andere Batterieverwaltungsfunktionen ermöglichen können.
Mit dem in 5 gezeigten Beispiel kann nach dem Durchführen von Messungen für Impedanzbestimmungen der Zelle # n + 1 derselbe ADC, z. B. der Sigma-Delta-ADC 56, verwendet werden, um Messungen für Impedanzbestimmungen der Zelle # n vorzunehmen. In diesem Fall kann, nach dem Auswählen von Signalen an den Anschlussstiften 530, 534 für eine Spannungsmessung und dann dem anschließenden Auswählen von Signalen an den Anschlussstiften 532, 536 für eine Strommessung, der Multiplexer 54 dazu eingerichtet sein, Signale an den Anschlussstiften 534, 538 für eine Spannungsmessung auszuwählen und dann anschließend Signale an den Anschlussstiften 536, 540 für eine Strommessung auszuwählen. Sowohl die Strommessung als auch die Spannungsmessung für die Zelle # n erfolgen bei Vorliegen eines Erregungsstroms von einer Erregungseinheit 508, und die Messungen können nacheinander nach einer mit dem Erregungswechselstrom assoziierten kurzen Einschwingzeit durchgeführt werden. In 5 sind zwei Batteriezellen (# n and # n+1) 5 gezeigt, jedoch kann die Schaltung dazu eingerichtet sein, den Prozess zum sequenziellen Messen der komplexen Impedanz für eine beliebige Anzahl von Batteriezellen zu wiederholen.
Transistoren 510, 512 können durch eine Steuereinheit dazu gesteuert werden, den Erregungsstrom von den Stromerregungseinheiten 506, 508, der auf einer Last einer anderen Stromquelle (in 5 nicht gezeigt) basieren kann, einzuführen. Ein Shunt-Widerstand S1, S2 ist für jede Zelle für die Strommessung durch den Sigma-Delta-ADC 54 enthalten. Die Kondensatoren 514 und 516 können Hochpassfilter für den Sigma-Delta-ADC 56 definieren und der Sigma-Delta-ADC 46 kann einen sogenannten AC-ADC umfassen, der für Bestimmungen der komplexen Impedanz erforderlich sein kann. Der durch die Stromerregungseinheiten 506, 508 definierte Erregungsstrom kann ein alternierendes Stimulussignal umfassen. Zusätzliche Erregungseinheiten (ähnlich den Stromerregungseinheiten 506, 508) können zur Messung der komplexen Impedanz anderer Batteriezellen (nicht gezeigt) enthalten sein.
Die Elemente 510, 512, S1, S2, 506, 508, 54, 514, 516 und 56 können als eine Zellenimpedanzmessschaltung dieser Offenbarung betrachtet werden, die dazu eingerichtet ist, eine Impedanz einer Batteriezelle # n + 1 zu bestimmen. In diesem Beispiel beinhaltet die Zellenimpedanzmessschaltung eine Stromerregungseinheit 510, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle # n + 1. Die Zellenimpedanzmessschaltung beinhaltet außerdem einen Sigma-Delta-ADC 56, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle # n + 1 assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle # n + 1 assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen. Die Zellenimpedanzmessschaltung ist dazu eingerichtet, die Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen zu bestimmen.
Ähnlich dem in 4 gezeigten Beispiel erfolgen mit der in 5 gezeigten Schaltung die Strom- und Spannungsmessungen durch den Sigma-Delta-ADC 56 nacheinander anstatt gleichzeitig. Jedoch erfolgen beide Messungen bei Vorliegen des gleichen kontinuierlichen Erregungsstroms, bei dem es sich um einen alternierenden Stimulus handelt. Der Multiplexer 54 kann dazu eingerichtet sein, einen ersten Satz von Signalen auszuwählen und den ersten Satz von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56 zu liefern, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und der Multiplexer 54 kann dazu eingerichtet sein, einen zweiten Satz von Signalen auszuwählen und den zweiten Satz von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56 zu liefern, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen. Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt können aufeinanderfolgend sein und können nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten. Die gemessene Impedanz kann eine komplexe Impedanz umfassen und der Erregungsstrom kann einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfassen.
In einigen Beispielen kann der Sigma-Delta-ADC 56 dazu eingerichtet sein, zwei oder mehr erste Messungen vorzunehmen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und der Sigma-Delta-ADC 56 kann dazu eingerichtet sein, zwei oder mehr zweite Messungen vorzunehmen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind. In einigen Beispielen umfasst der Sigma-Delta-ADC 56 einen AC-Sigma-Delta-ADC, der die als Hochpassfilter arbeitenden Kondensatoren 514, 516 beinhaltet.
Wiederum kann mit dem in 5 gezeigten Beispiel nach dem Durchführen von Messungen für Impedanzbestimmungen der Zelle # n + 1 derselbe ADC, z. B. der Sigma-Delta-ADC 56, verwendet werden, um Messungen für Impedanzbestimmungen der Zelle # n vorzunehmen. In diesem Fall kann, nach dem Auswählen von Signalen an den Anschlussstiften 530, 534 für eine Spannungsmessung und dann dem anschließenden Auswählen von Signalen an den Anschlussstiften 533, 536 für eine Strommessung, der Multiplexer 54 dazu eingerichtet sein, Signale an den Anschlussstiften 534, 538 für eine Spannungsmessung auszuwählen und dann anschließend Signale an den Anschlussstiften 536, 540 für eine Strommessung auszuwählen.
Somit ist die in 5 gezeigte Schaltung eine beispielhafte Schaltung, die dazu eingerichtet sein kann, eine Mehrzahl von Impedanzen einer Mehrzahl von Batteriezellen zu bestimmen. Für jede der Batteriezellen # n + 1 und # n (und möglicherweise zusätzliche Zellen) beinhaltet die Schaltung eine jeweilige Stromerregungseinheit 506, 508, eingerichtet zum Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle. In diesem Fall kann der Sigma-Delta-ADC zu Folgendem eingerichtet sein: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle # n + 1 assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms von der Stromerregungseinheit 506, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle # n + 1 assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle # n assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms von der Stromerregungseinheit 508 und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle # n assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms. Der Multiplexer 54 kann zu Folgendem eingerichtet sein: Auswählen eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle # n + 1 assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle # n + 1 assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle # n assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den Sigma-Delta-ADC 56, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle # n assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.
Die Schaltung von 5 kann auch dazu eingerichtet sein, eine oder mehrere Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen, z. B. unter Verwendung der Komponenten 58, durchzuführen. Die Batterieverwaltungsfunktionen können auf einer Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Batterieverwaltungsfunktionen Zellenausgleichsfunktionen oder andere Funktionen umfassen, die auf den bestimmten Impedanzen basieren.
6 ist ein weiteres Schaltbild, das ein weiteres Beispiel zeigt, dass eine Zellenimpedanzmessschaltung gemäß dieser Offenbarung beinhaltet. Die in 6 gezeigte Schaltung ist der von 5 in vielerlei Hinsicht ähnlich, weshalb Einzelheiten der in 6 gezeigten Schaltung ähnlich der von 5 arbeiten würden. Komponenten 68 sind den Komponenten 58 ähnlich und arbeiten ähnlich der obigen Beschreibung. Elemente 64, 66, 614, 616 sind den Elementen 54, 56, 514, 516 ähnlich und arbeiten ähnlich der obigen Beschreibung. Elemente 606, 608, 610, 612, S(1') und S(2') sind den Elementen 506, 508, 510, 512, S(1) und S(2) ähnlich und arbeiten ähnlich der obigen Beschreibung.
Das in 6 gezeigte Beispiel beinhaltet anders als 5 Zellenüberwachungskomponenten 69, die einen zusätzlichen Sigma-Delta-ADC 652, 654 für jede überwachte Zelle, Transistoren 610, 612 und Shunts S(1'), S(2') beinhalten. In einigen Fällen können die Zellenüberwachungskomponenten 69 bereits für Zellenüberwachungsfunktionen in der Schaltung vorhanden sein. In diesem Fall können die Transistoren 610, 612 und die Shunts S(1'), S(2'), die zur Zellenüberwachung verwendet werden, als Teil der Zellenimpedanzmessschaltung genutzt (z. B. wiederverwendet) werden. Wiederum können die Transistoren 610, 612 und Shunts S(1'), S(2') ähnlich den Transistoren 510, 512 und Shunts S(1), S(2) für Impedanzbestimmungen arbeiten, jedoch können die Transistoren 610, 612 und die Shunts S(1'), S(2') in 6 auch zur Zellenüberwachung durch die Sigma-Delta-ADCs 652, 654 verwendet werden. Die Wiederverwendung der Transistoren 610, 612 und der Shunts S(1'), S(2') für sowohl Zellenüberwachung als auch Impedanzbestimmungen ist wünschenswert, um die Anzahl von Schaltungselementen, die andernfalls für diese Funktionen erforderlich wären, zu reduzieren.
Gemäß 6 kann in einigen Beispielen ein Stromstimulus die bereits vorhandenen Transistoren 610, 612 nutzen, um die Batteriezelle zu erregen. Die Transistoren 610, 612 können sogenannte Zellenausgleichstransistoren umfassen, die wiederum gemäß dieser Offenbarung für Zellenimpedanzbestimmungen wiederverwendet werden können.
Der Erregungsstimulus kann im stationären Zustand betrieben werden, bis beide Messungen, Batteriezellenspannung und Erregungsstrom, durchgeführt wurden. Die Messungen lassen sich einfach mit dem Erregungsstrom synchronisieren, da der Erregungsstrom in demselben Halbleiterelement wie die Messungen erzeugt wird und somit der Messschaltung bekannt sein kann. Dies kann zusätzliche Vorteile gegenüber Impedanzmesssystemen mit zentralisierten Stromerregungstechniken, die sich nicht auf dem Chip befinden, bieten.
7 ist ein Konzeptdiagramm, das einen Erregungsstrom und Multiplexer-Auswahlen für Strom- und Spannungsmessungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zeigt. Wie gezeigt, kann die Erregung eine Einschwingzeit 71, gefolgt von einer Strommessung 72 und einer Spannungsmessung 73, wenn der Erregungsstrom in einem stationären Zustand ist, beinhalten. Wie weiter gezeigt, können die Auswahlen von Strom- und Spannungsmessungen mit der Erregungsfrequenz synchronisiert sein. Anders ausgedrückt erfolgen die Strom- und Spannungsmessungen während derselben Phase des oszillierenden Erregungsstroms. Beispielsweise sind die Wellenform der Erregungsstrommessung 72 und während der Spannungsmessung 73 im Wesentlichen ähnlich oder identisch. Wie gezeigt kann eine Multiplexer-Einstellung für eine Nicht-Messungsperiode während der Erregungseinschwingzeit 71, gefolgt von einer Strommessung 72 über einen oder mehrere Zyklen und einer Spannungsmessung 73 über einen oder mehrere Zyklen, definiert sein, wobei eine Phase des Erregungsstroms für die Strommessung 72 und die Spannungsmessung 73 synchronisiert ist.
Schaltungen dieser Offenbarung können die komplexe Impedanz einer Batteriezelle, darunter sowohl Real- als auch Imaginärteile (Phasenverschiebungsteile), berechnen. Alternativ können die Rohmessdaten zur weiteren Datenverarbeitung und Impedanzberechnung an einen zentralen Host-Computer (z. B. eine mit dem BMS assoziierte Steuerung) übertragen werden. In gewissen Anwendungen kann es sinnvoll sein, die Berechnung der komplexen Impedanz in einer zentralen Host-Steuerung durchzuführen, die eine hohe Rechenleistung bereitstellt, während es in anderen Anwendungen vorteilhaft sein kann, die Datenberechnung lokal in der Batterieverwaltungsschaltung durchzuführen, um die Datenkommunikation und Bandbreitenanforderungen auf ein Minimum zu begrenzen.
Ein weiterer Vorteil der Durchführung der Spannung - und Strommessungen unter Verwendung des physisch gleichen Messinstruments (z. B. desselben ADC) besteht darin, dass die Impedanz als Z = u(t) / i(t) berechnet werden kann, wobei Z die komplexe Impedanz ist, u(t) die Spannungsmessung ist und i(t) die Strommessung ist. Da der Parameter von Interesse einer solchen Messung nur die komplexe Impedanz und nicht die individuellen Parameter u(t) und i(t) sind, werden alle Ungenauigkeiten des Messinstruments hinsichtlich der Verstärkung (Referenzspannung) während der Berechnung aufgehoben. Somit kann diese Technik noch weitere Vorteile gegenüber anderen Impedanzberechnungen, bei denen ein komplexes Fehlerkompensierungsverfahren erforderlich sein kann, bieten. Gemäß den Techniken dieser Offenbarung lässt sich eine Fehlerkompensierung durch Austauschen von sowohl Spannungs- als auch Stromerfassung durch denselben ADC während der Messung erzielen.
In zusätzlichen Beispielen kann die Erregung und Messung einer gegebenen Zelle durch eine zusätzliche Schaltungsanordnung durchgeführt werden. Anders ausgedrückt kann es sich bei der Erregungsschaltungsanordnung entweder um die hier beschriebene Messschaltung handeln oder sie kann sich in einer externen Vorrichtung befinden. Die Verwendung einer externen Vorrichtung zur Stromerregung kann jedoch die Nachteile von zusätzlichen Kosten, mehr Programmierung oder Software zum Erzielen einer Synchronisation in den Signalen und möglicherweise eine Reduktion der Genauigkeit z. B. aufgrund von Timing-Herausforderungen zum Erzielen einer Synchronisation in den Signalen aufweisen.
8 ist ein Systemdiagramm, das ein Beispiel eines Batteriesystems zeigt. Ein Batteriesystem dieser Offenbarung kann eine Host-Steuerung 802, die einen Computer oder ein Prozessor (uC 804) beinhalten kann, der z. B. über ein Universal-Synchronous-Receiver-Transmitter(UART)-Protokoll oder ein anderes Protokoll mit einem Sendeempfänger („Trans“) kommuniziert. Somit kommuniziert die Host-Steuerung 802 über den Sendeempfänger mit Batterieüberwachungseinheiten. Batterieüberwachungseinheiten in 8 können zum Beispiel Teil von Zellenbeaufsichtigungsschaltungen (CSCs - Cell Supervisory Circuits) bilden. Transformatoren (z. B. kernlose Transformatoren oder andere Typen von Transformatoren) können eine Kommunikation über eine galvanische Isolationsbarriere zwischen der Host-Steuerung 802 und CSCs ermöglichen.
In 8 gezeigte CSCs können hier beschriebenen Batterieüberwachungsschaltungen entsprechen, obgleich CSCs auch andere Funktionalitäten beinhalten können. CSCs können die in dieser Offenbarung dargelegten Impedanzmesskomponenten beinhalten. Jedoch kann in dem 8 gezeigten Beispiel die Host-Steuerung 804 die Impedanzbestimmungen auslösen und der Erregungsstrom kann von einer externen Komponente wie einem PTC-Heizelement, einem DC/DC-Leistungswandler oder einer anderen externen Komponente stammen. Wie oben erwähnt, können in einigen Beispielen CSCs die komplexe Impedanz basierend auf Messungen berechnen und kann in anderen Beispielen die Host-Steuerung 804 die Messungen von den CSCs empfangen und die Host-Steuerung 804 die komplexe Impedanz basierend auf Messungen berechnen.
9 ist ein Flussdiagramm, das Techniken dieser Offenbarung entspricht. 9 gezeigt, kann eine Schaltung dazu eingerichtet sein, einen Erregungsstrom an eine bestimmte Batteriezelle unter einer Mehrzahl von Batteriezellen in Reihenschaltung zu liefern (901). Die Schaltung kann eine oder mehrere erste Messungen über einen ADC durchführen (902) und eine oder mehrere zweite Messungen über denselben ADC durchführen (903). Die Schaltung kann dann zur nächsten mit der Schaltung assoziierten Zelle übergehen, die eine Batterieüberwachungsschaltung mit Impedanzmessfähigkeiten umfassen kann. Gibt es eine weitere Zelle (Ja-Zweig von 904), so wiederholt sich der Prozess für diese Zelle und alle der mit der Schaltung assoziierten Zellen.
Die eine oder die mehreren ersten Messungen können Strommessungen bei Vorliegen des Erregungsstroms umfassen und die eine oder die mehreren zweiten Messungen können Spannungsmessungen bei Vorliegen des Erregungsstroms umfassen. Die Schaltung oder eine externe Host-Steuerung können dann die Impedanz der Batteriezellen basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen zu bestimmen.
Wie hier weiter beschrieben, kann das in 9 gezeigte Verfahren ferner Folgendes beinhalten: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen. Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt können nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten. Die berechnete Impedanz kann eine komplexe Impedanz umfassen, und wobei der Erregungsstrom einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfasst.
Umfassen in einigen Fällen die eine oder die mehreren ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und umfassen die eine oder die mehreren zweiten Messungen zwei oder mehr zweite Messungen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
Das Verfahren kann dazu verwendet werden, eine Mehrzahl von Impedanzen von mehreren Batteriezellen zu bestimmen, wobei das Verfahren für jede der Batteriezellen Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle beinhaltet. In diesem Fall kann das Verfahren Folgendes beinhalten: Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms. Zudem kann das Verfahren in diesem Fall außerdem Folgendes beinhalten:

Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen, über den Multiplexer, eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.

Wie hier beschrieben kann die Schaltung in einigen Fällen zum Durchführen einer oder mehrerer Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen eingerichtet sein, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren.
Die folgenden Absätze können einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung veranschaulichen.

Absatz 1 - Eine Schaltung, die zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle eingerichtet ist, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: eine Stromerregungseinheit, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle; und einen ADC, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
Absatz 2 - Die Schaltung nach Absatz 1, ferner umfassend einen Multiplexer, der zu Folgendem eingerichtet ist: Auswählen eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und Auswählen eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen.
Absatz 3 - Die Schaltung nach Absatz 2, wobei der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten.
Absatz 4 - Die Schaltung nach einem der Absätze 1-3, wobei die Impedanz eine komplexe Impedanz umfasst und wobei der Erregungsstrom einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfasst.
Absatz 5 - Die Schaltung nach Absatz 4, wobei: die eine oder die mehreren ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen umfassen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und die eine oder die mehreren zweiten Messungen zwei oder mehr zweite Messungen umfassen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
Absatz 6 - Die Schaltung nach einem der Absätze 1-5, wobei der ADC einen AC-Sigma-Delta-ADC umfasst, der zum Arbeiten als Hochpassfilter eingerichtete Kondensatoren beinhaltet.
Absatz 7 - Die Schaltung nach einem der Absätze 1-6, wobei die Schaltung zum Bestimmen einer Mehrzahl von Impedanzen von einer Mehrzahl von Batteriezellen eingerichtet ist, wobei die Schaltung für jede der Batteriezellen eine jeweilige Stromerregungseinheit umfasst, eingerichtet zum Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle, wobei der ADC zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.
Absatz 8 - Die Schaltung nach Absatz 7, ferner umfassend einen Multiplexer, der zu Folgendem eingerichtet ist: Auswählen eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.
Absatz 9 - Die Schaltung nach Absatz 7 oder 8, wobei die Schaltung zum Durchführen einer oder mehrerer Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen eingerichtet ist, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren.
Absatz 10 - Die Schaltung nach Absatz 9, wobei eine oder mehrere Batterieverwaltungsfunktionen Zellenausgleichsfunktionen umfassen.
Absatz 11 - Ein Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle; Durchführen, über einen ADC, einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen; Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen; und Bestimmen der Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen.
Absatz 12 - Das Verfahren nach Absatz 12, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen.
Absatz 13 - Das Verfahren nach Absatz 12, wobei der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten.
Absatz 14 - Das Verfahren nach einem der Absätze 11-13, wobei die Impedanz eine komplexe Impedanz umfasst und wobei der Erregungsstrom einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfasst.
Absatz 15 - Das Verfahren nach Absatz 14, wobei: die eine oder die mehreren ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen umfassen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und die eine oder die mehreren zweiten Messungen zwei oder mehr zweite Messungen umfassen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
Absatz 16 - Das Verfahren nach einem der Absätze 11-15, wobei das Verfahren eine Mehrzahl von Impedanzen von einer Mehrzahl von Batteriezellen bestimmt, wobei das Verfahren für jede der Batteriezellen Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle beinhaltet, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen, über den ADC, einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.
Absatz 17 - Das Verfahren nach Absatz 16, das ferner Folgendes umfasst: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen, über den Multiplexer, eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den ADC, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.
Absatz 18 - Das Verfahren nach Absatz 17, das ferner Folgendes umfasst: Durchführen einer oder mehrerer Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren.
Absatz 19 - Ein BMS, eingerichtet zum Überwachen einer Mehrzahl von Batteriezellen in Reihenschaltung, wobei das BMS Folgendes umfasst: eine erste Batterieüberwachungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines ersten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen; und eine zweite Batterieüberwachungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines zweiten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen, wobei sich der zweite Teilsatz von dem ersten Teilsatz unterscheidet, wobei die erste Batterieüberwachungsschaltung und die zweite Batterieüberwachungsschaltung jeweils Folgendes umfassen: eine Impedanzmessschaltung, eingerichtet zum Bestimmen einer Impedanz einer gegebenen Batteriezelle, wobei die Impedanzmessschaltung Folgendes umfasst: eine Stromerregungseinheit, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die gegebene Batteriezelle; und einen Analog-Digital-Wandler (ADC), der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der gegebenen Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
Absatz 20 - Das BMS nach Absatz 19, wobei die Impedanzmessschaltung, die jeweils mit der ersten Batterieüberwachungsschaltung und der zweiten Batterieüberwachungsschaltung assoziiert ist, zum Bestimmen einer Mehrzahl von mit einem Teilsatz der Mehrzahl von Batteriezellen assoziierten Impedanzen eingerichtet ist, wobei eine jeweilige Impedanzmessschaltung für jeden Teilsatz von Batteriezellen eine jeweilige Stromerregungseinheit umfasst, eingerichtet zum Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle, wobei der Analog-Digital-Wandler (ADC) zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.

Verschiedene Aspekte und Beispiele wurden in dieser Offenbarung beschrieben. Diese und andere Aspekte und Beispiele liegen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche.

Claims

Schaltung, die zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle eingerichtet ist, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: eine Stromerregungseinheit, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle; und einen Analog-Digital-Wandler, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Multiplexer, der zu Folgendem eingerichtet ist: Auswählen eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und Auswählen eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen.
Schaltung nach Anspruch 2, wobei der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Impedanz eine komplexe Impedanz umfasst und wobei der Erregungsstrom einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfasst.
Schaltung nach Anspruch 4, wobei: die eine oder die mehreren ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen umfassen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und die eine oder die mehreren zweiten Messungen zwei oder mehr zweite Messungen umfassen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Analog-Digital-Wandler einen Wechselstrom-Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler umfasst, der zum Arbeiten als Hochpassfilter eingerichtete Kondensatoren beinhaltet.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltung zum Bestimmen einer Mehrzahl von Impedanzen von einer Mehrzahl von Batteriezellen eingerichtet ist, wobei die Schaltung für jede der Batteriezellen eine jeweilige Stromerregungseinheit umfasst, eingerichtet zum Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle, wobei der Analog-Digital-Wandler zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.
Schaltung nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Multiplexer, der zu Folgendem eingerichtet ist: Auswählen eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.
Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Schaltung zum Durchführen einer oder mehrerer Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen eingerichtet ist, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren.
Schaltung nach Anspruch 9, wobei eine oder mehrere Batterieverwaltungsfunktionen Zellenausgleichsfunktionen umfassen.
Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz einer Batteriezelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Liefern eines Erregungsstroms an die Batteriezelle; Durchführen, über einen Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer erster mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen; Durchführen, über den Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer zweiter mit der Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen; und Bestimmen der Impedanz der Batteriezelle basierend auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner Folgendes umfasst: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren ersten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem ersten Zeitpunkt durchzuführen, und Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren zweiten Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms zu einem zweiten Zeitpunkt durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt nach einer mit dem Erregungsstrom assoziierten Einschwingzeit auftreten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Impedanz eine komplexe Impedanz umfasst und wobei der Erregungsstrom einen Wechselstrom mit einer oder mehreren definierten Frequenzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: die eine oder die mehreren ersten Messungen zwei oder mehr erste Messungen umfassen, die mit zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstroms assoziiert sind, und die eine oder die mehreren zweiten Messungen zwei oder mehr zweite Messungen umfassen, die mit den zwei oder mehr verschiedenen Frequenzen des Erregungsstrom assoziiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Verfahren eine Mehrzahl von Impedanzen von einer Mehrzahl von Batteriezellen bestimmt, wobei das Verfahren für jede der Batteriezellen Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle beinhaltet, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Durchführen, über den Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen, über den Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen, über den Analog-Digital-Wandler, einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner Folgendes umfasst: Auswählen, über einen Multiplexer, eines ersten Satzes von Signalen und Liefern des ersten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines zweiten Satzes von Signalen und Liefern des zweiten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der ersten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms durchzuführen; Auswählen, über den Multiplexer, eines dritten Satzes von Signalen und Liefern des dritten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten ersten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen; und Auswählen, über den Multiplexer, eines vierten Satzes von Signalen und Liefern des vierten Satzes von Signalen an den Analog-Digital-Wandler, um die eine oder die mehreren mit der zweiten Batteriezelle assoziierten zweiten Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Folgendes umfasst: Durchführen einer oder mehrerer Batterieverwaltungsfunktionen an der Mehrzahl von Batteriezellen, wobei die Batterieverwaltungsfunktionen auf der Mehrzahl von bestimmten Impedanzen der Mehrzahl von Batteriezellen basieren.
Batterieverwaltungssystem, eingerichtet zum Überwachen einer Mehrzahl von Batteriezellen in Reihenschaltung, wobei das Batterieverwaltungssystem Folgendes umfasst: eine erste Batterieüberwachungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines ersten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen; und eine zweite Batterieüberwachungsschaltung, eingerichtet zum Überwachen eines zweiten Teilsatzes der Mehrzahl von Batteriezellen, wobei sich der zweite Teilsatz von dem ersten Teilsatz unterscheidet, wobei die erste Batterieüberwachungsschaltung und die zweite Batterieüberwachungsschaltung jeweils Folgendes umfassen: eine Impedanzmessschaltung, eingerichtet zum Bestimmen einer Impedanz einer gegebenen Batteriezelle, wobei die Impedanzmessschaltung Folgendes umfasst: eine Stromerregungseinheit, eingerichtet zum Liefern eines Erregungsstroms an die gegebene Batteriezelle; und einen Analog-Digital-Wandler, der zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer erster mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren ersten Messungen eine oder mehrere Strommessungen umfassen, und Durchführen einer oder mehrerer zweiter mit der gegebenen Batteriezelle assoziierter Messungen bei Vorliegen des Erregungsstroms, wobei die eine oder die mehreren zweiten Messungen eine oder mehrere Spannungsmessungen umfassen, wobei die Impedanz der gegebenen Batteriezelle auf der einen oder den mehreren ersten Messungen und der einen oder den mehreren zweiten Messungen basiert.
Batterieverwaltungssystem nach Anspruch 19, wobei die Impedanzmessschaltung, die jeweils mit der ersten Batterieüberwachungsschaltung und der zweiten Batterieüberwachungsschaltung assoziiert ist, zum Bestimmen einer Mehrzahl von mit einem Teilsatz der Mehrzahl der Batteriezellen assoziierten Impedanzen eingerichtet ist, wobei eine jeweilige Impedanzmessschaltung für jeden Teilsatz von Batteriezellen eine jeweilige Stromerregungseinheit umfasst, eingerichtet zum Liefern eines jeweiligen Erregungsstroms an eine jeweilige Batteriezelle, wobei der Analog-Digital-Wandler zu Folgendem eingerichtet ist: Durchführen einer oder mehrerer mit einer ersten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit der ersten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des ersten Erregungsstroms, Durchführen einer oder mehrerer mit einer zweiten Batteriezelle assoziierter erster Messungen bei Vorliegen eines zweiten Erregungsstroms und Durchführen einer oder mehrerer mit der zweiten Batteriezelle assoziierter zweiter Messungen bei Vorliegen des zweiten Erregungsstroms.