DE10222146A1 - Battery monitor has impedance divider for each cell locates failures - Google Patents

Battery monitor has impedance divider for each cell locates failures

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Abstract

A battery monitor has a test impedance pair network (R1-16) connected to the cells (U1-n) with reference voltage source (Uref) and multiplexer connected to a microprocessor (CPU).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung von Spannungsketten wie Akkumulatorenzellen oder Sicherungsreihen. The invention relates to a circuit arrangement for Monitoring of voltage chains such as accumulator cells or Fuse series.

Es ist notwendig, die Funktionsfähigkeit und damit den Zustand einer Batterie oder von Sicherungen in Stromversorgungsanlagen elektrischer Verbraucher zu überwachen. It is necessary to ensure the functionality and thus the Condition of a battery or fuses in Monitor power supply systems of electrical consumers.

Durch defekte Akkumulatoren kann sich die Ladeendspannung, der Ladestrom und die Kapazität der gesamten Batterie verändern. Es wird also die vom Batteriehersteller definierte Spezifikation verletzt. Dadurch nimmt die Batterie einen Schaden und deren Lebensdauer verringert sich dramatisch. Due to defective batteries, the final charge voltage, the charging current and the capacity of the entire battery change. So it becomes the one defined by the battery manufacturer Specification violated. This will damage the battery and their lifespan is reduced dramatically.

Ebenso ist es möglich, dass eine defekte Akkumulatorenzelle für einen falschen Ladestrom verantwortlich ist und somit eine falsche Ladekennlinie die Lebensdauer der gesamten Batterie verringert. It is also possible that a defective accumulator cell is responsible for an incorrect charging current and thus an incorrect charging characteristic the lifespan of the entire Battery reduced.

Sollte ein Verbraucher einen Sicherungsausfall bzw. eine Funktionsstörung verursacht haben, dann müssen diese defekten Sicherungen möglichst schnell lokalisiert werden. Should a consumer fail a fuse or a Malfunction, then they must be defective Fuses are localized as quickly as possible.

Die Überwachung erfolgt dabei in der Regel durch Messung der Batteriespannung oder der Spannungsmessung an den Sicherungen einer Sicherungsreihe. The monitoring is usually carried out by measuring the Battery voltage or the voltage measurement on the fuses a row of fuses.

Nachteilig ist hierbei, dass lediglich die Gesamtspannung zur Prüfung einer Batterie für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit derselben herangezogen wird und im Ergebnis hiervon die gesamte Batterie als fehlerhaft angesehen, ausgesondert und verschrottet wird, obwohl nur eine einzelne Akkumulatorenzelle der Batterie unbrauchbar geworden sein kann. The disadvantage here is that only the total voltage for Testing a battery for assessing the Functionality of the same is used and as a result thereof considered the entire battery to be faulty, discarded and is scrapped, although only a single one The battery cell may have become unusable.

Diese Verfahrensweise verursacht einen hohen ökonomischen Aufwand und unnötigen Materialverbrauch. This procedure causes a high economic Effort and unnecessary material consumption.

Bei der Prüfung von Sicherungen einer Sicherungsreihe erfordert die Spannungsmessung an den jeweiligen Sicherungen einen hohen manuellen Aufwand. When testing fuses in a series of fuses the voltage measurement on the respective fuses requires one high manual effort.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung zur Verfügung zu stellen, welche es in verhältnismäßig kurzer Zeit ermöglicht, die Spannungsmessung an den einzelnen Akkumulatorenzellen einer Batterie oder Sicherungen einer Sicherungsreihe vorzunehmen und somit deren Zustand zu erkennen und im Ergebnis hiervon lediglich die jeweilige defekte Akkumulatorenzelle oder Sicherung auszutauschen. The invention therefore has as its object the above to avoid disadvantages mentioned and a circuit arrangement to provide which it is in a relatively short time Time allows the voltage measurement on the individual Accumulator cells of a battery or fuses of a Make series of fuses and thus recognize their condition and as a result, only the respective defective Replace the accumulator cell or fuse.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass an die einzelnen Akkumulatorenzellen oder Sicherungen einer Sicherungsreihe ein Widerstandsnetzwerk mit 2 in Reihe liegenden Messwiderständen angeschlossen ist, die mit einer Referenzspannungsquelle und einem Multiplexer verbunden sind, der von einem an ihn angeschlossenen Mikroprozessor gesteuert wird und die Einzelspannungen an den Akkumulatoren oder an den Sicherungen berechnet. According to the invention the object is achieved in that the individual accumulator cells or fuses one Fuse series a resistance network with 2 in series Measuring resistors is connected with a Reference voltage source and a multiplexer connected by a microprocessor connected to it is controlled and the individual voltages at the accumulators or at the Fuses are calculated.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht die gleiche Ausführung derselben für die Anwendung zur Überwachung von Akkumulatorenzellen und für die Überwachung von Sicherungen einer Sicherungsreihe. The circuit arrangement according to the invention enables same execution of the same for the application for monitoring of accumulator cells and for the monitoring of Fuses in a row of fuses.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gewährleistet unter Verwendung gleicher Bauelemente eine kostengünstige Lösung der gestellten Aufgabe bei lediglich unterschiedlichen Softwarelösungen für die Anwendung zur Messung von Akkumulatorenzellen einerseits und Sicherungsüberwachung andererseits, sodass Stromversorgungsanlagen für elektrische Verbraucher mit einer einheitlichen Überwachungsschaltungsanordnung ausgestattet werden können. The circuit arrangement according to the invention ensures under Using the same components is an inexpensive solution the task set with only different Software solutions for the application for the measurement of Accumulator cells on the one hand and fuse monitoring on the other hand, so that power supply systems for electrical consumers a uniform Monitoring circuitry can be equipped.

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Form eines Widerstandsnetzwerkes zur Überwachung der Akkumulatorenzellen einer Batterie. Fig. 1 shows an example of a circuit arrangement according to the invention in the form of a resistor network for monitoring the storage battery cells of a battery.

Fig. 2 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Schaltung in Form eines gleiches Widerstandsnetzwerkes zur Überwachung von Sicherungen einer Sicherungsreihe. Fig. 2 shows an example of the circuit according to the invention in the form of the same resistance network for monitoring fuses in a fuse series.

In Fig. 1 ist ein Batterieblock dargestellt, welcher aus den jeweiligen einzelnen Akkumulatorenzellen mit deren Zellspannung U_Batt_1 bis U_Batt_n(beliebige Anzahl) besteht. In Fig. 1, a battery pack is shown, which consists of the respective individual storage battery cells with the cell voltage to U_Batt_1 U_Batt_n (arbitrary number).

An der Zelle Batt_1 bis Batt_n ist jeweils ein gleich großer Widerstand R1, R3-R15 angeschlossen sowie in Reihe hierzu gleich große Messwiderstände R2, R4-R16, die wiederum mit einer Referenzspannungsquelle Uref verbunden sind. The cell Batt_1 to Batt_n has the same size Resistor R1, R3-R15 connected as well as in series equally large measuring resistors R2, R4-R16, which in turn with a reference voltage source Uref are connected.

Zwischen die jeweils in Reihe liegenden Widerstandspaare R1-R15 und R2-R16 ist jeweils ein Anschluss zu einem n-Kanal Multiplexer (n zu 1) angeschlossen, welchem die Ausgangsspannung Uout_n entnommen wird. Der Multiplexer ist mit einem Mikroprozessor verbunden, der dessen Ansteuerung und die Messauswertung vornimmt. Between the pairs of resistors R1-R15 in series and R2-R16 is a connection to an n-channel Multiplexer (n to 1) connected, which the Output voltage Uout_n is taken. The multiplexer is with one Connected microprocessor, the control and the Carries out measurement evaluation.

An den Messwiderständen R2, R4-R16 fällt jeweils eine Spannung ab, welche sich auf Leitung L+ zum entsprechenden Messeingang U1, U2 bis Un bezieht. One occurs at the measuring resistors R2, R4-R16 Voltage, which is on line L + to the corresponding Measurement input U1, U2 to Un relates.

Die Spannungen der Messwiderstände R2, R4-R16 sind mit der Referenzspannungsquelle Uref verbunden und werden über den Multiplexer (n-Kanal zu 1) auf einen AD-Wandlereingang in den Mikroprozessor gegeben. The voltages of the measuring resistors R2, R4-R16 are with the Reference voltage source Uref and are connected via the Multiplexer (n-channel to 1) on an AD converter input in the Given microprocessor.

Der Mikroprozessor ermittelt aus der Ausgangsspannung Uout_(n) den Messwert, steuert den Multiplexer und berechnet somit die Spannungen der Einzelzellen U_Batt_1-U_Batt_n. The microprocessor determines from the output voltage Uout_ (n) the measured value, controls the multiplexer and calculates thus the voltages of the individual cells U_Batt_1-U_Batt_n.

Für die Berechnung der einzelnen Akkumulatorenzellen gilt folgendes:


The following applies to the calculation of the individual accumulator cells:


Die vorstehende Berechnung erfolgt durch den Mikroprozessor. The above calculation is done by the microprocessor.

Für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nur eine stabile Referenzspannung Uref erforderlich. Dieselbe hat keinen Einfluss auf die Einzelmessung, da sie sich, wie in der Formel dargestellt, herauskürzt. There is only one for the circuit arrangement according to the invention stable reference voltage Uref required. The same has has no influence on the individual measurement, as it can be seen in the Formula shown, abbreviated.

Die Messgenauigkeit der einzelnen Akkumulatorenzellen ist nur von der Genauigkeit von maximal 4 Widerständen und der Genauigkeit des AD-Wandlers im Mikroprozessor abhängig. The measurement accuracy of the individual accumulator cells is only of the accuracy of a maximum of 4 resistors and the Accuracy of the AD converter in the microprocessor depends.

Die Spannungspotentiale an den Eingängen des Multiplexers liegen innerhalb seiner eigenen Spannungsversorgung. Die Spannungsreferenz, der Multiplexer und der Mikroprozessor sind auf dem gleichen Bezugspotential, sodass keine unerwünschten Potentialunterschiede auftreten. The voltage potentials at the inputs of the multiplexer are within its own power supply. The Voltage reference, the multiplexer and the microprocessor are at the same reference potential, so none unwanted potential differences occur.

In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung für die Überwachung einer Sicherungsreihe dargestellt, wobei verschiedene Verbraucher von der nicht dargestellten Leitung L+ über eine Sicherung mit der L- verbunden sind. In Fig. 2 is a circuit arrangement for monitoring a safety range, wherein different users are connected by the not-shown line L + via a fuse to the L-.

Die Sicherungsüberwachung erfasst hierbei die Einzelspannungen über den Sicherungen gegenüber der Leitung L-. Bei einem bestimmten Spannungswert von z. B. > + 0,5 V ist die Sicherung defekt. Dabei kann zwischen positiven und negativen Spannungsabfall über die Sicherung unterschieden werden. The fuse monitoring records the Individual voltages across the fuses to line L-. At a certain voltage value of z. B.> + 0.5 V is the fuse malfunction. You can choose between positive and negative Voltage drop across the fuse can be distinguished.

Die Schaltungsanordnung des Widerstandsnetzwerkes entspricht dabei der Schaltungsanordnung wie in Fig. 1. The circuit arrangement of the resistance network corresponds to the circuit arrangement as in FIG. 1.

In Verbindung mit dem Multiplexer und dem Mikroprozessor sowie der Referenzspannungsquelle ergeben sich die gleichen Funktionen und für die Berechnung der Spannungen über den Sicherungen wird folgendes zugrunde gelegt:


In conjunction with the multiplexer and the microprocessor as well as the reference voltage source, the same functions result and the following is used to calculate the voltages across the fuses:


Die Berechnung erfolgt ebenfalls durch den Mikroprozessor. The calculation is also done by the microprocessor.

Auch in dieser Schaltung ist nur eine stabile Referenzspannung Uref erforderlich. Die Messgenauigkeit der Spannungen über den Sicherungen ist nur von der Genauigkeit von maximal 2 Widerständen, der Genauigkeit von Uref und der Genauigkeit des AD-Wandlers im Mikroprozessor abhängig. Also in this circuit there is only a stable one Reference voltage Uref required. The measurement accuracy of the voltages over the fuses is only of maximum accuracy 2 resistors, the accuracy of Uref and the accuracy of the AD converter in the microprocessor.

Es ist nicht erforderlich, die Spannung über der Sicherung möglichst genau zu messen. Bei einer defekten Sicherung fällt dort die gesamte Verbraucherspannung ab. Das sind bspw. bei der Stromversorgung für Telekommunikationsanlagen etwa 20 V-72 V. It is not necessary to put the voltage across the fuse to measure as accurately as possible. If the fuse is defective there the entire consumer voltage. These are, for example the power supply for telecommunications systems, for example 20 V-72 V.

Es ist dabei unbeachtlich, ob die Spannungsschwelle für die defekte Sicherung mit z. B. 0,5 V oder 0,55 V (10% Fehler) gemessen wird. It is irrelevant whether the voltage threshold for the defective fuse with z. B. 0.5 V or 0.55 V (10% error) is measured.

Die Spannungspotentiale an den Eingängen des Multiplexers liegen innerhalb seiner eigenen Spannungsversorgung, auch wenn über eine Sicherung der höchste Spannungsunterschied (L+-L-) abfällt. Die Spannungsreferenz, der Multiplexer und der Mikroprozessor sind auf dem gleichen Bezugspotential, sodass Potentialunterschiede nicht auftreten. The voltage potentials at the inputs of the multiplexer lie within its own power supply, too if the highest voltage difference (L + -L-) via a fuse drops. The voltage reference, the multiplexer and the Microprocessors are on the same reference potential, so Differences in potential do not occur.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Überwachung von Spannungsketten wie Akkumulatorenzellen oder Sicherungen einer Sicherungsreihe mit
einem an die einzelnen Akkumulatorenzellen oder Sicherungen einer Sicherungsreihe angeschlossenen Widerstandsnetzwerk, bestehend aus jeweils 2 in Reihe geschalteten Messwiderständen
an das Widerstandsnetzwerk angeschalteter Referenzspannungsquelle
zwischen die 2 Messwiderstände geschalteten Multiplexer, welchem die Ausgangsspannung entnommen wird und der von einem an ihn angeschlossenen Mikroprozessor gesteuert wird und die Zellenspannungen an den Akkumulatorenzellen oder Spannung an den Sicherungen berechnet. 1. Circuit arrangement for monitoring voltage chains such as accumulator cells or fuses with a fuse series
a resistor network connected to the individual battery cells or fuses in a fuse row, each consisting of 2 measuring resistors connected in series
reference voltage source connected to the resistor network
between the 2 measuring resistors connected multiplexer, from which the output voltage is taken and which is controlled by a microprocessor connected to it and calculates the cell voltages on the accumulator cells or voltage on the fuses. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Schaltungsanordnung für die Überwachung von Akkumulatorenzellen oder Sicherungen einer Sicherungsreihe mit gleichen Bauelementen gestaltet ist. 2. Circuit arrangement according to claim 1, wherein the Circuit arrangement for monitoring accumulator cells or fuses of a fuse series with the same Components is designed.
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