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QUERVERWEIS AUF VERBUNDENE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der
US Provisional Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/572,657 , angemeldet am 16. Oktober 2017, und der
US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 16/160,034 , angemeldet am 15. Oktober 2018, in Anspruch. Die gesamte Offenbarung dieser Anmeldungen wird durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
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BEREICH
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Batteriezellenüberwachungssystem für eine Batterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben des Batteriezellenüberwachungssystems.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur Verfügung, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen, jedoch nicht notwendigerweise zum Stand der Technik gehören.
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Batterien werden im Allgemeinen in unzähligen unterschiedlichen Anwendungen verwendet, von tragbaren elektronischen Geräten zu elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen. Zum Beispiel weisen Fahrzeugbatterien eine Vielzahl von Batteriezellen auf und können Batterieüberwachungssysteme aufweisen. Typische Batterieüberwachungssysteme überwachen die gesamte Batterietemperatur, die Spannung und den Strom und überwachen manchmal diese Parameter auf einem „Modul“-Niveau. Ein Modul ist eine Untermenge bzw. Teilmenge von mehreren Batteriezellen in der Batterie, die auf eine solche Art und Weise verbunden sind, dass die Parameter nur für das gesamte Modul gemessen werden können.
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Das Überwachen auf dem Niveau der Batterie oder dem Niveau des Moduls führt jedoch nicht zum besten Einblick in die Leistung von jeder einzelnen Zelle in der Batterie. Dies gilt insbesondere, wenn die Anzahl von Zellen in dem Modul oder der Batterie groß ist. Wenn Parameter von einer großen Anzahl von Zellen in einer Gesamtmessung kombiniert werden, sind geringe Unterschiede bei einzelnen Zellen schwierig wahrzunehmen. Folglich besteht eine Notwendigkeit für ein verbessertes Batteriezellenüberwachungssystem.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung zur Verfügung und ist keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Schutzbereichs oder sämtlicher ihrer Merkmale und Vorteile.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriezellenüberwachungssystem zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile angeht und beseitigt.
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Folglich ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Batteriezellenüberwachungssystem für eine Batterie zur Verfügung zu stellen, die eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist. Das Batteriezellenüberwachungssystem weist eine Vielzahl von positiven Abtastleitungen und eine Vielzahl von negativen Abtastleitungen auf. Zusätzlich weist das Batteriezellenüberwachungssystem eine Vielzahl von Zellenabtasteinheiten auf, die jeweils ein aktives Halbleiterbauelement aufweisen, um eine Bauelementenstromkennlinie einer Vorspannung basierend auf einer daran angelegten Eingangsbauelementenspannung zu übertragen. Jedes aktive Halbleiterbauelement ist mit einer der Vielzahl von Batteriezellen und einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen und einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen elektrisch verbunden. Das Batteriezellenüberwachungssystem weist auch eine Zellenabtastleseeinheit auf, die mit der Vielzahl von positiven Abtastleitungen und der Vielzahl von negativen Abtastleitungen elektrisch verbunden ist und dafür vorgesehen ist, die Vorspannung, die mit einem abgetasteten Bauelementenstrom korrespondiert, der von dem aktiven Halbleiterbauelement übertragen wurde, zu berechnen, und eine Zellenspannung von jeder der Vielzahl von Batteriezellen basierend auf der berechneten Vorspannung zu ermitteln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Zellenabtasteinheit eines Batteriezellenüberwachungssystems für eine Batteriezelle einer Batterie zur Verfügung gestellt. Die Zellenabtasteinheit weist eine positive Abtastleitung und eine negative Abtastleitung zur Verbindung mit einer Zellenabtastleseeinheit auf. Die Zellenabtastleseeinheit weist auch ein aktives Halbleiterbauelement zum Übertragen einer Bauelementenstromkennlinie einer ersten Bauelementenspannung basierend auf einer daran angelegten zweiten Bauelementenspannung auf und ist mit der positiven Abtastleitung und der negativen Abtastleitung und mit der Batteriezelle der Batterie elektrisch verbunden. Zusätzlich weist die Zellenabtasteinheit einen ersten Sperrkondensator mit einer ersten Sperrkapazität auf, der elektrisch zwischen der postiven Abtastleitung und dem aktiven Halbleiterbauelement verbunden ist, um Gleichstrom von der Batterie zu sperren. Die Zellenabtasteinheit weist zusätzlich einen zweiten Sperrkondensator mit einer zweiten Sperrkapazität auf und ist zwischen der negativen Abtastleitung und dem negativen Anschluss der Batterie elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batterie zu sperren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zusätzlich ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriezellenüberwachungssystems zur Verfügung gestellt. Das Verfahren beginnt mit dem Ausgeben einer Eingangsspannung zu einer Vielzahl von Zellenabtasteinheiten mittels einer Spannungsquelle einer Zellenabtastleseeinheit in einer alternierenden Weise über jede einer Vielzahl von positiven Abtastleitungen und einer Vielzahl von negativen Abtastleitungen. Das Verfahren wird fortgesetzt mit dem Übertragen einer Bauelementenstromkennlinie einer Vorspannung basierend auf einer Eingangsbauelementenspannung, die unter Verwendung eines aktiven Halbleiterbauelements von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten, die mit einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen und einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen elektrisch verbunden ist, angelegt wurde. Der nächste Schritt des Verfahrens ist das Abtasten des Bauelementenstroms, der von dem aktiven Halbleiterbauelement von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten unter Verwendung einer Strommesseinrichtung der Zellenabtastleseeinheit übertragen wird, wenn die Eingangsbauelementenspannung von der Spannungsquelle alterniert wird. Das Verfahren schreitet mit dem Schritt des Berechnens der Vorspannung, die mit dem abgetasteten Bauelementenstrom für jedes aktive Halbleiterbauelement korrespondiert, fort. Das Verfahren wird durch das Ermitteln einer Zellenspannung von jeder einer Vielzahl von Batteriezellen beendet, die mit einer der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten elektrisch verbunden ist, basierend auf der berechneten Vorspannung.
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Weitere Bereiche der Anwendbarkeit werden aus der hierin zur Verfügung gestellten Beschreibung deutlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur für Zwecke der Darstellung bzw. Erläuterung vorgesehen und sind nicht dafür vorgesehen, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind nur zur Darstellung ausgewählter Ausführungsformen und nicht für alle möglichen Ausführungsformen vorgesehen und sind nicht dafür vorgesehen, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
- 1 zeigt ein Batterieüberwachungssystem gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Zellenabtasteinheit des Batteriezellenüberwachungssystems von 1 gemäß Aspekten der Erfindung;
- 3 zeigt charakteristische Strom-Spannungskurven für einen Feldeffekttransistor der Zellenabtasteinheit gemäß Aspekten der Erfindung;
- 4 zeigt eine Zellenabtasteinheit des Batteriezellenüberwachungssystem von 1 gemäß Aspekten der Erfindung;
- 5 zeigt eine Zellenabtasteinheit des Batteriezellenüberwachungssystem von 1 gemäß Aspekten der Erfindung; und
- 6 und 7 zeigen Schritte eines Verfahrens zum Betreiben des Batteriezellenüberwachungssystem von 1 gemäß Aspekten der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der nachfolgenden Beschreibung sind Details angegeben, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu schaffen. In einigen Fällen sind bestimmte Schaltkreise, Strukturen und Techniken nicht im Detail beschrieben oder dargestellt worden, um die Erfindung bzw. Offenbarung nicht unklar werden zu lassen.
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriezellenüberwachungssystem der Bauart, die zur Verwendung in vielen Anwendungen geeignet ist. Das Batteriezellenüberwachungssystem und damit verbundene Verfahren zum Betreiben desselben gemäß der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung mit einem oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Die spezifischen beispielhaften Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, werden hauptsächlich zur Verfügung gestellt, um die erfindungsgemäßen Konzepte, Merkmale, Vorteile und Aufgaben mit ausreichender Klarheit zu beschreiben, um es dem Fachmann zu erlauben, die Erfindung zu verstehen und auszuführen. Insbesondere sind die beispielhaften Ausführungsformen so angegeben, dass die vorliegende Erfindung vollständig ist und den Schutzbereich vollständig an den Fachmann weitergibt. Viele spezifische Details werden angeführt, wie Beispiele von spezifischen Bauteilen, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Verfügung zu stellen. Dem Fachmann wird klar, dass spezifische Details nicht ausgeführt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden können und dass sie auch nicht so ausgelegt werden sollten, dass der Schutzbereich der Erfindung eingeschränkt wird. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden gut bekannte Prozesse, gut bekannte Strukturen von Vorrichtungen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile durch die gesamten Ansichten hindurch angeben, ist ein Batteriezellenüberwachungssystem 20 für eine Batterie 22, die eine Vielzahl von Batteriezellen 24 aufweist, in den 1 und 2 dargestellt. Insbesondere ist die Batterie 22 ein Reihen-Zellenstack. Das Batteriezellenüberwachungssystem 20 weist eine Vielzahl von positiven Abfrage- bzw. Abtastleitungen 26 und eine Vielzahl von negativen Abfrage- bzw. Abtastleitungen 28 auf.
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Eine Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 23 weist jede ein aktives Halbleiterbauelement 31, 32, 33 (2) zum Übertragen einer Bauelementenstromkennlinie bzw. eine Kennlinie eines Bauelementenstroms einer Vorspannung, basierend auf einer daran angelegten Eingangsbauelementenspannung, auf. Das aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33 von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30 ist mit einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und mit einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 elektrisch verbunden. Gemäß einem Aspekt und wie in 2 dargestellt, ist das aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33 ein Feldeffekttransistor (FET), der ein Gate 34, das mit einem positiven Anschluss bzw. Pluspol 36 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden ist, und eine Source 38, die mit einem negativen Anschluss bzw. Minuspol 40 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden ist, und einen Drain 42 auf, der mit der positiven Abtastleitung 26 elektrisch verbunden ist.
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Während das aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33, das in der in den 1 und 2 dargestellten Zellenabtasteinheit verwendet wird, ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31 ist, sollte herausgestellt werden, dass eine Vielzahl von anderen aktiven Halbleiterbauelementen 31, 32, 33 auf eine ähnliche Art und Weise alternativ verwendet werden können. Diese beinhalten Bipolartransistoren (BJTs) 32, Feldeffekttransistoren in MOS-Technik (MOSFETs) und siliziumgesteuerte Gleichrichter bzw. Siliziumgleichrichter bzw. Thyristoren (SCRs) 33. Diese aktiven Halbleiterbauelemente 31, 32, 33 können auf die Aufgabe der Zellenüberwachung zugeschnitten werden, und zwar mit Abschalt- und Grenzwerteigenschaften, um an den Spannungsbereich der Batteriezelle 34, die überwacht wird, angepasst zu sein.
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Jede der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30 weist auch einen ersten Sperrkondensator 46 (d. h. Kopplungskondensator) auf, der eine erste Sperrkapazität aufweist, die zwischen der positiven Abtastleitung 26 und dem Drain 42 des Feldeffekttransistors 31 elektrisch verbunden ist, um Gleichstrom von der Batterie 22 zu sperren. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Sperrkondensator 48 (d. h. Kopplungskondensator), der eine zweite Sperrkapazität aufweist, zwischen der negativen Abtastleitung 28 und dem negativen Anschluss 40 der Batterie 22 elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batterie 22 zu sperren.
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Eine Zellenabtastleseeinheit 50 ist mit der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 elektrisch verbunden und weist eine Spannungsquelle 52 zum Ausgeben der Eingangsbauelementenspannung (z. B. Vds des Feldeffekttransistors 31) zu der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30 auf eine alternierende Weise (z. B. mit einer Frequenz von 100 MHz) über jede der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 auf. Somit verändert sich eine Kanaleigenschaft des Feldeffekttransistors 31 basierend auf der Vorspannung oder einer Vorspannung (z. B. Vgs ), die an das Gate 34 des Feldeffekttransistors 31 von der Batteriezelle 24, die überwacht wird, angelegt wird. Die Kanaleigenschaft des Feldeffekttransistors 31 kann durch Anlegen der Wechselspannung (z. B. Eingangsbauelementenspannung Vds des Feldeffekttransistors 31) an den positiven Abtastleitungen 26 und den negativen Abtastleitungen 28, die mit der Batteriezelle 24 in Verbindung sind, gemessen werden (d. h. für die jeweilige Zellenabtasteinheit 30).
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Die Zellenabtastleseeinheit 50 weist auch eine Strommesseinrichtung 44 zum Abtasten des Bauelementenstromausgangs (z. B. Ids des Feldeffekttransistors 31) von dem aktiven Halbleiterbauelement 31, 32, 33 auf, wenn die Eingangsbauelementenspannung (z. B. Vds des Feldeffekttransistors 31) durch die Spannungsquelle 52 alterniert wird. Bei dieser Messung wird zum Beispiel das Strom-Spannungs-Verhältnis bzw. die Strom-Spannungs-Kennlinie oder die charakteristische Kurve (Bauelementenstrom gegenüber Eingangsbauelementenspannung) des Feldeffekttransistors 31 gemessen. Beispielhafte charakteristische Kurven bzw. Strom-Spannungs-Kurven bzw. Kennlinien für einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31 (JFET) sind in 3 dargestellt. Die Zellenabtastleseeinheit 50 ist dafür vorgesehen, die Vorspannung (z. B. Vgs des Feldeffekttransistors 31), die mit dem abgetasteten Bauelementenstrom (z. B. Ids des Feldeffekttransistors 31) korrespondiert, zu berechnen. Die Zellenabtastleseeinheit 50 ist auch dafür vorgesehen, eine Zellenspannung von jeder einer Vielzahl von Batteriezellen 24 zu ermitteln, die jede mit einer der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30 elektrisch verbunden sind, und zwar auf der Basis der berechneten Vorspannung (z. B. Vgs des Feldeffekttransistors 31). Insbesondere wird aus der Kenntnis der Eigenschaften des Feldeffekttransistors 32 die Grundvorspannung (z. B. Vgs des Feldeffekttransistors 31), die zu einer bestimmten Strom-Spannungs-Kurve geführt hat, berechnet (basierend auf dem abgetasteten Bauelementenstrom). Insbesondere kann die Steigung der Strom-Spannungs-Kurve in einem linearen Bereich des Feldeffekttransistors 32 gemessen werden und ein Sättigungsstrom bei höheren Quellenspannungen kann ebenfalls gemessen werden. In der beschriebenen Ausführung bzw. Anordnung des Feldeffekttransistors 31 ist die Vorspannung (z. B. Vgs des Feldeffekttransistors 31) die Zellenspannung. Somit ermöglicht das beschriebene Batteriezellenüberwachungssystem 20 vorteilhafterweise eine relativ schnelle bzw. hohe Abtastrate von Zellenparametern (z. B. Zellenspannung). Wenn die ermittelte Zellenspannung mit der Kenntnis des Zellenstroms und der -temperatur kombiniert wird, können für die Analyse der Batterie 22 leistungsfähigere Zellenmodelle verwendet werden. Dies beinhaltet Modelle, die nicht traditionelle Parameter verwenden, wie zum Beispiel Massentransferwiderstand.
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Gemäß einem Aspekt und wie in 4 dargestellt, weist jede der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30' einen siliziumgesteuerten Gleichrichter bzw. Siliziumgleichrichter 33 anstatt des Feldeffekttransistors 31, der in der Zellenabtasteinheit 30 von 2 dargestellt ist, auf. Der Siliziumgleichrichter 33 weist ein Gleichrichtergate 54, das mit dem positiven Anschluss 36 der Batteriezelle 24 der Batterie 22 elektrisch verbunden ist, und eine Gleichrichterkathode 56, die mit dem negativen Anschluss 40 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden ist, und eine Gleichrichteranode 58 auf, die mit der positiven Abtastleitung 26 elektrisch verbunden ist, auf. Somit ist, wie bei dem Sperrschicht- Feldeffekttransistor 31, der Siliziumgleichrichter 33 von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30' mit einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 durch den ersten Sperrkondensator 46' und den zweiten Sperrkondensator 48' elektrisch verbunden. Insbesondere ist der erste Sperrkondensator 46' zwischen der positiven Abtastleitung 26 und der Gleichrichteranode 58 des Siliziumgleichrichters 33 elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batteriezelle 24 zu sperren. In ähnlicher Weise ist der zweite Sperrkondensator 48' zwischen der negativen Abtastleitung 28 und dem negativen Anschluss 40 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batteriezelle 24 zu sperren. Mit dieser Konfiguration wird eine Kippspannung des Siliziumgleichrichters 33 durch die Zellenspannung der Batteriezelle 24 ermittelt. Wenn die Kippspannung überschritten wird, strömt ein Strom von der positiven Abtastleitung 26 zu der negativen Abtastleitung 28. Somit ist das Einsetzen dieses Stromflusses als eine Funktion der Spannung über die Gleichrichteranode 58 und die Gleichrichterkathode 56 ein Indikator der Zellenspannung der Batteriezelle 24.
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In Fällen, in denen ein geringer kontinuierlicher Stromverbrauch an der Batteriezelle 24 akzeptabel ist, kann ein BJT 32 verwendet werden. Somit weist gemäß einem weiteren Aspekt und wie in 5 dargestellt, jede der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30" einen Bipolartransistor bzw. Sperrschichttransistor 32 auf, der eine Basis 60, die mit dem positiven Anschluss 36 der Batteriezelle 24 durch einen Vorspannungswiderstand 62 elektrisch verbunden ist, und einen Emitter 64, der mit dem negativen Anschluss 40 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden ist, und einen Kollektor 66 auf, der mit der positiven Abtastleitung 26 elektrisch verbunden ist. Der Bipolartransistor 32 von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30" ist mit einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 durch den ersten Sperrkondensator 46" und den zweiten Sperrkondensator 48" elektrisch verbunden. Genauer ausgedrückt, ist der erste Sperrkondensator 46" zwischen der positiven Abtastleitung 26 und dem Kollektor 66 des Bipolartransistors 32 elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batteriezelle 24 zu sperren. In ähnlicher Weise ist der zweite Sperrkondensator 48' zwischen der negativen Abtastleitung 28 und dem negativen Anschluss 40 der Batteriezelle 24 elektrisch verbunden, um Gleichstrom von der Batteriezelle 24 zu sperren. In dieser Konfiguration ist die Basis 60 des Bipolartransistors 32 durch einen kleinen Strom, der von der Zellenspannung der Batteriezelle 24 durch den Vorspannungswiderstand 62 zugeführt wird, vorgespannt. Der Bias-Strom bzw. Vorstrom (von der Basis 60 zu dem Emitter 64) erhöht sich, wenn sich die Zellenspannung der Batteriezelle 24 erhöht. Ein Sättigungskollektorstrom (von dem Kollektor 66 zu dem Emitter 64) kann dann zwischen der positiven Abtastleitung 26 und der negativen Abtastleitung 28 gemessen werden.
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Für aktive Halbleiterbauelemente 31, 32, 33, die einen PN-Übergang oder -Grenzfläche zwischen einem p-Typus von Halbleitermaterial und einem n-Typus von Halbleitermaterial (z. B. der Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31), das periodisch unter Vorspannung in Durchlassrichtung gehalten wird, kann die Temperatur des aktiven Halbleiterbauelements 31, 32, 33 aus dem Spannungsabfall über das aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33 geschätzt werden, während es unter Durchlassspannung steht. Der Spannungsabfall über dem aktiven Halbleiterbauelement 31, 32, 33 tritt typischerweise bei zunehmender Temperatur auf bzw. fällt ab. Dies erlaubt die Messung der Temperatur der Batteriezelle 24 und eine Abschätzung der elektrischen Leistungsfähigkeit des aktiven Halbleiterbauelements 31, 32, 33 in Bezug auf die Spannung zum Zwecke der Kalibrierung. Auch bei Bauelementen 31, 32, 33, die einen PN-Übergang beinhalten, der periodisch unter Sperrvorspannung gesetzt wird, kann, wo es möglich ist, den Rest-Sperrstrom (in der Größenordnung eines Mikroampere) zu messen, die Temperatur des aktiven Halbleiterbauelements 31, 32, 33 aus der Höhe des Rest-Sperrstroms berechnet werden. Falls das aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33, das den PN-Übergang aufweist, thermisch mit der Batteriezelle 24 verbunden ist, bildet dies eine Zellentemperaturmessung.
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Das Batteriezellenüberwachungssystem 20 kann auch andere Herangehensweisen beinhalten, wie zum Beispiel, jedoch nicht beschränkt auf gesperrte Zeit bis zum Laden oder Entladen eines Abtastkondensators, Zeitbereichsreflexionen von Abtastschaltkreisen entlang einer Übertragungsleitung und getaktete Eimerkettenladung oder Spannungstransfer durch geteilte Leitungen.
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Wie am besten in den 6 und 7 dargestellt, wird zusätzlich auch ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriezellenüberwachungssystems angegeben. Das Verfahren beginnt bei 100, dem Ausgeben einer Eingangsbauelementenspannung zu einer Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30, 30', 30" mittels einer Spannungsquelle 52 einer Zellenabtastleseeinheit 50 in einer alternierenden Weise über jede einer Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und einer Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28.
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Das Verfahren wird bei 102 fortgesetzt, dem Übertragen einer Bauelementenstromkennlinie einer Vorspannung (z. B. Vgs des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31) basierend auf einer Eingangsbauelementenspannung (z. B. Vds des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31), die unter Verwendung eines aktiven Halbleiterbauelements 31, 32, 33 (z. B. dem Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31) von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30, 30', 30", die mit einer der Vielzahl von positiven Abtastleitungen 26 und einer der Vielzahl von negativen Abtastleitungen 28 elektrisch verbunden sind, angelegt wurde. Der nächste Schritt des Verfahrens ist 104, das Abtasten des Bauelementenstroms (z. B. Ids des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31), der von dem aktiven Halbleiterbauelement 31, 32, 33 von jeder der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30, 30', 30" übertragen wurde, unter Verwendung einer Strommesseinrichtung 44 der Zellenabtastleseeinheit 50, wenn die Eingangsbauelementenspannung (z. B. Vds des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31) durch die Spannungsquelle 52 alterniert wird. Für den Bipolartransistor 32 kann das Verfahren zum Beispiel den Schritt 106 des Messens eines Sättigungskollektorstroms von einem Kollektor 66 zu einem Emitter 64 eines Bipolartransistors 32 beinhalten. Für den Siliziumgleichrichter 33 kann das Verfahren den Schritt 108 des Ermittelns eines Stromflusses als eine Funktion der Spannung über die Gleichrichteranode 58 und die Gleichrichterkathode 56 eines Siliziumgleichrichters 33 beinhalten.
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Das Verfahren wird mit dem Schritt 110 fortgesetzt, dem Berechnen der Vorspannung, die für jedes aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33 mit dem abgetasteten Bauelementenstrom (z. B. Ids des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31) korrespondiert. Für den Sperrschicht-Feldeffekttransistor 31 kann der Schritt 110 des Berechnens der Vorspannung, die mit dem abgetasteten Bauelementenstrom für jedes aktive Halbleiterbauelement 31, 32, 33 korrespondiert, den Schritt 112 des Messens eines Sättigungsstroms an Quellenspannungen außerhalb eines Ohmschen Bereichs des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31 aufweisen, um die Vorspannung zu ermitteln. Das Verfahren kann auch den Schritt 114 des Messens der Steigung einer abgetasteten Bauelementenstrom-Eingangsbauelementenspannungs-Kurve des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31 in einem linearen Bereich und 116 des Berechnens einer Basisvorspannung (Vgs ), die zu einer bestimmten Strom-Spannungskennlinie, basierend auf einem abgetasteten Bauelementenstrom unter Verwendung bekannter Kennlinien des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31 geführt hat, aufweisen.
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Das Verfahren wird bei 118, dem Ermitteln einer Zellenspannung von jeder einer Vielzahl von Batteriezellen 24, die mit einer der Vielzahl von Zellenabtasteinheiten 30, 30', 30" elektrisch verbunden sind, basierend auf der berechneten Vorspannung (z. B. Vgs des Sperrschicht-Feldeffekttransistors 31), beendet.
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Es ist offensichtlich, dass Änderungen an dem, was hierin beschrieben und dargestellt worden ist, gemacht werden können, ohne jedoch von dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzbereich abzuweichen. Die oben stehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung angegeben worden. Sie ist nicht vorgesehen, allumfassend zu sein oder die Erfindung zu beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer speziellen Ausführungsform sind grundsätzlich nicht auf diese spezielle Ausführungsform begrenzt, sondern sind, wo dies möglich ist, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn dies nicht spezifisch dargestellt oder beschrieben ist. Diese können auch auf viele Arten verändert werden. Solche Veränderungen sind nicht als ein Abweichen von der Erfindung bzw. Offenbarung anzusehen und sämtliche solche Modifikationen sind als innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung eingeschlossen anzusehen. Der Fachmann wird erkennen, dass in Verbindung mit dem beispielhaften Batterieüberwachungssystem beschriebene Konzepte in ähnlicher Weise in viele andere Systeme implementiert werden können, um einen oder mehrere Vorgänge und/oder Funktionen zu steuern.
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Beispielhafte Ausführungsformen sind angegeben, so dass diese Offenbarung vollständig ist und den Schutzbereich an den Fachmann vollständig weitergibt. Unzählige spezifische Details sind angegeben, wie Beispiele von spezifischen Bauteilen, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist für den Fachmann klar, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen auf viele unterschiedliche Arten ausgeführt werden können und dass keine so ausgelegt werden sollte, dass sie den Schutzbereich der Erfindung begrenzt. In einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Strukturen von Vorrichtungen und gut bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens von speziellen beispielhaften Ausführungsformen und ist nicht dafür vorgesehen, einschränkend zu sein. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“, „der“, „die“, „das“ so gemeint sein, dass sie auch die Pluralformen beinhalten, solange der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes aussagt. Die Angaben „aufweisen“, „aufweisend“, „beinhalten“ und „haben bzw. mit“ sind einschließend und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Bauteilen, sie schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elemente, Bauteilen und/oder Gruppen davon aus. Die Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge, die hierin beschrieben werden, sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Ausführung in der genannten oder dargestellten Reihenfolge erfordern, solange nicht eine spezifische Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sollte auch deutlich sein, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „an“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht angegeben ist, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden oder gekoppelt zu dem anderen Element oder der anderen Schicht sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu kann, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden zu“ oder „direkt gekoppelt zu“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht angegeben ist, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf eine ähnliche Art und Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Vergleich zu „direkt dazwischen“, „benachbart“ im Gegensatz zu „direkt benachbart“, usw.). Wie hierin verwendet, beinhaltet die Bezeichnung „und/oder“ jede und sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der damit verbundenen angegebenen Gegenstände.
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Obwohl die Angaben erster, zweiter, dritter, usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Elemente, Bauteile, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Angaben eingeschränkt werden. Diese Angaben werden möglicherweise nur verwendet, um ein Element, ein Bauteil, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Angaben, wie zum Beispiel „erster“, „zweiter“ und andere nummerische Angaben, implizieren, wenn sie hierin verwendet werden, nicht eine Sequenz oder Reihenfolge, wenn dies durch den Zusammenhang nicht eindeutig angegeben ist. Somit könnte ein erstes Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt, das oben beschrieben wurde, auch als ein zweites Element, Bauteil, Bereich, Schicht oder Abschnitt sein, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/572657 [0001]
- US 16/160034 [0001]
