EP2810031A2 - Verfahren und vorrichtung zur überwachung einer temperatur eines temperaturempfindlichen systems - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur überwachung einer temperatur eines temperaturempfindlichen systems

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Publication number
EP2810031A2
EP2810031A2 EP13700526.0A EP13700526A EP2810031A2 EP 2810031 A2 EP2810031 A2 EP 2810031A2 EP 13700526 A EP13700526 A EP 13700526A EP 2810031 A2 EP2810031 A2 EP 2810031A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
signal
sensors
combination
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13700526.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Doege
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2810031A2 publication Critical patent/EP2810031A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/02—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values
    • G01K3/06—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values in respect of space
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/007—Testing

Definitions

  • the present invention relates to a method for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, such as an energy storage, to a device for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, to a temperature-sensitive system and to a corresponding computer program product.
  • a temperature-sensitive system such as an energy storage
  • Temperature-sensitive systems such. As batteries for electric vehicles are usually specified in terms of life, electrical performance or performance and safety and designed accordingly. Aging processes, such as resistance increases and capacity losses, are mostly thermally activated processes. Also security-related processes, such. B. unwanted exothermic side reactions (eg., "Thermal runaway") and the structure of an internal pressure, are determined by the temperature. Therefore, detection or monitoring of the temperature of the individual system components is essential.
  • the temperature is often monitored only at one point in a battery pack of up to 20 cells.
  • electric vehicles for example, depending on the number of individual elements of the energy storage used z. T. up to 100 temperature sensors or more are used.
  • unmonitored memory cells there is a risk of a
  • Performance or safety-critical state of this element is not to be believe it. If every single cell temperature is detected, this means a large number of sensors, including the associated expense of data transmission. Due to the large number of active individual elements in a total battery in the order of 100 to 8000, the cost of temperature detection increases at each individual element. Even systems with rather few and relatively large individual components may require a large monitoring effort, since in this case the individual objects are to be monitored by sensors in several places. Disclosure of the invention
  • the present invention provides an improved method for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, an improved device for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, an improved temperature-sensitive
  • combination signals such as temperature sensor sum signals or other types of logical operation, in relation to a temperature reference signal.
  • the reference signal may in particular also be generated from a combination of a plurality of individual signals or sensor signals.
  • the combination signals are compared with the reference signal, which may be another combination signal. This can z. B. with relatively little effort a deviation from the normal state for all interesting temperature points are detected. Since, in addition to the reference signal, only one or more combination signals come to be evaluated in comparison with an otherwise large number of signals, the evaluation effort and / or the data transfer effort can be reduced.
  • One advantage of the present invention is that in particular the performance, the service life and also the safety status of the temperature-sensitive system can be improved. For example, a large number of temperature measuring points can be detected by sensors in the temperature range. temperature-sensitive system using embodiments of the present invention are evaluated with little effort in terms of unwanted temperature conditions and thus monitored. This can also increase a speed of detection of possibly critical temperature conditions, a sensitivity of the detection can be increased and a cost of the temperature condition monitoring can be reduced. It may be the effort in terms of z. As sensors, cabling and measurement are minimized without monitoring only a portion of the monitored elements. It is possible to monitor all individual elements, which provides accurate information for assessing the system status.
  • Performance and life of an energy storage with individual memory cells usually depend on an electrical, thermal and mechanical load on such components. For this and also for safety reasons, for example, such battery packs are usually also temperature monitored. According to embodiments of the present invention, the monitoring effort can be reduced with substantially retained accuracy by transmitting and evaluating the difference, sum or result of another type of logical operation or arithmetic operation instead of the individual sensor signals. Compared with an immediate detection of all individual signals at a monitoring unit, the measuring points of interest can also be monitored and thus critical system states can be comprehensively detected. For example, in a lithium battery system, the load may be removed from the system before a negative effect of a critical temperature condition, e.g. B. a "thermal runaway", and / or permanent damage to the system occurs.
  • a critical temperature condition e.g. B. a "thermal runaway"
  • a method for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system comprising at least two sensors for generating temperature-representative sensor signals, comprises the following steps:
  • the temperature-sensitive system may, for example, an electrical storage or energy storage, in particular a so-called battery pack having a plurality of memory cells have.
  • other temperature-controlled, dynamic or static systems are also suitable as a temperature-sensitive system.
  • systems that are subject to electrochemical, chemical and physical processes which are temperature activated in possible system states.
  • Battery packs are used for the electrical power supply of, for example, portable electrical appliances and electric vehicles. Battery packs may have series and / or parallel electrical storage cells.
  • the memory cells can z.
  • electric vehicle batteries and batteries of other bat- terie desener electrical equipment, but also, for example, systems in the
  • the sensors may, for example, be temperature sensors, in particular temperature-dependent resistors, thermocouples and the like, or other types of sensors whose sensor signals allow conclusions to be drawn about a temperature.
  • the sensors can be arranged at respective measuring points in the temperature-sensitive system. At each of the measuring points, a temperature in the temperature-sensitive system is to be recorded and monitored. At the sensors, the sensor signals can be tapped.
  • the sensor signals may be, for example, voltage signals, resistance signals, pressure signals or even optical signals.
  • the first combination signal may comprise a suitable combination of at least two sensor signals.
  • the first combination signal may be a reference signal.
  • the second combination signal may comprise at least one sensor signal or a suitable combination of at least two sensor signals.
  • the comparison signal may be configured to indicate any temperature deviations that may result from at least one sensor signal.
  • the comparison signal may be processed by a suitable algorithm to determine a temperature condition of the temperature-sensitive system.
  • a step of generating the first combination signal from a first signal group of at least one sensor signal and the second combination signal from a second signal group of at least one sensor signal may be provided.
  • the first combination signal can be generated based on a suitable combination of at least two sensor signals which form the first signal group.
  • the step of generating may be performed repeatedly for at least one of the combination signals, wherein an associated signal group may be retained or a signal group may be used with at least partially different sensor signals.
  • the step of combining may be performed by a suitable combination device.
  • Comparable can be generated. This allows flexible, accurate and comprehensive temperature monitoring.
  • the first signal group and the second signal group may have at least one non-common sensor signal. If, for example, two sensor signals are present, then the first signal group can have both sensor signals and the second signal group can have one of the sensor signals. The first signal group and the second signal group may also have completely different or derived from different sensors sensor signals.
  • Such an embodiment offers the advantage that a flexibly adaptable temperature monitoring is made possible, wherein a temperature-critical element of the temperature-sensitive system can be detected reliably and quickly.
  • a step of assigning at least one sensor signal to the first signal group and at least one sensor signal to the second signal group may be provided.
  • Such an embodiment offers the advantage that a Adaptable temperature monitoring is made possible flexibly to prevailing temperature conditions and / or operating states of the temperature-sensitive system, with comprehensive and needs-based monitoring of all required measuring points as well as detection of a temperature-critical element of the temperature-sensitive system being improved.
  • a step of determining at least one logical operation and / or one arithmetic operation depending on a type of the sensors may be provided.
  • the step of generating the first combination signal and the second combination signal under
  • Such an embodiment offers the advantage that a flexible and accurate temperature monitoring which can be adapted flexibly and as needed to sensor-technical conditions of the temperature-sensitive system and thus reliable and precise is made possible.
  • a step of determining at least one logical operation and / or one arithmetic operation in dependence on the combination signals may be provided.
  • the step of comparing the first combination signal and the second combination signal can be compared using the determined, at least one logical operation and / or arithmetic operation.
  • the at least one logical operation and / or arithmetic operation can be determined depending on which signals the combination signals were generated from and / or which logical operation and / or arithmetic operation was used in the step of generating.
  • the comparison signal a temperature state, for. B. represent a current temperature condition, the temperature-sensitive system. At the given temperature state, it may be a critical temperature state or a normal temperature state of the temperature-sensitive system.
  • the critical temperature state and the normal temperature state can each represent a range of temperatures.
  • it can be evaluated whether the temperature state represented by the comparison signal corresponds to a critical temperature state or a normal temperature state of the temperature-sensitive system.
  • the ratio of the temperature state represented by the comparison signal with respect to the predetermined temperature state can be evaluated quantitatively and / or with respect to a predetermined ratio.
  • the present invention further provides an apparatus for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, the system comprising at least two sensors for generating temperature-representative sensor signals, the apparatus being configured to perform the steps of the above-mentioned method.
  • the apparatus may comprise means adapted to carry out each step of the above-mentioned method.
  • This embodiment of the invention in the form of a device can also be used to solve the problem underlying the invention quickly and efficiently.
  • a device can be understood as meaning an electrical device or control device which processes sensor signals and carries out a temperature monitoring in dependence thereon.
  • the device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • the present invention also provides a temperature sensitive system having the following features: at least two temperature-sensitive devices; at least two sensors for generating sensor signals representing a temperature of the temperature-sensitive devices; and an above-mentioned device for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, wherein the device is connected to the sensors by means of a communication interface in order to receive the sensor signals.
  • an aforementioned device can be advantageously used to monitor a temperature of the temperature-sensitive system.
  • the temperature-sensitive devices may be, for example, individual memory cells of an electrical energy store.
  • Also of advantage is a computer program product with program code which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the above-mentioned method when the program is executed on a computer or a device.
  • a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • Fig. 1 is a schematic representation of a temperature-sensitive system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of a portion of a temperature sensitive system according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of a portion of a temperature-sensitive system according to one embodiment of the present invention
  • 4 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a temperature-sensitive system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature-sensitive system 100 has, by way of example, two temperature-sensitive devices 105A and 105B, for example two sensors 110A and 110 and a temperature monitoring device or device 120 for monitoring a temperature of the temperature-sensitive system 100 with a comparison device 130 and an evaluation device 140.
  • the temperature-sensitive system 100 is, for example, an electrical energy store, in particular a battery pack or the like.
  • the temperature-sensitive devices 105A and 105B are, for example, individual battery cells or memory cells.
  • the sensors 1 10A and 1 10B are temperature sensors, for example temperature-dependent resistors, thermocouples or the like.
  • the temperature sensitive device 105A represents a first temperature sensitive device.
  • the sensor 1 10A represents a first sensor.
  • the temperature sensitive device 105B represents a second temperature sensitive device.
  • the sensor 1 1 OB represents a second sensor.
  • the first temperature-sensitive device 105A has a first measuring point at which the first sensor 110A is arranged.
  • the second temperature-sensitive device 105B has a second measuring point at which the second sensor 110B is arranged.
  • a single temperature-sensitive device may also be provided which has at least one measuring point on which a sensor is arranged.
  • a number of the temperature sensitive devices, measurement points, and sensors may also be significantly larger than shown in FIG. 1, according to other embodiments of the present invention.
  • the sensors 1 10A and 1 10B are configured to generate sensor signals representative of the temperature of temperature sensitive devices 105A and 105B.
  • the first sensor 1 10A is designed to generate a first sensor signal representing the temperature of the first temperature-sensitive device 105A.
  • the second sensor 10B is configured to generate a second sensor signal representing the temperature of the second temperature sensitive device 105B.
  • the sensors 11A and 10B are connected to the device 120 by means of a communication channel, for example at least one electrical line, a radio link or the like.
  • the temperature monitor 120 is configured to receive the sensor signals from the sensors 110A and 110B.
  • the device 120 has the comparison device 130 and the evaluation device 140.
  • the comparison device 130 is designed to compare a first combination signal generated from the exemplary two sensor signals of the sensors 110A and 110B and a second combination signal generated from at least one sensor signal of the two sensors 110A and 110B, in order to provide a comparison signal produce.
  • the comparison device 130 is designed, for example, to generate the first combination signal and the second combination signal using at least one determinable logical one
  • the evaluation device 140 is designed to evaluate the comparison signal with respect to a temperature state of the temperature-sensitive system 100 in order to carry out the monitoring of the temperature of the temperature-sensitive system 100.
  • the device 120 may also include a generating device for generating the first combination signal from, for example, the first sensor signal of the first sensor 1 10A and the second sensor signal of the second sensor 1 1 OB and the second combination signal from FIG have first or the second sensor signal.
  • the generation device is designed, for example, to generate the first combination signal and the second combination signal using at least one ascertainable logical combination and additionally or alternatively a detectable arithmetic operation.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a part of a temperature-sensitive system according to an embodiment of the present invention.
  • the temperature-sensitive system may be the temperature-responsive system of FIG. 1.
  • 20 temperature-sensitive devices 105 or battery cells which may correspond to the temperature-sensitive devices of FIG.
  • sensors 1 10 or temperature-dependent resistors are shown by way of example in FIG. 2, which may correspond to the sensors of FIG .
  • an electrical current I and voltages Ui, U 2 , U 3 and U 4 or combination signals are shown.
  • the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2 may be a battery comprising, by way of example, a battery cell as a temperature-sensitive system with temperature-dependent resistors as sensors 110.
  • a battery cell for reasons of space and clarity, only two of the temperature-sensitive devices 105 and two of the sensors 110 are designated in FIG. 2 by reference numerals.
  • the temperature-sensitive devices 105 comprise, by way of example, ten parallel-connected battery cells and two series-connected battery cells (10P2S and 2s10p, respectively). At or in each temperature-sensitive device 105 or battery cell, a sensor 1 10 or temperature-dependent resistor is arranged.
  • the sensors 110 are arranged in two strands of ten sensors 1 10 connected in series. The strands of sensors 1 10 are each traversed by electric current I. At the beginning and at the end of each strand of sensors 1 10 and between any adjacent sensors 1 10 each strand an electrical voltage can be tapped.
  • a voltage U 2 which represents a first combination signal from FIG. 1, is tapped, for example, between the beginning and the end of the string 1 10 shown in FIG. 2 below.
  • the voltage U 3 which represents a second combination signal from FIG. 1, is exemplified between the beginning of FIG. 2 Stands above shown sensors 1 10 and a location between the third sensor 1 10 and the fourth sensor 1 10 tapped this strand.
  • a voltage U 4 which represents a first combination signal from FIG. 1, is tapped, for example, between the beginning and the end of the string of sensors 1 10 shown in FIG. 2 above.
  • the combination signals represented by the voltages Ui, U 2 , U 3 and U 4 are signals which are determined by summing up individual sensor signals of the sensors 1 10.
  • a comparison device for comparing the combination signals can be designed to take into account in each case the number of combined sensor signals in a comparison to be performed.
  • the comparison device can be designed to normalize the combination signals before the comparison, for example by a value of a combination signal being respectively output by the
  • FIG. 2 shows a comparison of partial to total voltage or partial to total voltage drop or partial to total signal level in one of the strings of sensors 110.
  • a temperature monitoring device such as the device of FIG. 1
  • the combination signals or voltages Ui, U 2 , U 3 and U 4 are compared.
  • the voltage Ui and the voltage U 2 can be compared with one another and the voltage U 3 and the voltage U 4 can be compared with one another.
  • a sensor signal of a sensor 110 for example Ui, can be set in relation to the overall signal, for example U 2 .
  • a deviation of a single element state or temperature state of a single temperature-sensitive device 105 from the temperature state of the entirety of temperature-sensitive devices 105 can be determined according to one possibility become.
  • a comparison of the third part of a partial signal, such as U 3 , with the tenth part of the total signal, such as U 4 are employed.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a part of a temperature-sensitive system according to an embodiment of the present invention. The representation in FIG. 3 corresponds to the illustration from FIG. 2, with the exception that thermoelements are provided as sensors 1 10 by way of example, and thus combination signals Ti, T 2 , T 3 and T 4 are obtained in a somewhat different manner.
  • thermocouples or sensors 1 10 are arranged in two groups, which substantially correspond to the two strands of Fig. 2. Specifically, an upper group and a lower group of sensors 110 are shown in FIG. This is done at each
  • Sensor 1 10 tapped a voltage as a sensor signal.
  • the voltages of the sensors 1 10 can be combined differently depending on requirements and from this the combination signals Ti, T 2 , T 3 and T 4 are generated.
  • the combination signals Ti, T 2 , T 3 and T 4 can be determined in suitable combination devices.
  • Such a combination device can be designed, for example, to receive at least two sensor signals of two of the sensors 110, to combine them together to produce a combination signal, for example the combination signal T 4 , and to output the generated combination signal to a comparison device.
  • the combination device can be designed to determine the combination signal as an average value from the received sensor signals.
  • FIG. 3 shows a comparison or an evaluation of the signals of respectively two subclusters or subgroups of the groups of sensors 110.
  • the mean values of the voltages per measuring point can be set in relation to each other and then thermal deviations of the temperature-sensitive devices 105 can be derived.
  • a first combination signal Ti an average value of the voltages of nine of the ten sensors 110 of the lower group of sensors 110 can be compared with a voltage of the tenth sensor 110 of the lower group of sensors 110 as the second combination signal T 2 .
  • a mean value of the voltages of eight of the ten sensors 110 of the upper group of sensors 110 with a voltage of the two remaining sensors 110 of the upper group of sensors 110 as a second combination signal T 3 can be compared as a first combination signal T 4 - become.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 2 and 3 are chosen by way of example and can be varied according to the approach according to the invention.
  • the sensor signals of two or more of the sensors 110 may be used.
  • the combination signal U2 shown in FIG. 2 fewer than the sensor signals of all the sensors 110 of a string of temperature-sensitive devices 105, that is to say only the sensor signals from a subset of all sensors 110 of the string, can also be used.
  • a sensor signal can be used for both
  • Combination signal U1 and for the combination signal U2 are used.
  • no same sensor signals can be used for the combination signals U1, U2.
  • the combination signals used for the individual groups so for example, the combination onsignals U1, U2 for the lower group shown and the combination signals
  • the combination signals U1, U3 may correspond or differ from each other with respect to the sensor signals used.
  • the combination signals U2, U4 may correspond or differ from each other with respect to the sensor signals used.
  • the assignment to groups is generally, for. B. in electrical storage devices, regardless of the grouping in terms of their electrical function or other arrangement criteria.
  • An association between sensor signals and combination signals can be changed.
  • the combination signals U1, U2 can be compared with each other. Subsequently, depending on a comparison result or alternatively independently of a comparison result, at least one of the combination signals U1, U2 can be changed, ie, it can be For example, for the combination signal U1 another or an additional sensor signal can be used, and then a new comparison of the combination signals U1, U2 are performed.
  • a faulty temperature-sensitive device 105 can be located more accurately.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method 400 for monitoring a temperature of a temperature-sensitive system, according to an embodiment of the present invention.
  • the system has at least two sensors for generating sensor signals representing the temperature.
  • the method 400 has a step of comparing 410 a first combination signal generated from at least two sensor signals of the at least two sensors and a second combination signal generated from at least one sensor signal of at least one of the at least two sensors to generate a comparison signal.
  • the method 400 also includes a step of evaluating 420 the comparison signal for a temperature condition of the temperature-sensitive system to perform the monitoring of the temperature of the temperature-sensitive system.
  • the method 400 may be advantageously carried out in conjunction with the apparatus of Fig. 1 and the system of Figs. 1-3, respectively.
  • Further embodiments may be based, for example, on an electronic or electrical sum or difference formation or another type of logical combination or arithmetic operation of the sensor signals near the sensor, in which case only the resulting combination signals are transmitted to the device 120.
  • the type and embodiment may vary depending on the required sensitivity and the type of sensors used. This includes the kind of logical Link on.
  • a realization of the underlying principle may also be based on different types of sensors 110, and different types of sensors 110 may also be used in a system 100.
  • a corresponding adaptation of the evaluation of the sensor signals is provided in this case. This also applies in the case when different temperature levels on an object are the normal case and only one type of sensor 1 10 is used.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren (400) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systemsvorgeschlagen. Dabei weist das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen auf. Das Verfahren (400) weist einen Schritt des Vergleichens (410) eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals auf, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Das Verfahren (400) weist auch einen Schritt des Auswertens (420) des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems auf, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wie einen Energiespeicher, auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, auf ein temperaturempfindliches System sowie auf ein entsprechendes Computer-Programmprodukt.
Eigenschaften temperatursensitiver Systeme bzw. komplexer technischer Sys- teme werden häufig von der Temperatur ihrer Elemente beeinflusst und erfordern daher eine Temperaturüberwachung und meist auch eine Temperaturkontrolle. Temperatursensitive Systeme, wie z. B. Batterien für Elektrofahrzeuge, sind meist hinsichtlich Lebensdauer, elektrischer Leistungsfähigkeit bzw. Performance und Sicherheit spezifiziert und entsprechend ausgelegt. Alterungsvorgänge, wie Widerstandserhöhungen und Kapazitätsverluste, sind zumeist thermisch aktivierte Prozesse. Auch sicherheitsrelevante Prozesse, wie z. B. ungewollte exotherme Nebenreaktionen (z. B. "thermal runaway") und der Aufbau eines Innendruckes, sind von der Temperatur bestimmt. Von daher ist eine Erfassung bzw. Überwachung der Temperatur der individuellen Systemkomponenten wesentlich.
Bei Elektrowerkzeugen beispielsweise wird häufig lediglich an einer Stelle in einem Batteriepack von bis zu 20 Zellen die Temperatur überwacht. Bei Elektro- fahrzeugen beispielsweise kommen je nach Anzahl der verwendeten Einzelelemente des Energiespeichers z. T. bis zu 100 Temperatursensoren oder mehr zum Einsatz. Bei nicht überwachten Speicherzellen besteht die Gefahr, einen
Performance- oder sicherheitskritischen Zustand dieses Elementes nicht zu er- fassen. Wird jede einzelne Zelltemperatur erfasst, bedeutet dies eine große Anzahl an Sensoren, inklusive des damit verbundenen Aufwandes der Datenübermittlung. Aufgrund der großen Anzahl von aktiven Einzelelementen in einer Gesamtbatterie in der Größenordnung von 100 bis 8000 steigt der Aufwand bei der Temperaturerfassung an jedem Einzelelement. Auch Systeme mit eher wenigen und dafür relativ großen Einzelkomponenten erfordern gegebenenfalls einen großen Überwachungsaufwand, da in diesem Falle die einzelnen Objekte dafür an mehreren Stellen sensorisch zu überwachen sind. Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, eine verbesserte Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, ein verbessertes temperaturempfindliches
System und ein verbessertes Computer-Programmprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt eine vorteilhafte
Erfassung von Kombinationssignalen, beispielsweise Temperatursensor- Summensignalen oder anderer Arten der logischen Verknüpfung, im Verhältnis zu einem Temperatur-Referenzsignal. Das Referenzsignal kann dabei insbesondere auch aus einer Verknüpfung mehrerer Einzelsignale bzw. Sensorsignale generiert sein. Die Kombinationssignale werden mit dem Referenzsignal, bei dem es sich um ein weiteres Kombinationssignal handeln kann, verglichen. Damit kann z. B. mit relativ geringem Aufwand eine Abweichung vom Normalzustand für alle interessanten Temperaturstellen erfasst werden. Da neben dem Referenzsignal nur eines oder mehrere Kombinationssignale gegenüber einer ansonsten großen Zahl von Signalen zur Auswertung kommen, kann der Auswerteaufwand und/oder der Datentransferaufwand verringert werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass insbesondere die Leistungsfähigkeit, die Lebensdauer und auch der Sicherheitszustand des tempera- turempfindlichen Systems verbessert werden können. So kann beispielsweise eine große Anzahl von Temperaturmesspunkten mittels Sensoren in dem tempe- raturempfindlichen System unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit geringem Aufwand hinsichtlich ungewollter Temperaturzustände ausgewertet und somit überwacht werden. Damit kann auch eine Geschwindigkeit der Erfassung gegebenenfalls kritischer Temperaturzustände erhöht werden, eine Sensitivität der Erfassung erhöht werden und ein Aufwand der Temperaturzustandsüberwachung verringert werden. Es kann der Aufwand hinsichtlich z. B. Sensoren, Verkabelung und Messtechnik minimiert werden, ohne dabei lediglich einen Teil der zu überwachenden Elemente zu überwachen. Es ist eine Überwachung aller Einzelelemente möglich, was genaue Informationen zur Bewertung des Systemzustandes liefert.
Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines Energiespeichers mit einzelnen Speicherzellen hängen zumeist von einer elektrischen, thermischen und mechanischen Belastung solcher Bauteile ab. Aus diesem und auch aus sicherheitstechnischen Gründen werden beispielsweise derartige Batteriepacks zumeist auch temperaturüberwacht. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Überwachungsaufwand bei im Wesentlichen beibehaltener Genauigkeit verringert werden, indem anstatt der einzelnen Sensorsignale deren Differenz, Summe oder Ergebnis einer anderen Art der logischen Verknüpfung oder arithmetischen Operation übermittelt und ausgewertet wird. Gegenüber einer unmittelbaren Erfassung aller Einzelsignale an einer Überwachungseinheit können ebenfalls die interessierenden Messpunkte überwacht und damit kritische Systemzustände umfassend detektiert werden. In einem Lithium-Batteriesystem kann beispielsweise die Last vom System genommen werden, bevor ein eine negative Auswirkung eines kritischen Temperaturzustandes, z. B. ein "thermal runaway", und/oder eine dauerhafte Schädigung des Systems eintritt.
Ein Verfahren zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, umfasst die folgenden Schritte:
Vergleichen eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals, um ein Vergleichssignal zu erzeugen; und Auswerten des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen.
Das temperaturempfindliche System kann beispielsweise einen elektrischen Speicher bzw. Energiespeicher, insbesondere einen sogenannten Batteriepack mit einer Mehrzahl von Speicherzellen, aufweisen. Prinzipiell kommen auch andere temperaturbestimmte, dynamische bzw. statische Systeme als temperatur- empfindliches System infrage. Von Interesse sind auch Systeme, die elektrochemischen, chemischen bzw. physikalischen Prozessen unterliegen, welche in möglichen Systemzuständen temperaturaktiviert sind. Batteriepacks werden zur elektrischen Energieversorgung von beispielsweise tragbaren elektrischen Geräten und Elektrofahrzeugen verwendet. Batteriepacks können seriell und/oder pa- rallel verschaltete elektrische Speicherzellen aufweisen. Die Speicherzellen können z. B. elektrochemische Zellen oder auch Kondensatoren umfassen. Batteriepacks können ein bis etwa zehn Zellen umfassen, aber es können auch bis zu mehrere Tausend Speicherelemente zu einem Gesamtsystem zusammengeschaltet sein. Insbesondere Elektrofahrzeugbatterien und Batterien anderer bat- teriebetriebener elektrischer Geräte, aber beispielsweise auch Systeme in der
Prozess- und Funktionsüberwachung im Bereich Chemie (z. B. Verbrennung, Reaktoren, etc.), Physik (z. B. Verdampfung, Beschichtung, etc.) und Biologie können temperaturempfindliche Systeme darstellen. Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um Temperatursensoren, insbesondere um temperaturan- hängige Widerstände, Thermoelemente und dergleichen, oder um andere Arten von Sensoren handeln, deren Sensorsignale Rückschlüsse auf eine Temperatur zulassen. Die Sensoren können an jeweiligen Messpunkten in dem temperaturempfindlichen System angeordnet sein. An den Messpunkten ist jeweils eine Temperatur in dem temperaturempfindlichen System zu erfassen und zu über- wachen. An den Sensoren können die Sensorsignale abgreifbar sein. Die Sensorsignale können beispielsweise Spannungssignale, Widerstandssignale, Drucksignale oder auch optische Signale sein. Das erste Kombinationssignal kann eine geeignete Kombination von zumindest zwei Sensorsignalen aufweisen. Bei dem ersten Kombinationssignal kann es sich um ein Referenzsignal handeln. Das zweite Kombinationssignal kann zumindest ein Sensorsignal oder eine geeignete Kombination von zumindest zwei Sensorsignalen aufweisen. Der Schritt des Vergleichens kann von einer geeigneten Vergleichseinrichtung ausgeführt werden. Das Vergleichssignal kann ausgebildet sein, um etwaige Temperaturabweichungen anzuzeigen, die sich aufgrund zumindest eines Sensorsignals ergeben können. Im Schritt des Auswertens kann das Vergleichssignal mittels eines geeigneten Algorithmus verarbeitet werden, um einen Temperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schritt des Generierens des ersten Kombinationssignals aus einer ersten Signalgruppe von zumindest einem Sen- sorsignal und des zweiten Kombinationssignals aus einer zweiten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal vorgesehen sein. Insbesondere kann im Schritt des Generierens das erste Kombinationssignal basierend auf einer geeigneten Kombination zumindest zweier Sensorsignale, welche die erste Signalgruppe bilden, generiert werden. Der Schritt des Generierens kann für zumindest eines der Kombinationssignale wiederholt durchgeführt werden, wobei eine zugehörige Signalgruppe beibehalten oder eine Signalgruppe mit zumindest teilweise anderen Sensorsignalen verwendet werden kann. Der Schritt des Kombinierens kann von einer geeigneten Kombinationseinrichtung ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch den Schritt des Ge- nerierens einstellbare bzw. anpassbare Kombinationssignale für den Schritt des
Vergleichens generiert werden können. Dies ermöglicht eine flexible, genaue und umfassende Temperaturüberwachung.
Dabei können die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe zumindest ein nicht gemeinsames Sensorsignal aufweisen. Liegen beispielsweise zwei Sensorsignale vor, so kann die erste Signalgruppe beide Sensorsignale aufweisen und kann die zweite Signalgruppe eines der Sensorsignale aufweisen. Die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe können auch vollständig unterschiedliche bzw. von unterschiedlichen Sensoren stammende Sensorsignale aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel anpassbare Temperaturüberwachung ermöglicht wird, wobei ein temperaturkritisches Element des temperaturempfindlichen Systems zuverlässig und rasch erkannt werden kann.
Auch kann ein Schritt des Zuweisens zumindest eines Sensorsignals zu der ers- ten Signalgruppe und zumindest eines Sensorsignals zu der zweiten Signalgruppe vorgesehen sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel an herrschende Temperaturzustände und/oder Betriebszustände des temperaturempfindlichen Systems anpassbare Temperaturüberwachung ermöglicht wird, wobei eine umfassende und bedarfsgerechte Überwachung aller erforderlichen Messpunkte sowie eine Erkennung eines temperaturkritischen Ele- ments des temperaturempfindlichen Systems verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schritt des Ermitteins zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von einer Art der Sensoren vorgesehen sein. Dabei können im Schritt des Gene- rierens das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter
Verwendung der ermittelten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation generiert werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel und bedarfsgerecht an sensortechnische Gegebenheiten des temperaturempfindlichen Systems anpassbare und somit zuver- lässige sowie genaue Temperaturüberwachung ermöglicht wird.
Ferner kann ein Schritt des Bestimmens zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von den Kombinationssignalen vorgesehen sein. Dabei können im Schritt des Vergleichens das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung der bestimmten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation verglichen werden. Insbesondere kann im Schritt des Bestimmens die zumindest eine logische Verknüpfung und/oder arithmetische Operation in Abhängigkeit davon bestimmt werden, aus welchen Signalen die Kombinationssig- nale generiert wurden und/oder welche logische Verknüpfung und/oder arithmetische Operation beim Schritt des Generierens verwendet wurde. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine flexibel anpassbare, zuverlässige sowie genaue Temperaturüberwachung ermöglicht wird. Insbesondere kann im Schritt des Auswertens ein Verhältnis eines von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich eines vorgegebenen Temperaturzustandes ausgewertet werden. Hierbei kann das Vergleichssignal einen Temperaturzustand, z. B. einen aktuellen Temperaturzustand, des temperaturempfindlichen Systems repräsentieren. Bei dem vorgegebenen Tem- peraturzustand kann es ich um einen kritischen Temperaturzustand oder um einen Normaltemperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems handeln. Dabei können der kritische Temperaturzustand und der Normaltemperaturzu- stand jeweils einen Bereich von Temperaturen repräsentieren. Somit kann im Schritt des Auswertens ausgewertet werden, ob der von dem Vergleichssignal repräsentierte Temperaturzustand einem kritischen Temperaturzustand oder ei- nem Normaltemperaturzustand des temperaturempfindlichen Systems entspricht.
Auch kann im Schritt des Auswertens das Verhältnis des von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich des vorgegebenen Temperaturzustandes quantitativ und/oder hinsichtlich eines vorgegebenen Verhältnisses ausgewertet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine unaufwendige, zuverlässige und aussagekräftige Temperaturüberwachung ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei das System zumin- dest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Schritte des oben genannten Verfahrens durchzuführen bzw. umzusetzen. Insbesondere kann die Vorrichtung Einrichtungen aufweisen, die ausgebildet sind, um je einen Schritt des oben genannten Verfahrens auszuführen. Auch durch diese Ausfüh- rungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät bzw. Steuergerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon ei- ne Temperaturüberwachung durchführt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Die vorliegende Erfindung schafft auch ein temperaturempfindliches System mit folgenden Merkmalen: zumindest zwei temperaturempfindlichen Einrichtungen; zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von eine Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen repräsentierenden Sensorsignalen; und einer vorstehend genannten Vorrichtung zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, wobei die Vorrichtung mittels einer Kommunikationsschnittstelle mit den Sensoren verbunden ist, um die Sensorsignale zu empfangen.
In Verbindung mit dem temperaturempfindlichen System kann eine vorstehend genannte Vorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um eine Temperatur des temperaturempfindlichen Systems zu überwachen. Bei den temperaturempfindlichen Einrichtungen kann es sich beispielsweise um einzelne Speicherzellen eines elektrischen Energiespeichers handeln.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des oben genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines temperaturempfindlichen Systems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das temperaturempfindliche System 100 weist beispielhaft zwei temperaturempfindliche Einrichtungen 105A und 105B, beispielhaft zwei Sensoren 1 10A und 1 1 OB sowie eine Temperaturüberwachungsvorrichtung bzw. eine Vorrichtung 120 zur Überwachung einer Temperatur des temperaturempfindlichen Systems 100 mit einer Vergleichseinrichtung 130 und einer Auswerteeinrichtung 140 auf. Bei dem temperaturempfindlichen System 100 handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Batteriepack oder dergleichen. Bei den temperaturempfindlichen Einrichtungen 105A und 105B handelt es sich beispielsweise um einzelne Batteriezellen bzw. Speicherzellen. Bei den Sensoren 1 10A und 1 10B handelt es sich um Temperatursensoren, beispielsweise temperaturabhängige Widerstände, Thermoelemente oder dergleichen.
Die temperaturempfindliche Einrichtung 105A repräsentiert eine erste tempera- turempfindliche Einrichtung. Der Sensor 1 10A repräsentiert einen ersten Sensor.
Die temperaturempfindliche Einrichtung 105B repräsentiert eine zweite temperaturempfindliche Einrichtung. Der Sensor 1 1 OB repräsentiert einen zweiten Sensor. Die erste temperaturempfindliche Einrichtung 105A weist einen ersten Messpunkt auf, an dem der erste Sensor 1 10A angeordnet ist. Die zweite tempe- raturempfindliche Einrichtung 105B weist einen zweiten Messpunkt auf, an dem der zweite Sensor 1 10B angeordnet ist. Auch wenn es in Fig. 1 nicht gezeigt ist, kann auch eine einzige temperaturempfindliche Einrichtung vorgesehen sein, die zumindest einen Messpunkt aufweist, an dem ein Sensor angeordnet ist. Eine Anzahl der temperaturempfindlichen Einrichtungen, Messpunkte und Sensoren kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch beträchtlich größer sein, als es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Sensoren 1 10A und 1 10B sind ausgebildet zur Erzeugung von die Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105A und 105B repräsentierenden Sensorsignalen. Dabei ist der erste Sensor 1 10A ausgebildet, um ein erstes Sensorsignal zu erzeugen, das die Temperatur der ersten temperaturempfindlichen Einrichtung 105A repräsentiert. Der zweite Sensor 1 10B ist ausgebildet, um ein zweites Sensorsignal zu erzeugen, das die Temperatur der zweiten temperaturempfindlichen Einrichtung 105B repräsentiert. Die Sensoren 1 10A und 1 10B sind mittels eines Kommunikationskanals, beispielsweise zumindest einer elektrischen Leitung, einer Funkverbindung oder dergleichen mit der Vorrichtung 120 verbunden.
Die Temperaturüberwachungsvorrichtung bzw. Vorrichtung 120 ist ausgebildet, um die Sensorsignale von den Sensoren 1 10A und 1 10B zu empfangen. Die Vorrichtung 120 weist die Vergleichseinrichtung 130 und die Auswerteeinrichtung 140 auf. Die Vergleichseinrichtung 130 ist ausgebildet, um ein aus den beispiel- haft zwei Sensorsignalen der Sensoren 1 10A und 1 10B generiertes erstes Kombinationssignal und ein aus zumindest einem Sensorsignal der zwei Sensoren 1 10A und 1 10B generiertes zweites Kombinationssignal miteinander zu vergleichen, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Die Vergleichseinrichtung 130 ist beispielsweise ausgebildet, um das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung zumindest einer bestimmbaren logischen
Verknüpfung und zusätzlich oder alternativ einer bestimmbaren arithmetischen Operation zu vergleichen. Die Auswerteeinrichtung 140 ist ausgebildet, um das Vergleichssignal hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems 100 auszuwerten, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems 100 durchzuführen.
Auch wenn es in Fig. 1 nicht gezeigt ist, kann die Vorrichtung 120 auch eine Generiereinrichtung zum Generieren des ersten Kombinationssignals aus beispielhaft dem ersten Sensorsignal des ersten Sensors 1 10A sowie dem zweiten Sensorsignal des zweiten Sensors 1 1 OB und des zweiten Kombinationssignals aus beispielhaft dem ersten oder dem zweiten Sensorsignal aufweisen. Die Generiereinrichtung ist beispielsweise ausgebildet, um das erste Kombinationssignal und das zweite Kombinationssignal unter Verwendung zumindest einer ermittelbaren logischen Verknüpfung und zusätzlich oder alternativ einer ermittelbaren arithmetischen Operation zu generieren. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem temperaturempfindlichen System kann es sich um das temperaturbefindliche System aus Fig. 1 handeln. Von dem temperaturempfindlichen System sind in Fig. 2 beispielhaft 20 temperaturempfindliche Einrichtungen 105 bzw. Batteriezellen, die den temperaturempfindlichen Einrichtungen aus Fig. 1 entsprechen können, und beispielhaft 20 Sensoren 1 10 bzw. temperaturabhängige Widerstände dargestellt, die den Sensoren aus Fig. 1 entsprechen können. Ferner sind ein elektrischer Strom I sowie Spannungen Ui, U2, U3 und U4 bzw. Kombinationssignale gezeigt. Insbesondere kann es sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung um eine beispielhaft 20 Batteriezellen umfassende Batterie als temperaturempfindliches System mit temperaturabhängigen Widerständen als Sensoren 1 10 handeln. Aus Platz- und Übersichtsgründen sind in Fig. 2 lediglich zwei der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 und zwei der Sensoren 1 10 mit Bezugszeichen bezeichnet.
Die 20 temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 umfassen gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung insgesamt beispielhaft zehn parallel verschaltete Batteriezellen und jeweils zwei in Serie verschaltete Batteriezellen (10P2S bzw. 2s10p). An oder in jeder temperaturempfindlichen Einrichtung 105 bzw. Batteriezelle ist ein Sensor 1 10 bzw. temperaturabhängiger Widerstand angeordnet. Die Sensoren 1 10 sind in zwei Strängen von jeweils zehn in Reihe geschalteten Sensoren 1 10 angeordnet. Die Stränge von Sensoren 1 10 sind jeweils von elektrischem Strom I durchflössen. Am Anfang sowie am Ende jedes Stranges von Sensoren 1 10 sowie zwischen beliebigen benachbarten Sensoren 1 10 jedes Stranges kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden.
So wird die Spannung Ui, die ein zweites Kombinationssignal aus Fig. 1 reprä- sentiert, beispielhaft zwischen dem Anfang des in Fig. 2 unten dargestellten
Stranges von Sensoren 1 10 und einer Stelle zwischen dem ersten Sensor 1 10 und dem zweiten Sensor 1 10 dieses Stranges abgegriffen. Eine Spannung U2, die ein erstes Kombinationssignal aus Fig. 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang und dem Ende des in Fig. 2 unten dargestellten Stranges von Sensoren 1 10 abgegriffen. Die Spannung U3, die ein zweites Kombinationssignal aus Fig. 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang des in Fig. 2 oben dargestellten Stranges von Sensoren 1 10 und einer Stelle zwischen dem dritten Sensor 1 10 und dem vierten Sensor 1 10 dieses Stranges abgegriffen. Eine Spannung U4, die ein erstes Kombinationssignal aus Fig. 1 repräsentiert, wird beispielhaft zwischen dem Anfang und dem Ende des in Fig. 2 oben dargestell- ten Stranges von Sensoren 1 10 abgegriffen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kombinationssignalen, die durch die Spannungen Ui, U2, U3 und U4 repräsentiert werden um Signale, die durch eine Aufsummierung einzelner der Sensorsignale der Sensoren 1 10 bestimmt werden. Eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Kombinationssignale kann dabei ausgebildet sein, um bei einem durchzuführenden Vergleich jeweils die Anzahl der zu einem Kombinationssignal kombinierten Sensorsignale zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Vergleichseinrichtung ausgebildet sein, um die Kombinationssignale vor dem Vergleich jeweils zu normie- ren, beispielsweise indem ein Wert eines Kombinationssignals jeweils durch die
Anzahl der zu diesem Kombinationssignal zusammengefassten Sensorsignale geteilt wird.
In Fig. 2 ist ein Vergleich von Teil- zu Gesamtspannung bzw. Teil- zu Gesamt- Spannungsabfall bzw. Teil- zu Gesamtsignalhöhe in jeweils einem der Stränge von Sensoren 1 10 gezeigt. Hierbei können mittels einer Temperaturüberwachungsvorrichtung, wie der Vorrichtung aus Fig. 1 , die Kombinationssignale bzw. Spannungen Ui, U2, U3 und U4 verglichen werden. Hierbei können insbesondere die Spannung Ui und die Spannung U2 miteinander verglichen werden und kön- nen die Spannung U3 und die Spannung U4 miteinander verglichen werden. Hier kann ein Sensorsignal eines Sensors 1 10, beispielsweise Ui, in ein Verhältnis zum Gesamtsignal, beispielsweise U2, gesetzt werden. Aus einem Vergleich von einem Einzelsignal, wie beispielsweise Ui, mit dem zehnten Teil des Gesamtsignals, wie beispielsweise U2, kann gemäß einer Möglichkeit eine Abweichung ei- nes Einzelelementzustandes bzw. Temperaturzustandes einer einzelnen temperaturempfindlichen Einrichtung 105 vom Temperaturzustand der Gesamtheit von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 ermittelt werden. Ebenfalls kann gemäß einer weiteren Möglichkeit ein Vergleich des dritten Teils eines Teilsignals, wie beispielsweise U3, mit dem zehnten Teil des Gesamtsignals, wie bei- spielsweise U4, angestellt werden. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines temperaturempfindlichen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in Fig. 3 entspricht der Darstellung aus Fig. 2 mit der Ausnahme, dass beispielhaft Thermoelemente als Sensoren 1 10 vorgesehen sind und somit auf etwas andere Weise Kombinationssignale T-i , T2, T3 und T4 erhalten werden.
Anzahl, Aufbau sowie Anordnung der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 entsprechen dem in Fig. 2 Gezeigten. In Fig. 3 sind die Thermoelemente bzw. Sensoren 1 10 in zwei Gruppen angeordnet, die im Wesentlichen den zwei Strängen aus Fig. 2 entsprechen. Genau gesagt sind in Fig. 3 eine obere Gruppe und eine untere Gruppe von Sensoren 1 10 dargestellt. Hierbei wird an jedem
Sensor 1 10 eine Spannung als Sensorsignal abgegriffen. Die Spannungen der Sensoren 1 10 können je nach Bedarf unterschiedlich kombiniert und daraus die Kombinationssignale T-i , T2, T3 und T4 generiert werden. Die Kombinationssignale T-i , T2, T3 und T4 können in geeigneten Kombinationseinrichtungen ermittelt wer- den. Eine solche Kombinationseinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um zumindest zwei Sensorsignale zweier der Sensoren 1 10 zu empfangen, miteinander zu kombinieren um ein Kombinationssignal, beispielsweise das Kombinationssignal T4 zu erzeugen und das erzeugte Kombinationssignal an eine Vergleichseinrichtung auszugeben. Beispielsweise kann die Kombinationseinrich- tung ausgebildet sein, um das Kombinationssignal als Mittelwert aus den empfangenen Sensorsignalen zu bestimmen.
In Fig. 3 ist ein Vergleich bzw. eine Auswertung der Signale jeweils zweier Teil- cluster bzw. Untergruppen der Gruppen von Sensoren 1 10 gezeigt. Hier können die Mittelwerte der Spannungen pro Messstelle in ein Verhältnis gesetzt werden und daraufhin thermische Abweichungen der temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 abgeleitet werden. Insbesondere kann als ein erstes Kombinationssignal T-i ein Mittelwert der Spannungen von neun der zehn Sensoren 1 10 der unteren Gruppe von Sensoren 1 10 mit einer Spannung des zehnten Sensors 1 10 der unteren Gruppe von Sensoren 1 10 als zweites Kombinationssignal T2 verglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann als ein erstes Kombinationssignal T4 ein Mittelwert der Spannungen von acht der zehn Sensoren 1 10 der oberen Gruppe von Sensoren 1 10 mit einer Spannung der zwei restlichen Sensoren 1 10 der oberen Gruppe von Sensoren 1 10 als zweites Kombinationssignal T3 vergli- chen werden. Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft gewählt und können entsprechend dem erfindungsgemäßen Ansatz variiert werden.
Beispielsweise kann für das in Fig. 2 gezeigte Kombinationssignal U1 nicht nur das Sensorsignal eines Sensors 1 10, sondern alternativ die Sensorsignale von zwei oder mehreren der Sensoren 1 10 verwendet werden. Entsprechend können für das in Fig. 2 gezeigte Kombinationssignal U2 auch weniger als die Sensorsignale aller Sensoren 1 10 eines Strangs von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105, also auch nur die Sensorsignale von einer Untermenge aller Senso- ren 1 10 des Strangs verwendet werden. Ein Sensorsignal kann sowohl für das
Kombinationssignal U1 als auch für das Kombinationssignal U2 verwendet werden. Alternativ können für die Kombinationssignale U1 , U2 keine gleichen Sensorsignale verwendet werden. Vorteilhafterweise unterscheiden sich zwei miteinander zu vergleichende Kombinationssignale, also beispielsweise die Kombina- tionssignale U1 , U2, durch mindestens ein verwendetes Sensorsignal.
Bei einer Anordnung von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 in mehreren Strängen oder allgemein in mehreren Gruppen, können die für die einzelnen Gruppen eingesetzten Kombinationssignale, also beispielsweise die Kombinati- onssignale U1 , U2 für die untere gezeigte Gruppe und die Kombinationssignale
U3, U4 für die obere gezeigte Gruppe, auf gleiche oder auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Mit anderen Worten können sich die Kombinationssignale U1 , U3 in Bezug auf die verwendeten Sensorsignale entsprechen oder voneinander unterscheiden. Entsprechend können sich die Kombinationssignale U2, U4 in Bezug auf die verwendeten Sensorsignale entsprechen oder voneinander unterscheiden.
Die Zuordnung zu Gruppen ist im Allgemeinen, z. B. bei elektrischen Speichereinrichtungen, unabhängig von der Gruppierung hinsichtlich ihrer elektrischen Funktion oder anderer Anordnungskriterien.
Eine Zuordnung zwischen Sensorsignalen und Kombinationssignalen kann verändert werden. Beispielsweise können die Kombinationssignale U1 , U2 miteinander verglichen werden. Anschließend kann abhängig von einem Vergleichs- ergebnis oder alternativ unabhängig von einem Vergleichsergebnis zumindest eines der Kombinationssignale U1 , U2 verändert werden, d. h., es kann bei- spielsweise für das Kombinationssignal U1 ein anderes oder ein zusätzliches Sensorsignal verwendet werden, und anschließend ein erneuter Vergleich der die Kombinationssignale U1 , U2 durchgeführt werden. Durch eine Auswertung der unterschiedlichen Vergleichsergebnisse kann beispielsweise eine fehlerhafte temperaturempfindliche Einrichtung 105 genauer lokalisiert werden.
Entsprechendes gilt für die anhand der Fig. 3 beschriebenen Kombinationssignale T1 , T2, T3 und T4.
Auch ist die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Anordnung und Verschaltung von temperaturempfindlichen Einrichtungen 105 lediglich beispielhaft gewählt und kann verändert werden.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei weist das System zumindest zwei Sensoren zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen auf. Das Verfahren 400 weist einen Schritt des Vergleichens 410 eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren generierten ersten Kombinationssignals und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren generierten zweiten Kombinationssignals auf, um ein Vergleichssignal zu erzeugen. Das Verfahren 400 weist auch einen Schritt des Auswertens 420 des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems auf, um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems durchzuführen. Das Verfahren 400 kann in Verbindung mit der Vorrichtung aus Fig. 1 bzw. dem System aus den Figuren 1 bis 3 vorteilhaft ausgeführt werden.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert. Weitere Ausführungsformen können beispielsweise auf einer elektronischen bzw. elektrischen Summen- oder Differenzbildung bzw. anderen Art der logischen Kombination oder arithmetischen Operation der Sensorsignale in Sensornähe beruhen, wobei dann nur die resultierenden Kombinationssignale an die Vorrichtung 120 übermittelt werden. Die Art und Ausführungsform kann je nach erforderlicher Sensitivität und nach Art der verwendeten Sensoren 1 10 variieren. Dies schließt die Art der logischen Verknüpfung ein. Verallgemeinert kann eine Realisierung des zugrunde liegenden Prinzips auch auf unterschiedlichen Arten von Sensoren 1 10 basieren, auch können unterschiedliche Arten von Sensoren 1 10 in einem System 100 zum Einsatz kommen. Eine entsprechende Anpassung der Auswertung der Sensorsignale ist in diesem Falle vorgesehen. Dies gilt auch in dem Fall, wenn an einem Objekt unterschiedliche Temperaturniveaus der Normalfall sind und nur eine Art von Sensor 1 10 verwendet wird. Bekannte und aktuelle Anwendungen sind z. B. Elektrofahrzeuge, insbesondere BEV, PHEV, HEV, E-Bikes, Roller, Motorräder etc., stationäre Anlagen, wie z. B. Fotovoltaik, Netzpuffer etc., oder tragbare elektronische Geräte, wie beispielsweise Powertools, Mobiltelefone, Laptops, Camcorder, MP3-Spieler und dergleichen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren (400) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems (100), wobei das System (100) zumindest zwei Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B) zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei das Verfahren (400) folgende Schritte aufweist:
Vergleichen (410) eines aus zumindest zwei Sensorsignalen der zumindest zwei Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B) generierten ersten Kombinationssignals (U2, U4; T-i, T4) und eines aus zumindest einem Sensorsignal zumindest eines der zumindest zwei Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B) generierten zweiten Kombinationssignals (Ui, U3; T2, T3), um ein Vergleichssignal zu erzeugen; und
Auswerten (420) des Vergleichssignals hinsichtlich eines Temperaturzustands des temperaturempfindlichen Systems (100), um die Überwachung der Temperatur des temperaturempfindlichen Systems (100) durchzuführen.
2. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1 , mit einem Schritt des Generierens des ersten Kombinationssignals (U2, U4; T-i, T4) aus einer ersten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal und des zweiten Kombinationssignals (Ui, U3; T2, T3) aus einer zweiten Signalgruppe von zumindest einem Sensorsignal.
3. Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, bei dem die erste Signalgruppe und die zweite Signalgruppe zumindest ein nicht gemeinsames Sensorsignal aufweisen.
4. Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, mit einem Schritt des Zuweisens zumindest eines Sensorsignals zu der ersten Signalgruppe und zumindest eines Sensorsignals zu der zweiten Signalgruppe.
Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 2 und 3, mit einem Schritt des Ermitteins zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von einer Art der Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B), wobei im Schritt des Generierens das erste Kombinationssignal (U2, U4; Ti, T4) und das zweite Kombinationssignal (Ui, U3; T2, T3) unter Verwendung der ermittelten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation generiert werden.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Bestimmens zumindest einer logischen Verknüpfung und/oder einer arithmetischen Operation in Abhängigkeit von den Kombinationssignalen (Ui, U2, U3, U4; "n, T2, T3, T4), wobei im Schritt des Vergleichens (410) das erste Kombinationssignal (U2, U4; T-i, T4) und das zweite Kombinationssignal (Ui, U3; T2, T3) unter Verwendung der bestimmten, zumindest einen logischen Verknüpfung und/oder arithmetischen Operation verglichen werden.
Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt des Auswertens (420) ein Verhältnis eines von dem Vergleichssignal repräsentierten Temperaturzustandes bezüglich eines vorgegebenen Temperaturzustandes ausgewertet wird.
Vorrichtung (120) zur Überwachung einer Temperatur eines temperaturempfindlichen Systems (100), wobei das System (100) zumindest zwei Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B) zur Erzeugung von die Temperatur repräsentierenden Sensorsignalen aufweist, wobei die Vorrichtung (120) ausgebildet ist, um die Schritte eines Verfahrens (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Temperaturempfindliches System (100) mit folgenden Merkmalen: zumindest zwei temperaturempfindlichen Einrichtungen (105; 105A, 105B); zumindest zwei Sensoren (1 10; 1 1 OA, 1 10B) zur Erzeugung von eine Temperatur der temperaturempfindlichen Einrichtungen (105; 105A, 105B) repräsentierenden Sensorsignalen; und einer Vorrichtung (120) gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung (120) mittels einer Kommunikationsschnittstelle mit den Sensoren (1 10; 1 10A, 1 10B) verbunden ist, um die Sensorsignale zu empfangen.
10. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einer Vorrichtung (120) ausgeführt wird.
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