WO2016037820A1 - Messsystem zur batteriezustandsbestimmung - Google Patents

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WO2016037820A1
WO2016037820A1 PCT/EP2015/069112 EP2015069112W WO2016037820A1 WO 2016037820 A1 WO2016037820 A1 WO 2016037820A1 EP 2015069112 W EP2015069112 W EP 2015069112W WO 2016037820 A1 WO2016037820 A1 WO 2016037820A1
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acid battery
battery
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measuring circuits
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Michael Hallmannsegger
Peter Stigler
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a lead-acid battery having a plurality of single cells.
  • a conventional lead-acid battery comprises at least six series-connected plate blocks or cells, each having a voltage of approximately 2 volts, which, when connected in series with a standard starting battery, provide a terminal voltage of approximately 12 volts.
  • the cells have at their top a positive electrode contact and a negative one
  • Electrode contact the so-called connector on.
  • the electrode contacts each comprise comb-like contact elements.
  • Several positive and negative plates are interconnected to plate sets by means of the electrode contacts. By the parallel connection of the individual plates, a surface enlargement is achieved, which allows a higher capacity and current capability of the arrangement.
  • the plate sets are pushed together to form a plate block.
  • Each plate block comprises a positive plate set having a positive electrode contact and a negative plate set having a negative electrode contact.
  • a negative plate comprises a lead lead made of lead.
  • the negative grid also has an electrode contact element which is part of the negative electrode contact.
  • the negative plate has an active material layer of amorphous lead surrounding the negative grid.
  • a positive plate usually, if the lead-acid battery is designed as a non-woven battery, a micro-glass fleece layer which serves as a separator to separate the negative and the positive plate and so a short circuit between the two plates to prevent. Furthermore, the positive plate also has a lead positive electrode grid. It also comprises an electrode contact element. The positive grid is covered by a lead oxide layer as active material, which in turn is surrounded by the micro-glass fleece layer. The glass fiber separators bind the electrolyte, the sulfuric acid, so that This is no longer mobile, so can not leak. Alternatively, a lead-acid battery may also be designed as a wet battery.
  • the described glass fiber fleece is dispensed with and the electrolyte, the sulfuric acid, is unbound between the individual plates of the battery.
  • the electrical insulation of the plates usually takes a separator made of polyethylene. In this case, it is important that the battery has no leaks, otherwise leakage of the sulfuric acid could cause damage both inside and outside the battery.
  • DE 603 08 202 T2 describes a device for charging and monitoring a motor vehicle starter battery. Individual voltages are tapped. However, the measurement and diagnosis takes place centrally.
  • a disadvantage of such an arrangement is that for the leads for the taps to the individual electrodes openings must be formed in the battery, which are prone to corrosion and leakage in principle. Leaks, however, would lead to the problems already described.
  • such an arrangement is relatively expensive to manufacture, since some production steps have to be modified or added. An integration in a conventional manufacturing process and thus the industrializability is therefore difficult and cumbersome. It is therefore an object of the invention to develop a lead-acid battery with a plurality of single cells, the function of which is easy to monitor, which is easy to produce and at the same time robust.
  • the lead-acid battery according to the invention has a plurality of individual cells and a plurality of measuring circuits, also called voltage measuring devices, which are mounted integrated on the respective individual cells in the lead-acid battery and are adapted to measure a respective single-cell voltage.
  • the respective individual cell voltages are measured with the measuring circuits.
  • the lead-acid battery according to the invention comprises cell connectors which electrically connect the positive electrodes and the negative electrodes of the single cells, the measuring circuits each having the
  • the measuring circuits are electrically connected.
  • the measuring circuits can be fixed, for example, on the cell connectors, also called flag connectors. They can also be arranged between the flag connectors.
  • the fixation of the measuring circuits can, for example, by welding or Soldering or gluing done.
  • the measuring circuits are preferably on
  • the measuring circuits each have at least one contact, which electrically contacts the respective measuring circuit with at least one cell connector.
  • the contact can be, for example, a flexible contact. Especially with a wet battery, it is advantageous if the contact is acid-resistant.
  • the measuring circuits each comprise an energy supply interface, which is electrically connected to the cell connectors.
  • the measuring circuits each comprise a charge pump, with which a supply voltage applied to a power supply interface of the respective measuring circuit can be increased, since measuring circuits are usually operated with voltages higher than 2V become.
  • the power supply interface can also be electrically connected to an additional battery as a power supply.
  • the energy supply interface can be electrically connected to an inductive energy transmission component via which the respective measuring circuit is supplied with electrical energy wirelessly. In this variant of the energy supply, the electrical energy can be transmitted to the measuring circuit, for example via a read-out device.
  • the measuring circuits each comprise a microcontroller for processing and / or storing measurement data.
  • a microcontroller includes both a processor and peripherals on a chip and is usually adapted to a specific task field. Its application enables efficient and cost-effective data processing. Storage of measurement data can optionally be done by the
  • Measuring circuit are executed. Alternatively, storage of measurement data externally, i. be performed outside the cells of the lead-acid battery.
  • the detection of the instantaneous cell voltage can be done, for example, cascaded. This means that a momentary cell voltage is only measured up to an accuracy, which is defined by two threshold values. In this type of data acquisition, the data processing and transmission can be realized with little effort or narrowband. Alternatively, a continuous cell voltage measurement, i. a measurement of exact voltage values of the individual cells can be implemented. It may also be sufficient to use only a part of the cells
  • the individual measuring circuits may each comprise a data transmission device for the wireless transmission of measured data.
  • the data transmission can be realized by modulation of a carrier signal with a measured value.
  • a modulation type for example, an amplitude modulation or frequency modulation, pulse code modulation or similar.
  • the data transmission can also be realized by means of a frequency change.
  • Arrangement can also take place via the Radio Frequency Identification (RFID) data transmission.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • data is transmitted without contact and without visual contact from a data carrier, the so-called transponder or tag, to an RFID reader and vice versa.
  • An idea on which the invention is based is to carry out the voltage measurement of the individual cell voltages without impairing the encapsulation of the battery. Additional data transmission lines are thus advantageously avoided by the application of wireless data transmission following this concept.
  • the lead-acid battery according to the invention can be designed, for example, as a wet battery or as an AGM battery or as a lead-gel battery.
  • An AGM battery is to be understood as meaning lead-acid batteries with fleece separators, which were discussed in detail in the introduction.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a lead-acid battery according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a voltage measuring device
  • FIG. 1 shows a perspective view of an opened and cut open lead-acid battery 1 according to one exemplary embodiment of the invention.
  • the battery 1 comprises a housing 2, in which a plurality of cells 4, each with a set of plates with positive and negative plates is arranged.
  • the cells 4 are each separated from each other by partitions 26, but electrically connected by cell connectors formed by electrodes 6 and intercell connectors 27 extending on the plate sets.
  • the cells 4 are alternately welded through intercell connectors 27, so that a series connection of the individual cells 4 occurs.
  • a positive electrode contact positive pole 25 can be seen, which, for example, in the vehicle electrical system with a
  • a voltage measuring device 8 is arranged on the negative electrode 6, which includes, for example, a measuring contact for a positive voltage (not shown) and a measuring contact for a negative voltage (not shown).
  • the measuring contact for a positive voltage with the positive electrode 5 via an electrical connecting line 7 and the measuring contact for a negative voltage to the negative electrode 6 is electrically connected directly.
  • Further voltage measuring devices are located on the remaining cells.
  • a second voltage measuring device 8 can be seen on the positive electrode of a second cell 4.
  • the voltage measuring devices 8 may additionally have a power supply interface (not shown) with contacts for their own electrical power supply. In this case, the voltage measuring devices 8, the energy through the contacts for
  • FIG. 2 illustrates in detail one of the voltage measuring devices 8 shown in FIG.
  • the voltage measuring device 8 shown comprises a first measuring contact 9, which is electrically connected to the electrical connecting line 7 to a positive electrode 5 (not shown) of a cell.
  • the voltage measuring device 8 has a second measuring contact 10, which is electrically connected to a negative electrode 6 (not shown) of a cell 4 (not shown).
  • the detected at the measuring contacts 9, 10 potentials of the electrodes 5, 6 are transmitted via transmission lines 12, 13 to a microcontroller 11.
  • the microcontroller 1 1 processes the detected potential data. For example, the acquired information is converted into digital data and subsequently evaluated. For example, a cell voltage U Ze ii is determined from the detected potentials of the electrodes of the cell. Subsequently, the determined data are further processed. For example, the cell voltage and the cell voltage detected value detected Uzen is stored with an associated time t ss me in a data memory 21st.
  • the determined or stored data are transmitted via a radio data transmission unit 24 to an external data acquisition device (not shown) positioned outside the lead-acid battery.
  • the radio data transmission unit 24 can be designed, for example, as an RFID data transmission device.
  • the radio data transmission unit 24 is connected to the microcontroller 11 via a data transmission line 23.
  • the voltage measuring device 8 may have a power supply interface 14.
  • the power supply interface 14 is electrically connected to the measuring contacts 9, 10 via contact lines 16, 17, for example.
  • a voltage U mess of about 2V As applied to a single cell of a lead-acid battery, for example, only a voltage U mess of about 2V, the
  • the tapped at the measuring contacts 9, 10 voltage U meS s is transformed in a charge pump 15 to a higher supply voltage U s , which corresponds to a voltage, with the example of the microcontroller 1 1 can be operated.
  • the generated electrical supply voltage U s is applied via supply voltage lines 18, 19 to a supply voltage interface 20 of the microcontroller 1.
  • other electronic components can be supplied via the power supply interface 15 with electrical energy.
  • the cell voltage to be measured can also bring about mechanical changes to elements. This change can then be transferred without contact as an (analog) status indicator and evaluated.
  • FIG. 3 shows in a flow chart a method for measuring single-cell voltages of a lead-acid battery having a plurality of measuring circuits integrated in the battery and arranged on the individual cells according to an exemplary embodiment of the invention.
  • step 3.I the potential values W P of the potentials of the electrodes of the individual cells of a lead-acid battery applied to the measuring contacts are detected.
  • step 3. II the detected values become digital
  • a voltage value is determined as the cell voltage value U Ze ii on the basis of the digital potential values W PD .
  • the determined cell voltage value U Ze ii is stored together with a detected measurement time t ms ss.
  • a plurality of measurement data acquired and stored over a certain period of time form a measurement data set D meS s.
  • the acquired and stored measurement data or a stored data are stored
  • Measurement data set D meS s which in particular the determined

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Abstract

Es wird eine Blei-Säure-Batterie beschrieben, die eine Mehrzahl von Einzelzellen und eine Mehrzahl von Messschaltungen aufweist, die an den jeweiligen Einzelzellen in der Blei-Säure-Batterie integriert montiert sind und dazu eingerichtet sind, eine jeweilige Einzelzellspannung zu messen. Es wird auch ein Verfahren zum Messen von Einzelzellspannungen einer Blei-Säure-Batterie mit einer Mehrzahl von in der Batterie integrierten, an den Einzelzellen angeordneten Messschaltungen beschrieben. Bei dem Verfahren werden mit den Messschaltungen die jeweiligen Einzelzellspannungen gemessen.

Description

Messsystem zur Batteriezustandsbestimmung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Blei-Säure-Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen.
Eine herkömmliche Blei-Säure-Batterie umfasst mindestens sechs in Reihe geschaltete Plattenblöcke oder Zellen mit jeweils einer Spannung von ungefähr 2 Volt, welche in Serie geschaltet bei einer Standard-Starterbatterie eine Klemmenspannung von circa 12 Volt liefern. Die Zellen weisen an ihrer Oberseite einen positiven Elektrodenkontakt und einen negativen
Elektrodenkontakt, die sogenannten Verbinder, auf. Die Elektrodenkontakte umfassen jeweils kammartige Kontaktelemente. Mehrere positive und negative Platten sind mit Hilfe der Elektrodenkontakte zu Plattensätzen zusammengeschaltet. Durch die Parallelschaltung der einzelnen Platten wird eine Oberflächenvergrößerung erreicht, was eine höhere Kapazität und Stromfähigkeit der Anordnung ermöglicht. Die Plattensätze sind zu einem Plattenblock ineinander geschoben. Jeder Plattenblock umfasst einen positiven Plattensatz mit einem positiven Elektrodenkontakt und einen negativen Plattensatz mit einem negativen Elektrodenkontakt. Eine negative Platte umfasst ein Elektrodengitter aus Blei. Das negative Gitter hat auch ein Elektrodenkontaktelement, welches Teil des negativen Elektrodenkontakts ist. Die negative Platte weist eine Aktivmaterialschicht aus amorphem Blei auf, welche das negative Gitter umhüllt. Eine positive Platte weist meistens, falls die Blei-Säure-Batterie als Vlies-Batterie ausgelegt ist, eine Mikroglas- vlies-Schicht auf, welche als Separator dient, um die negative und die positive Platte zu trennen und so einen Kurzschluss zwischen den beiden Platten zu verhindern. Weiterhin weist die positive Platte auch ein positives Elektrodengitter aus Blei auf. Es umfasst ebenfalls ein Elektrodenkontaktelement. Das positive Gitter ist von einer Bleioxidschicht als Aktivmaterial ummantelt, die ihrerseits von der Mikroglasvlies-Schicht umgeben ist. Die Glasfaser-Separatoren binden den Elektrolyten, die Schwefelsäure, so dass diese nicht mehr beweglich ist, also nicht auslaufen kann. Alternativ kann eine Blei-Säure-Batterie auch als Nass-Batterie ausgebildet sein. In diesem Fall wird auf das beschriebene Glasfaservlies verzichtet und der Elektrolyt, die Schwefelsäure, befindet sich ungebunden zwischen den einzelnen Platten der Batterie. Die elektrische Isolation der Platten übernimmt hier meist ein Separator aus Polyethylen. In diesem Fall ist es wichtig, dass die Batterie keine Leckagen aufweist, da sonst ein Austreten der Schwefelsäure sowohl zu einem Schaden in der Batterie als auch außerhalb davon führen könnte.
Herkömmlich werden Spannungen von Blei-Säure-Batterien nur als Gesamtspannung gemessen. Die Einzelspannungen der einzelnen Zellen, welche zusammen die Blei-Säure-Batterie bilden, werden nicht gemessen. Somit ist eine Fehlerdiagnose erschwert, wenn zum Beispiel ermittelt werden soll, ob eine der Einzelzellen einer Blei-Säure-Batterie defekt ist und welche der Einzelzellen einer Blei-Säure-Batterie defekt ist.
In DE 603 08 202 T2 wird eine Vorrichtung zum Laden und Überwachen einer Kraftfahrzeug-Starterbatterie beschrieben. Dabei werden Einzelspannungen abgegriffen. Allerdings findet die Messung und Diagnose zentral statt. Ein Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass für die Zuleitungen für die Abgriffe an den einzelnen Elektroden Öffnungen in der Batterie ausgebildet werden müssen, welche prinzipiell anfällig für Korrosion und Leckagen sind. Leckagen würden jedoch zu den bereits beschriebenen Problemen führen. Zudem ist eine solche Anordnung relativ aufwendig in der Herstellung, da einige Produktionsschritte abgeändert bzw. hinzugefügt werden müssen. Eine Integration in einen herkömmlichen Herstellungs- prozess und hiermit die Industrialisierbarkeit ist daher nur schwer möglich und umständlich. Es ist folglich Aufgabe der Erfindung, eine Blei-Säure-Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen zu entwickeln, deren Funktion leicht überwachbar ist, die leicht herzustellen und zugleich robust ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Blei-Säure-Batterie gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Messen von Einzelzellenspannungen einer Blei-Säure-Batterie gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Die erfindungsgemäße Blei-Säure-Batterie weist eine Mehrzahl von Einzelzellen und eine Mehrzahl von Messschaltungen auf, auch Spannungsmesseinrichtungen genannt, die an den jeweiligen Einzelzellen in der Blei- Säure-Batterie integriert montiert sind und dazu eingerichtet sind, eine jeweilige Einzelzellspannung zu messen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen von Einzelzellenspannungen einer Blei-Säure-Batterie mit einer Mehrzahl von in der Batterie integrierten, an den Einzelzellen angeordneten Messschaltungen werden mit den Messschaltungen die jeweiligen Einzelzellspannungen gemessen.
Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, wobei insbesondere die Möglichkeit besteht, die Ansprüche einer Kategorie entsprechend den abhängigen Ansprüchen einer anderen
Anspruchskategorie weiterzubilden.
Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Blei-Säure-Batterie Zellverbinder auf, die die positiven Elektroden und die negativen Elektroden der Einzelzellen elektrisch verbinden, wobei die Messschaltungen jeweils mit den
Zellverbindern elektrisch verbunden sind. Die Messschaltungen können beispielsweise auf den Zellverbindern, auch Fahnenverbinder genannt, fixiert sein. Sie können auch zwischen den Fahnenverbindern angeordnet sein. Die Fixierung der Messschaltungen kann zum Beispiel durch Schweißen oder Löten oder Kleben erfolgen. Die Messschaltungen sind bevorzugt auf
Platinen angeordnet, welche ihrerseits auf die erläuterte Weise an den Zellverbindern fixiert sind.
Besonders bevorzugt weisen die Messschaltungen jeweils mindestens eine Kontaktierung auf, welche die jeweilige Messschaltung mit mindestens einem Zellverbinder elektrisch kontaktiert. Die Kontaktierung kann zum Beispiel eine flexible Kontaktierung sein. Insbesondere bei einer Nass-Batterie ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktierung säurefest ist.
In einer besonders praktikablen Variante der erfindungsgemäßen Blei-Säure- Batterie umfassen die Messschaltungen jeweils eine Energieversorgungsschnittstelle, die mit den Zellverbindern elektrisch verbunden ist.
Da die von den Einzelzellen zur Verfügung stehende elektrische Spannung nur etwa 2V beträgt, ist es sinnvoll, dass die Messschaltungen jeweils eine Ladungspumpe umfassen, mit der eine an einer Energieversorgungsschnittstelle der jeweiligen Messschaltung anliegende Versorgungsspannung erhöhbar ist, da üblicherweise Messschaltungen mit höheren Spannungen als 2V betrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Energieversorgungsschnittstelle auch mit einer Zusatz-Batterie als Energieversorgung elektrisch verbunden sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Energieversorgungsschnittstelle mit einem induktiven Energieübertragungsbauelement elektrisch verbunden sein, über das die jeweilige Messschaltung drahtlos mit elektrischer Energie versorgt wird. Bei dieser Variante der Energieversorgung kann die elektrische Energie beispielsweise über eine Ausleseeinrichtung an die Messschaltung übertragen werden. Während die von der Messschaltung erfassten Messdaten von der Ausleseeinrichtung beispielsweise induktiv oder kapazitiv erfasst werden, wird gleichzeitig zum Beispiel induktiv oder kapazitiv Energie an die Messschaltung übertragen. Beispielsweise umfassen die Messschaltungen jeweils einen Mikrokontroller zur Verarbeitung und/ oder Speicherung von Messdaten. Ein Mikrokontroller umfasst sowohl einen Prozessor als auch Peripherieeinheiten auf einem Chip und ist normalerweise an ein spezifisches Aufgabenfeld angepasst. Seine Anwendung ermöglicht eine effiziente und kostengünstige Datenverarbeitung. Eine Speicherung von Messdaten kann optional von der
Messschaltung ausgeführt werden. Alternativ kann auch eine Speicherung von Messdaten extern, d.h. außerhalb der Zellen der Blei-Säure-Batterie durchgeführt werden.
Die Erfassung der momentanen Zellspannung kann zum Beispiel kaskadiert erfolgen. Das bedeutet, dass eine momentane Zellspannung nur bis zu einer Genauigkeit, welche von zwei Schwellwerten festgelegt wird, gemessen bzw. erfasst wird. Bei dieser Art der Datenerfassung lässt sich die Datenverarbeitung und Übertragung mit wenig Aufwand bzw. schmalbandig realisieren. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Zellspannungsmessung, d.h. eine Messung von exakten Spannungswerten der Einzelzellen implementiert werden. Eventuell reicht es auch aus, nur einen Teil der Zellen mit
Messschaltungen zu versehen und nur die Zellspannungen eines Teils der Zellen zu messen. Beispielsweise reicht es bei sechs Zellen aus, nur die Spannung von fünf Zellen zu messen und die Spannung der sechsten Zelle aus der Gesamtspannung zu berechnen.
Die einzelnen Messschaltungen können jeweils eine Datenübertragungseinrichtung zur drahtlosen Übertragung von Messdaten umfassen. Dabei kann die Datenübertragung durch Modulation eines Trägersignals mit einem Messwert realisiert sein. Als Modulationsart kann zum Beispiel eine Amplitudenmodulation oder Frequenzmodulation, Pulscodemodulation o.ä.
verwendet werden. Alternativ kann die Datenübertragung auch mit Hilfe eines Frequenzwechsels realisiert werden. Damit werden diskrete Messwerte über eine Frequenzzuordnung kodiert. Hierbei ist eine Kaskadierung (Zusammenlegung) von gemessenen Spannungswerten zu Spannungsbereichen realisierbar. Diese Bereiche werden über definierte Frequenzen ausgegeben. In einer alternativen Variante der erfindungsgemäßen
Anordnung kann auch über die Radio Frequency Identification (RFID) eine Datenübertragung stattfinden. Mit dieser Technik werden Daten berührungslos und ohne Sichtkontakt von einem Datenträger, dem sogenannten Transponder oder Tag, zu einem RFID-Lesegerät und umgekehrt übertragen. Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die Spannungsmessung der Einzelzellspannungen durchzuführen, ohne die Kapselung der Batterie zu beeinträchtigen. Zusätzliche Datenübertragungsleitungen werden also diesem Konzept folgend durch die Anwendung einer drahtlosen Datenübertragung vorteilhaft vermieden.
Die erfindungsgemäße Blei-Säure-Batterie kann zum Beispiel als Nassbatterie oder als AGM-Batterie oder als Blei-Gel-Batterie ausgebildet sein. Unter einer AGM-Batterie sind Blei-Säure-Batterien mit Vlies-Separatoren zu verstehen, welche in der Einleitung ausführlich besprochen wurden.
Insbesondere bei der Ausgestaltung als AGM-Batterie funktioniert eine Schnelldiagnose einer herkömmlichen Blei-Säure-Batterie nicht zuverlässig. Dagegen kann mit der erfindungsgemäßen Messung von Einzelzellspannungen eine zuverlässige Diagnose gewährleistet werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Blei-Säure-Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Spannungsmesseinrichtung
gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Messverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer geöffneten und aufgeschnittenen Blei-Säure-Batterie 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Batterie 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine Mehrzahl von Zellen 4 mit jeweils einem Plattensatz mit positiven und negativen Platten angeordnet ist. Die Zellen 4 sind jeweils voneinander durch Trennwände 26 getrennt, aber elektrisch über Zellverbinder, welche von auf den Plattensätzen verlaufenden Elektroden 6 und Interzellverbindern 27 gebildet werden, verbunden. Die Zellen 4 sind alternierend über Interzellverbinder 27 durchgeschweißt, so dass es zu einer Reihenschaltung der Einzelzellen 4 kommt. Im Vordergrund ist ein positiver Elektrodenkontakt-Pluspol 25 zu erkennen, welcher zum Beispiel im Fahrzeugbordnetz mit einer
Lichtmaschine und zu versorgenden elektrischen Aggregaten verbunden ist. Auf der negativen Elektrode 6 ist eine Spannungsmesseinrichtung 8 angeordnet. Diese umfasst beispielsweise einen Messkontakt für eine positive Spannung (nicht gezeigt) und einen Messkontakt für eine negative Spannung (nicht gezeigt). Dabei ist der Messkontakt für eine positive Spannung mit der positiven Elektrode 5 über eine elektrische Verbindungsleitung 7 und der Messkontakt für eine negative Spannung mit der negativen Elektrode 6 direkt elektrisch verbunden. Weitere Spannungsmesseinrichtungen befinden sich an den übrigen Zellen. Beispielsweise ist eine zweite Spannungsmesseinrichtung 8 auf der positiven Elektrode einer zweiten Zelle 4 zu erkennen. Die Spannungsmesseinrichtungen 8 können zusätzlich auch eine Energieversorgungsschnittstelle (nicht gezeigt) mit Kontakten zur eigenen elektrischen Energieversorgung aufweisen. Dabei können die Spannungsmesseinrichtungen 8 die Energie über die Kontakte zur
Spannungsmessung direkt aus den ihnen jeweils zugeordneten Zellen 4 beziehen. Weiterhin ist in der Figur 1 ein Deckel 3 der Blei-Säure-Batterie 1 gezeigt, der mit dem Gehäuse 2 verschweißt sein kann, um die Batterie 1 hermetisch abzudichten, so dass kein Elektrolyt austreten kann. In der Figur 2 ist eine der in Figur 1 gezeigten Spannungsmesseinrichtungen 8 im Detail veranschaulicht. Die gezeigte Spannungsmesseinrichtung 8 um- fasst einen ersten Messkontakt 9, der mit der elektrischen Verbindungsleitung 7 zu einer positiven Elektrode 5 (nicht gezeigt) einer Zelle elektrisch verbunden ist. Die Spannungsmesseinrichtung 8 weist einen zweiten Messkontakt 10 auf, der mit einer negativen Elektrode 6 (nicht gezeigt) einer Zelle 4 (nicht gezeigt) elektrisch verbunden ist. Die an den Messkontakten 9, 10 erfassten Potentiale der Elektroden 5, 6 werden über Übertragungsleitungen 12, 13 an einen Mikrokontroller 11 übermittelt. Der Mikrokontroller 1 1 verarbeitet die erfassten Potentialdaten. Beispielsweise werden die erfassten Informationen in Digitaldaten gewandelt und anschließend ausgewertet. Zum Beispiel wird aus den erfassten Potentialen der Elektroden der Zelle eine Zellspannung UZeii ermittelt. Anschließend werden die ermittelten Daten weiterverarbeitet. Beispielsweise wird die ermittelte Zellspannung bzw. der ermittelte Zellspannungswert Uzen zusammen mit einem zugeordneten Zeitpunkt tmess in einem Datenspeicher 21 abgelegt. Zusätzlich werden die ermittelten oder gespeicherten Daten über eine Funk-Datenübermittlungs- einheit 24 an eine externe, außerhalb der Blei-Säure-Batterie positionierte Datenerfasseinrichtung (nicht gezeigt) übermittelt. Die Funk-Datenübermittlungseinheit 24 kann zum Beispiel als RFID-Datenübertragungs- einrichtung ausgebildet sein. Die Funk-Datenübermittlungseinheit 24 ist über eine Datenübertragungsleitung 23 mit dem Mikrokontroller 1 1 verbunden. Darüber hinaus kann die Spannungsmesseinrichtung 8 eine Energieversorgungsschnittstelle 14 aufweisen. Die Energieversorgungsschnittstelle 14 ist zum Beispiel über Kontaktleitungen 16, 17 mit den Messkontakten 9, 10 elektrisch verbunden. Da an einer Einzelzelle einer Blei-Säure-Batterie beispielsweise nur eine Spannung Umess von etwa 2V anliegt, die
elektronischen Bauelemente der Messschaltung 8 jedoch üblicherweise eine höhere Versorgungsspannung benötigen, wird die an den Messkontakten 9, 10 abgegriffene Spannung UmeSs in einer Ladungspumpe 15 auf eine höhere Versorgungsspannung Us transformiert, welche einer Spannung entspricht, mit der zum Beispiel der Mikrokontroller 1 1 betrieben werden kann. Die erzeugte elektrische Versorgungsspannung Us liegt über Versorgungsspan- nungsleitungen 18, 19 an einer Versorgungsspannungsschnittstelle 20 des Mikrokontrollers 1 an. Falls notwendig, können auch weitere elektronische Bauelemente über die Energieversorgungsschnittstelle 15 mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ kann die zu messende Zellspannung auch mechanische Veränderungen an Elementen herbeiführen. Diese Änderung kann dann berührungslos als (analoger) Zustandsindikator übertragen und ausgewertet werden.
In Figur 3 ist in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Messen von Einzelzellenspannungen einer Blei-Säure-Batterie mit einer Mehrzahl von in der Batterie integrierten, an den Einzelzellen angeordneten Messschaltungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 3.I werden die an den Messkontakten anliegenden Potentialwerte WP der Potentiale der Elektroden der Einzelzellen einer Blei-Säure-Batterie erfasst. Bei dem Schritt 3. II werden die erfassten Werte zu digitalen
Potentialwerten WPD gewandelt. Bei dem Schritt 3. III wird ein Spannungswert als Zellspannungswert UZeii auf Basis der digitalen Potentialwerte WPD ermittelt. Bei dem Schritt 3. IV wird der ermittelte Zellspannungswert UZeii zusammen mit einem erfassten Messzeitpunkt tmess abgespeichert. Eine Mehrzahl von über einen bestimmten Zeitraum erfassten und gespeicherten Messdaten bilden einen Messdatensatz DmeSs- Bei dem Schritt 3.V werden die erfassten und gespeicherten Messdaten bzw. ein gespeicherter
Messdatensatz DmeSs, welcher insbesondere die ermittelten und
abgespeicherten Zellspannunngswerte UZeii und Messzeitpunkte tmeSs für einen bestimmten Zeitraum umfasst, an eine externe Datenerfasseinrichtung übermittelt.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Bauelementen bzw. dem detailliert beschrie- benen Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche in vielerlei Hinsicht modifiziert werden können. Weiterhin wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel„ein, eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff„Einheit" nicht aus, dass diese auch aus mehreren Untereinheiten besteht.

Claims

Messsystem zur Batteriezustandsbestimmung Patentansprüche
1. Blei-Säure-Batterie (1 ), aufweisend:
- eine Mehrzahl von Einzelzellen (4),
- eine Mehrzahl von Messschaltungen (8), die an den jeweiligen
Einzelzellen (4) in der Blei-Säure-Batterie (1 ) integriert montiert sind und dazu eingerichtet sind, eine jeweilige Einzelzellspannung (Uzen) zu messen.
2. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , aufweisend Zellverbinder (5, 6), die positive Elektroden und negative Elektroden der Einzelzellen (4) elektrisch verbinden, wobei die Messschaltungen (8) jeweils mit den
Zellverbindern (5, 6) elektrisch verbunden sind.
3. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Messschaltungen (8) jeweils mindestens eine Kontaktierung (7) aufweisen, welche die jeweilige Messschaltung mit mindestens einem Zellverbinder (5) elektrisch kontaktiert.
4. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messschaltungen (8) jeweils an einem der Zellverbinder (6) montiert sind.
5. Blei-Säure-Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Messschaltungen (8) jeweils eine Energieversorgungsschnittstelle (14) umfassen, die mit den Zellverbindern (5,6) elektrisch verbunden ist.
6. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messschaltungen (8) jeweils eine Ladungspumpe (15) umfassen, mit der eine an der Energieversorgungsschnittstelle (14) anliegende Versor- gungsspannung erhöhbar ist und/oder die Energieversorgungsschnittstelle (14) mit einer Zusatz-Batterie als Energieversorgung elektrisch verbunden ist und/oder die Energieversorgungsschnittstelle (14) mit einem induktiven Energieübertragungsbauelement elektrisch verbunden ist, über das die Messschaltungen (8) jeweils drahtlos mit elektrischer Energie versorgt werden.
7. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Messschaltungen (8) jeweils einen Mikrokontroller (1 1 ) zur Verarbeitung und/ oder Speicherung von Messdaten (WP WD, UZeii, tmess, DmeSs) aufweisen.
8. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messschaltungen (8) jeweils eine Datenübertragungseinrichtung (24) zur drahtlosen Übertragung von Messdaten (DmeSs) umfassen.
9. Blei-Säure-Batterie (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche als Nassbatterie oder als AGM-Batterie oder als Blei-Gel-Batterie ausgebildet ist.
10. Verfahren (300) zum Messen von Einzelzellenspannungen (UZeii) einer Blei-Säure-Batterie (1 ) mit einer Mehrzahl von in der Blei-Säure-Batterie (1 ) integrierten, an den Einzelzellen (4) angeordneten Messschaltungen (8), wobei mit den Messschaltungen (8) die jeweiligen Einzelzellspannungen (Uzeii) gemessen werden.
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