用于监控负载运行中的电池组的电池单池的设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于监控负载运行中的电池组的电池单池的设备。


背景技术：

2.在电池组中的电池单池例如由于制造缺陷、不允许的加热或其他损坏而导致的未发现损坏的情况下，可能会发生热传播(热失控)。出于安全原因，人们努力尽可能早地探测该事件。在此，已知的传感器具有不同的缺点。
3.例如，气体或压力传感器是已知的，通过它们探测电池单池是否脱气。这是在可能的热传播之前的相对较短的时间点，从而反应时间相应缩短。经典的单池电压测量也是相对缓慢的。直接测量所有电池单池上的温度在电路技术方面是非常复杂的。另一种可能的方法是阻抗谱学，它实施电流和电压测量，并且由此根据频率确定具有幅度和相位的阻抗。这样的测量周期持续几分钟，并且消耗大量能量。
4.de 10 2018 216 518a1公开了一种用于确定至少一个电池单池的电池状态的方法，其中，施加电流激励信号，记录电池单池的阻抗谱，并且根据阻抗谱确定评估参量。在此，电流激励信号由至少两个具有彼此不同的频率的周期信号构成。在此，电流激励信号被施加为，使得它在最小的包含的频率的至少一个周期内没有平均值，其中，确定和评估电池单池的第一响应测量信号。此外，根据第一响应测量信号改变电流激励信号的至少一个分量的参数、即幅度、频率和相对相位中的至少一个，从而最小化测量误差。此外确定和评估另一响应测量信号，其中，被评估的值用作评估参量，并且根据至少一个诊断参量与至少一个参考值和/或与至少一个另外的诊断参量的比较来确定电池单池的电池状态参量。
5.在该方法中不利的是，为此在电池组的运行期间需要特殊的测量窗口，这减小了可用性。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于监控负载运行中的电池组的电池单池的设备，其中，可用性没有受到限制。
7.该技术问题通过具有权利要求1的特征的设备解决。本发明的另外的有利的设计方案由从属权利要求得到。
8.为此，用于监控负载运行中的电池组的电池单池的设备包括用于电池组的每个电池单池的差分电压单元。在此，电池组是电池单池的串联电路。在此，电池组可以是电池模块或完整的电池、例如电动或混动车辆的高压电池，电池电流流过该电池组。在此，借助差分电压单元，在电池单池的两个电池电极上执行差分的电压测量。为差分电压单元分别分配带通滤波器，以便将频率范围限制在一个特别有说服力(或者说信服)的频带内。频带在此取决于电池单池类型和在系统/车辆中可用的激励电流，其中，在此例如可以使用电池单池类型的阻抗谱学(impedanzspektroskopie)测量结果。
9.带通滤波器然后与整流器电路、优选双向整流器连接，平滑电路连接到整流器电
路。通过整流器电路产生单极的电压信号，其中，平滑电路过滤掉短暂的电压变化。此外，该设备构造为，使得将平滑电路的输出信号输送到评估单元，并且针对偏差与标准化的输出信号进行比较。因此，可以在负载运行期间连续监控电池单池，而没有任何运行限制。评估是非常可靠的且不太复杂，因为与经典的阻抗谱学不同地，没有进行相位确定，并且不需要单独的激励电路。该设备、至少评估单元前面的设备的一部分可以很容易地在固定布线的硬件中实现。然而，该设备也可以通过软件实现。
10.在实施方式中，评估单元构造为微处理器并且模数转换器布置在平滑电路和微处理器之间，以便为微处理器处理模拟电压信号。
11.在另一实施方式中，平滑电路构造为低通滤波器。由此也简化了模数转换，从而降低了对模数转换器的要求。
12.在实施方式中，标准化的输出信号是选定的电池单池或选定的电池单池的电池电极的带通滤波的电压响应。备选地，标准化的输出信号也可以在评估单元中形成为电池单池的所有输出电压信号的平均值(例如算术平均值)。
13.备选地或补充地，设备可以具有电流传感器，电流传感器检测通过电池组的电流，其中，借助电池组的电流确定标准化的输出信号。在此明显的是，在更大的电流负载的情况下，电池单池上的在幅度中的电压变化也增大。
14.在另一实施方式中，差分电压单元具有两个分别分配给电池电极的直流电压滤波器和差分放大器。直流电压滤波器也可以被称为直流阻断器，并且在最简单的情况下构造为电容器，与电容式的电流分离类似。通过分离直流电压分量大大简化了随后的信号处理，因为所有信号可以针对相同的参考接地进行测量。
15.在另一实施方式中，放大器分别布置在直流电压滤波器和差分放大器的输入端之间。在此，放大器主要用于放大电压信号，但由于其惯性也附加地过滤掉高频分量，这有利于后续的差分放大器和带通滤波器。
16.在另一实施方式中，带通滤波器的下限频率大于/等于50hz且上限频率小于/等于500hz，更优选地，带通为100hz的下限频率和300hz的上限频率。
17.在另一实施方式中，温度传感器被分配给至少一个电池单池，其中，该设备构造为，使得基于差分电压单元的测量结果和温度传感器的测量值来估计没有温度传感器的电池单池的温度。
18.在另一实施方式中，该设备是电动或混动车辆的牵引网络的组成部分。
附图说明
19.本发明随后根据优选的实施例详细阐述。唯一的附图示出了用于在负载状态下监控电池组的电池单池的设备的示意性的框图。
具体实施方式
20.图1示出了一种用于监控具有多个电池单池bt1-btx的电池组10的设备1的框图。在此示出了用于前四个电池单池bt1-bt4的设备1的电路技术实施方式，其中，仅以虚线示出其他的电池单池btx的延续。设备1根据电池单池bt1-btx的数量具有差分电压单元30。每个差分电压单元30具有两个直流电压滤波器31，直流电压滤波器分别与相关联的电池单池
bt1-btx的电池电极连接。直流电压滤波器31的输出端分别与放大器32的输入端连接，其中，放大器32的两个输出端与差分放大器34的输入端连接。此外，设备1还具有带通滤波器35，其中，差分放大器34的输出端分别与带通滤波器35的输入端连接，带通滤波器例如具有100hz的下限频率和300hz的上限频率。带通滤波器35的输出端与整流器电路36连接，低通滤波器38作为平滑电路37连接到整流器电路36。低通滤波器38的输出端与模数转换器39连接，其输出端又与微处理器41或控制装置形式的评估单元40连接。附加地，存在具有带通滤波器35、整流器电路36、低通滤波器38和模数转换器39的电路支路，其用于在第一电池单池bt1的上电池电极上的电压信号，其中，信号在放大器32的输出端上被引导至带通滤波器35。评估单元40例如与电池管理控制装置42连接，该电池管理控制装置与另外的控制装置43连接。最后，动态负载50、例如电动汽车的牵引网络的逆变器连接到电池组10。在此，设备1还可以具有电流传感器44，并且可以给至少一个电池单池bt1-btx分配温度传感器45。
21.设备1的作用方式现在应该简要地被阐述。电池组10通过动态负载50被加载，从而使得相应的动态负载电流流过电池组10或者说电池单池bt1-btx。该负载电流导致电池单池bt1-btx上的电压变化。在理想情况下，电池电极上的这些差分电压变化是大小相同的，即所有电池单池相同大小地受负载。现在通过直流电压滤波器31阻断直流电压分量，并且只允许交流电压分量通过以进行进一步处理，其中，非常高频的分量被放大器32或差分放大器过滤掉。各个电池单池bt1-btx的交流电压然后存在于差分放大器34的输出端上，作为对负载电流的电压响应。随后，通过带通滤波器35将电压响应的频带限制在有说服力的范围内。在理想情况下，带通滤波器35的输出端上的这些信号同样对于所有电池单池bt1-btx是相同的。带通滤波器35的信号然后被整流器电路36转换成单极的电压信号，并且然后通过低通滤波器38平滑化。然后，这些信号被数字化，并且在评估单元40中进行比较。在理想情况下，所有信号表现相同。相反，如果电池单池bt1-btx有缺陷或过热，那么其电压响应与其他的电压响应存在偏差。由于在实际情况下所有电池单池bt1-btx永远不会完全相同，因此总是存在一定的偏差。为了可以更好地估计偏差是否在公差范围内还是归因于缺陷，使用标准化的输出信号、例如电池单池的选定的电池电极上的电压变化或选定的电池单池上的电压变化。备选地或附加地，在评估单元40中形成平均值。如果一个或多个电池单池或其电压响应与标准化的电压响应存在偏差，那么可以推断出缺陷(例如机械损坏或过热)并且可以采取相应的对策和/或可以产生警告信号。例如，可以降低负载电流和/或可以增加电池单池的冷却性能。
22.因此，通过设备1可以很早地检测到可能导致热传播的情况，其中，该设备不会导致对运行的任何限制，并且不需要单独的激励电路。
23.附图标记列表
24.1设备
25.10电池组
26.30差分电压单元
27.31直流电压滤波器
28.32放大器
29.34差分放大器
30.35带通滤波器
31.36整流器电路
32.37平滑电路
33.38低通滤波器
34.39模数转换器
35.40评估单元
36.41微处理器
37.42电池管理控制装置
38.43另外的控制装置
39.44电流传感器
40.45温度传感器
41.50动态负载
42.bt1-btx电池单池