用于检查电池单体监控单元的方法和检查设备与流程

1.本发明涉及一种用于检查电池单体监控单元的方法，其中，在电池单体监控单元的电池单体电压接头上施加相应的电池单体电压。本发明还涉及一种用于检查电池单体监控单元的检查设备，该检查设备被设置用于执行该方法。本发明尤其可以有利地应用于车辆、尤其电动车辆的电池单体监控单元的检查。


背景技术：

2.用于电动车辆的电池如今通常具有带有多个电池单体、例如锂离子电池单体的电池模块和用于监控电池单体的无故障状态的电池单体监控单元。如果电池被用户报告为有故障，那么典型地在大约一半的情况下不存在电池单体的故障，而是存在对电池单体进行监控的电池单体监控单元(其也能够被称为csc、电池单体监控电路)的故障。为了检查电池单体监控单元是否有故障，此前将电池单体监控单元从电池中拆卸、发送给制造商并且在那里进行检查。为了检查，此前执行以下步骤：手动测量已知的无故障电池模块的所有电池单体电压，随后将电池单体监控单元连接在该电池模块上，确定各个电池单体放电率，并且如果确定了过高的电池单体放电率，那么将电池单体监控单元确定为有故障。在此充分利用如下认识，即，在电池单体监控单元无故障的情况下不允许发生电池单体放电。因此，如果在至少一个电池单体上确定了电压降，那么这是对于电池单体监控单元的故障的提示。在此不利的是，为了可靠地确定可能的电压降，电池单体监控单元必须在长的时间段(大约24至48小时)上保持连接到无故障的电池模块上，并且此后必须再次测量施加在所有电池单体上的电池单体电压并且将其与在连接电池单体监控单元之前的值进行比较。


技术实现要素：

3.本发明的任务是，至少部分地克服现有技术的缺点，并且尤其提供用于检查电池单体监控单元的故障的简单且快速的可行方案。
4.该任务根据独立权利要求的特征来解决。有利的实施方式是从属权利要求、说明书和附图的方案。
5.该任务通过一种用于检查电池单体监控单元的方法来解决，其中，在电池单体监控单元的电池单体电压接头上施加相应的电池单体电压，并且在处于运行中的电池单体监控单元上测量：是否在至少一个电池单体电压接头上流过相应的电流，并且如果是这种情况，则输出故障通知。
6.该方法得到的优点是，能够在几分钟内断定电池单体监控单元的状态，因为现在不再为了监控电池单体放电而检查电池单体电压差，而是测量在电池单体电压接头上流过的电流，所述电流相应于实际电池模块的放电电流。在此充分利用的是，小电流也可以可靠地被测量并且此外在施加电池单体电压期间持续地出现。由此又可以降低用于检查电池单体监控单元的耗费。因此，也能够降低耗费，因为不再需要测量无故障电池模块的电池单体电压。因此又得到的另外的优点是，没有被训练在断开的电池处工作的人员也可以执行检
查。尤其，现在必要时甚至可以在车间中执行电池单体监控单元的检查，这使得不需要发送到制造商并且返回到车间。
7.电池单体监控单元典型地具有电压接头(下面在不限制一般性的情况下称为“电池单体电压接头”)，电压接头在车辆的实际运行中连接到相应的电池单体上并且测量其电池单体电压。电池单体电压是直流电压。
8.在该方法中，将相应的电池单体电压施加到电池单体电压接头上尤其包括：将与实际电池模块的电池单体的电池单体电压相应的电池单体电压分别施加到电池单体电压接头上。处于运行中的待检查的电池单体监控单元如在实际的行驶运行中那样工作。
9.一个改进方案是，通过将电池单体监控单元连接到已知的无故障的电池模块上来施加电池单体电压。该电池模块能够被设置成用于电动车辆的供电并且具有例如以锂离子电池单体形式的电池单体。但是在此可以省去手动测量电池单体电压。
10.一个改进方案是，通过将电池单体电压接头连接到电压发生器的分别配合设定的电压源上来连接电池单体电压。在后一种情况下，使电池单体监控单元有利地误以为连接到实际的电池模块上。
11.原则上，例如通过提供相应数量的电流测量装置，可以同时测量在各电池单体电压接头处流动的放电电流。这产生的优点是，电流测量装置可以保留在潜在地引导放电直流电的电线路中。
12.一个设计方案是，彼此相继地在各电池单体电压接头上测量电流。因此实现的优点是，仅需要一个电流测量装置，这节省了成本和结构空间。即使在这种情况下，也能够在几分钟内完成电池单体监控单元的检查。
13.尤其是如果电池单体监控单元被设置成识别电池单体电压的中断并且作为对其的反应而触发动作(例如输出故障通知，将所属的电池单体解耦等)，则一个设计方案是，为了测量电流，将电流测量装置不中断地中间接入到通向相应电池单体电压接头的在故障情况下可能引导(放电)电流的电线路(“电流线路”)中。因此实现的优点是，可以快速且不受干扰地测量可能的放电电流。在此，“不中断”应理解为，不中断通向电池单体监控单元的电流线路，以便将电流测量装置耦入或中间接入到线路或电流路径中并且也再次从线路中取出。
14.一个特别可靠和价廉地可实现的设计方案是，为了将电流测量装置中间接入到电流线路中，首先将电流测量装置并联连接到电流线路上，并且然后将电流线路的与电流测量装置的接头并联的支路断开。
15.一个设计方案是，如果在至少一个电池单体电压接头上还测量到相应的电流，则输出故障通知。在此假设，电池单体监控单元在无故障状态中不允许放电电流。因此，如果在任一电池单体电压接头上测量到电流imess》0，则可以认为电池单体监控单元发生故障。
16.一个设计方案是，当在至少一个电池单体电压接头上测量到相应的电流时，输出故障通知，所述电流等于或者大于预设的阈值，即对于至少一个电池单体电压接头是否适用imess≥ith。因此实现的优点是，在电流测量中考虑公差并且不输出关于电池单体监控单元故障状态的错误的故障通知。例如，阈值ith可以在2至10ma之间。
17.一个设计方案是，附加地测量施加到电池单体电压接头上的电池单体电压。因此，也可以有利地检查：由电池单体监控单元测量的电池单体电压是否偏离所施加的电池单体
电压。这种偏差同样可以指示有故障的电池单体监控单元并且必要时同样可以触发故障通知。一个改进方案是，也顺序地测量电池单体电压，尤其是直接在相同电池单体电压接头的电流测量之前或之后进行测量。
18.该任务也通过一种用于检查电池单体监控单元的检查设备来解决，该检查设备具有至少一个电流测量装置，其用于测量电池单体监控单元的电池单体电压接头上的电流，其中，该检查设备被设置用于执行如上所述的方法。检查设备可以类似于所述方法来构造并且具有相同的优点。
19.一个设计方案是，检查设备具有一个、尤其是恰好一个电流测量装置、控制器件以及对于每个待监控的电池单体电压接头具有：
[0020]-第一开关，所述第一开关的第一接头与所述电流线路连接，并且所述第一开关的第二接头与所述电流测量装置的第一接头连接，
[0021]-以转接开关形式的第二开关，所述第二开关的中间接头和第一接触接头与所述电流线路连接，所述第二开关的第一接触接头与所述第一开关的第一接头连接，并且所述第二开关的第二接触接头与所述电流测量装置的第二接头连接，以及
[0022]-第三开关，所述第三开关在所述第二开关的中间接头和第一接触接头之间中间接入到所述电流线路中，
[0023]
其中，所述控制器件被设置成，在初始位置中在电流测量流程之外，将所述开关如此切换，使得
[0024]-所述第一开关断开，
[0025]-所述第二开关的中间接头与所述第二开关的第一接触接头连接，并且
[0026]-所述第三开关在所述第二开关的中间接头和第一接触接头之间导通，
[0027]
并且用于电流测量流程的所述控制器件被设置成，
[0028]-首先断开所述第一开关，并且将所述第二开关的中间接头与所述第二开关的第二接触接头连接，并且
[0029]-然后将所述第三开关在所述第二开关的中间接头和第一接触接头之间断开。
[0030]
这种设计方案具有的优点是，所述电流测量装置能够可靠地在不中断所述电流线路的情况下中间接入到所述电流线路中。此外，该结构可以廉价且稳健地实现。
[0031]
一个有利的改进方案是，开关是继电器，因为开关特别稳健并且此外在截止或者说断开状态下引起电流隔离。然而，原则上所述开关也可以是电子开关，诸如功率半导体，例如三端双向可控硅开关。
[0032]
在上述实施方案中，截止开关不允许电流流过自身。截止开关也可以被称为断开开关。相反，在其导通状态下，该开关允许电流流过自身。导通的开关也可以被称为闭合的开关。
[0033]
尤其是，第一开关和第三开关可以被构造为接通/断开开关。在一个改进方案中，接通/断开开关可以作为转接开关存在，在其中，接触接头是自由接头。
[0034]
在上述实施方案中，尤其是，第三开关的第一接头与第一开关的第一接头连接，并且第三开关的第二接头与第二开关的中间接头连接。第二开关和第三开关也可以被认为是在电流线路的并联支路中存在的开关。
[0035]
一个设计方案是，第三开关是转接开关，第三开关以其中间接头与第一开关的第
一接头连接，以其第一接触接头与第二开关的中间接头连接，并且以其第二接触接头与电压抽头连接。因此实现的优点是，当第i个电池单体电压接头的正线路相应于第(i 1)个电池单体电压接头的负线路时，第三开关可以承担作为用于第i个电池单体电压接头的电流测量的开关和作为用于第(i 1)个电池单体电压接头的电压测量的开关的双重功能。由此可以节省用于执行这些功能的单独的开关，这能实现特别廉价且紧凑的结构。
[0036]
一个改进方案是，多个电池单体电压接头被连接成，使得电池单体电压接头的正线路根据链的类型相应于下一个电池单体电压接头的负线路。
[0037]
本发明的上面描述的特性、特征和优点以及实现这些特性、特征和优点的方式和方法结合实施例的下面的示意的描述变得更清楚并且更明白地可理解，所述实施例结合附图来更详细阐述。
附图说明
[0038]
图1示出用于检查电池单体监控单元的检查设备的部件的示意图；
[0039]
图2示出电流测量电路的等效电路图，该电流测量电路用于将电流测量装置中间接入到通向电池单体电压接头的电流线路中，该电流线路具有在第一切换位置中的开关；
[0040]
图3示出图2的等效电路图，其中，开关处于第二切换位置中；
[0041]
图4示出图2的等效电路图，其中，开关处于适于电压测量的第三切换位置中；并且
[0042]
图5示出检查设备的两个电串联的电流测量电路的等效电路图。
具体实施方式
[0043]
图1示出用于检查电池单体监控单元csc的检查设备1的各部件的示意图。电池单体监控单元csc具有i＝1、...、n个电池单体电压接头zsa-i，其中，n例如可以为12、16、20或更大。检查设备1具有电压源单元2、例如电压发生器或无故障的电池模块，所述电压源单元的j＝1、...、m(其中m≥n)个电池单体电压供应接头zva-j经由由处于第一电压水平上的“正的”电线路l 和为此处于更低电压水平上的“负的”电线路l-构成的相应对而与相应的电池单体电压接头zsa-i连接。施加到电池单体电压接头zsa-i的线路l 、l-上的电压差相应于相应的电池单体电压uz-i。各电池单体电压uz-i可以不同或相同。
[0044]
在一个改进方案中，在电池单体电压供应接头zva-j的正线路l 相应于下一个电池单体电压供应接头zva-(j 1)的负线路l-的意义上，电池单体电压供应接头zva-j和电池单体电压接头zsa-i可以电串联连接或链接。这相应于实际电池单体的电连接并且有利地用于节省电线路。
[0045]
此外，电池单体监控单元csc具有电流测量模块3，所述电流测量模块被设置成，为每个电池单体电压接头zsa-i测量流经所属的线路l 、l-中的至少一个线路的电流，并且更确切地说尤其彼此相继地为不同的电池单体电压接头zsa-i测量所述电流。
[0046]
如果识别到电池单体监控单元csc的故障，那么检查设备1能够输出相应的故障通知。
[0047]
图2示出电流测量模块3的电路的等效电路图，该电路用于将电流测量装置4中间接入到从电池单体电压供应接头zva-i通向电池单体电压接头zsa-i的正线路l 中。该电路具有第一开关r1、第二开关r2和第三开关r3，它们借助控制器件5(例如微控制器)是可切换
的。
[0048]
第一开关r1在此绘制为接通/断开开关，其第一接头k1与用作电流线路的正线路l 连接，并且其第二接头k2与电流测量装置4的第一接头连接。
[0049]
第二开关r2以转接开关的形式存在，其中间接头com和第一接触接头l1与正线路l 连接，其第一接触接头l1此外与第一开关r1的第一接头k1连接，并且其第二接触接头l2与电流测量装置4的第二接头连接。
[0050]
第三开关r3在此绘制为接通/断开开关，所述第三开关在第二开关r2的第一接触接头l1和中间接头com之间中间接入到正线路l 中。因此，第三开关的第一接头k1与第一开关r1的第一接头k1和第二开关r2的第一接触接头l1连接，并且第三开关的第二接头k2与第二开关r2的中间接头com连接。开关r2和r3也可以被视为处于正线路l 的各并联支路中的开关。
[0051]
控制器件5在该图中这样切换开关r1至r3，使得开关处于初始位置，在该初始位置中电流测量装置4与正线路l 解耦并且因此不能测量电流imess。更准确地，控制器件5将开关r1至r3切换成：第一开关r1被断开，第二开关r2的中间接头com与其第一接触接头l1连接，并且第三开关r3被导通。由此，如果电池单体监控单元csc有故障并且经由正线路l 产生电流imess，则该电流imess并行地通过第二开关r2和第三开关r3被传导。
[0052]
对于电流测量流程而言，控制器件5首先将第一开关r1导通并且将第二开关r2切换成使得中间接头com现在与第二接触接头l2导通地连接。由此，电流测量装置4与第三开关r3并联连接。在该切换中，通向电池单体电压接头zsa-i的电池单体电压uz-i不中断，因为第三开关r3持续地导通。
[0053]
图3示出图2中的在一个切换位置(也称为“电流测量位置”)中的等效电路图，在第三开关r3在时间上随后的步骤中被断开之后，所述切换位置被占据，使得现在电流imess通过正线路l (如果还流动的话)仅还流经电流测量装置4并且由此可由所述电流测量装置可靠地测量。
[0054]
为了在时间上相继地或顺序地测量在所有电池单体电压接头zsa-i上的电流imess，上述步骤对于电池单体电压接头zsa-i在电流测量之后以相反的顺序实施直到达到初始位置并且然后针对另外的电池单体电压接头zsa-(i 1)类似地实施。如果也仅在电池单体电压接头zsa-i中的一个电池单体电压接头处测量到电流imess＞0或imess≥ith，则输出故障通知，必要时在说明所测量的电池单体电压接头zsa-i的情况下输出故障通知。
[0055]
为了实现顺序的电流测量，属于所有正线路l 的n个继电器r1可以串联连接在电流测量装置4的一个接头上，并且n个继电器r2可以串联连接在电流测量装置4的另一个接头上。
[0056]
通常也可以测量线路l 、l-之间的电池单体电压uz-i，并且例如将其与通过电池单体监控单元csc测量的电池单体电压uz-i相比较。因此，电池单体监控单元csc检查另外的故障源、即检查有误的电压测量。在一个变型方案中，同样顺序地测量电池单体电压uz-i，由此，一个唯一的电压测量设备(上图)就足够了。一个改进方案是，在电流测量过程之前或之后直接测量在电池单体电压接头zsa-i处的电池单体电压uz-i。
[0057]
图4示出在一个切换位置(也称作“电压测量位置”)中的图2和图3的等效电路图，所述切换位置被占据，以测量在电池单体电压接头zsa-i处的电池单体电压uz-i。为了电压
测量，控制器件5接通第一开关r1，接通第二开关r2，使得其中间接头com与其第一接触接头l1连接，并且接通第三开关r3。现在，电池单体电压uz-i例如可以在第一开关r1的第二接头k2和负线路l-之间被测量。例如，为此电压抽头6可以与第一开关r1的第二接头连接。
[0058]
一个改进方案是，为了电压测量，附加地设有第四开关r4，所述第四开关以其第一接头k1与负线路l-连接并且以其第二接头k2与电压抽头7连接。因此实现的优点是，仅需要一个电压测量设备(上图)用于测量所有电池单体电压uz-i，该电压测量设备可以借助开关r1和r4连接到分别待测量的电池单体电压接头zsa-i。一个改进方案是，电流测量装置4用作电压测量设备。
[0059]
在电池单体电压接头zsa-i处可以首先测量电流imess，并且然后测量电池单体电压uz-i，或反之亦然。
[0060]
图5示出用于电池单体电压接头zsa-1和zsa-2的两个电串联的电流测量电路的等效电路图，所述电池单体电压接头与在图4中示出的电流测量电路类似地使用四个开关r1至r4或r3、r5至r7以用于电流和电压测量。在用于监控第一电池单体电压接头zsa-1的电流测量电路的正线路l 相应于用于监控第二电池单体电压接头zsa-2的电流测量电路的负线路l-的意义上，电池单体电压供应接头zsa-1和zsa-2电串联或链接。这可以类似地应用于另外的电池单体电压接头zsa-i，其中，i≥3。
[0061]
用于监控第一电池单体电压接头zsa-1的电流测量电路r1至r4在功能上相应于图4中的电流测量电路r1至r4，所述电流测量电路也被设置用于电压测量。
[0062]
用于监控第二电池单体电压接头zsa-2的电流测量电路r3、r5至r7同样在功能上相应于图4中的电流测量电路r1至r4，其中，开关r5至r7承担开关r1至r3的功能，并且开关r3承担用于监控第一电池单体电压接头zsa-1的电流测量电路r1至r4的开关r4的功能。为此，第三开关r3现在构造为转接开关，其中间接头com与第一开关r1的第一接头k1连接，并且其第一接触接头l1与第二开关r2的中间接头com连接。第三开关r3的第二接触接头k2与电压抽头8连接。
[0063]
尤其为了在时间上相继地测量在第一电池单体电压接头zsa-1上的电池单体电压uz-1和电流imess并且随后测量在第一电池单体电压接头zsa-2上的电池单体电压uz-2和电流imess，可以使用下面更详细描述的切换位置。
ꢀ“
0”表示断开的接通/断开开关， 1表示断开的接通/断开开关：
[0064]
初始位置
[0065]
r1r2r3r4r5r6r70com-l1com-l100com-l1com-l1
[0066]
在电压抽头6和7上的第一电池单体电压接头zsa-1的电压测量uz-1
[0067]
r1r2r3r4r5r6r71com-l1com-l110com-l1com-l1
[0068]
这些切换位置尤其是设想从初始位置出发。在电压测量之后尤其可以返回到初始位置中。
[0069]
在第一电池单体电压接头zsa-1上的电流测量
[0070]
首先
[0071]
r1r2r3r4r5r6r71com-l2com-l100com-l1com-l1
[0072]
然后
[0073]
r1r2r3r4r5r6r71com-l2com-l200com-l1com-l1
[0074]
在电流测量之后可以返回到初始位置中。
[0075]
在电压抽头8和9上的第二电池单体电压接头zsa-2的电压测量uz-2
[0076]
r1r2r3r4r5r6r70com-l1com-l201com-l1com-l1
[0077]
这些切换位置尤其是设想从初始位置出发。在电压测量之后尤其可以返回到初始位置中。
[0078]
在第二电池单体电压接头zsa-2上的电流测量
[0079]
首先
[0080]
r1r2r3r4r5r6r70com-l1com-l101com-l2com-l1
[0081]
然后
[0082]
r1r2r3r4r5r6r70com-l1com-l101com-l2com-l2
[0083]
在电流测量之后可以返回到初始位置中。
[0084]
该流程可以类似地针对另外的电池单体电压接头zsa-i来执行，在此i≥3，其中，类似于开关r3，转接开关r7不仅用于第二电池单体电压接头zsa-2的电流线路，而且用于第三电池单体电压接头zsa-3的电压测量uz-3，等。
[0085]
一个优点在于，通过第三开关r3、第七开关r7等的双重功能，需要特别少数量的开关，这能实现特别廉价的结构。
[0086]
为了各个电池单体电压接头zsa-i上的电流测量，仅需要一个唯一的电流测量装置4，所述电流测量装置通过开关r1和r2、r5和r6等中间接入到相应的电流路径中。
[0087]
对于各个电池单体电压接头zsa-i的电流测量，仅需要一个唯一的电压测量装置，电压测量装置通过开关r4、r3等顺序地可连接到相应的负线路l-上。
[0088]
因为第一电池单体电压接头zsa-1的负线路l-处于最低的参考电位(也称为地gnd)上，所以在该线路中可以有利地存在另外的电流测量装置11，该电流测量装置测量从电池单体监控单元csc反馈的电流。
[0089]
当然，本发明不限于所示的实施例。
[0090]
因此，开关r1、r5等也能够构造为具有空闲的或未占用的接触接头的转接开关。
[0091]
一般地，只要未明确地例如通过表述“正好一个”等来排除，“一个”、“一”等可以理解为单数或复数，尤其是在“至少一个”或“一个或多个”等的意义上。
[0092]
数量说明也可以恰好包括所说明的数量以及通常的公差范围，只要这没有明确地被排除即可。
[0093]
附图标记列表
[0094]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
检查设备
[0095]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压源单元
[0096]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流测量模块
[0097]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流测量装置
[0098]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器件
[0099]
com
ꢀꢀꢀꢀꢀ
中间接头
[0100]
csc
ꢀꢀꢀꢀꢀ
电池单体监控单元
[0101]
k1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接通/断开开关的第一接头
[0102]
k2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接通/断开开关的第二接头
[0103]
l1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一接触接头
[0104]
l2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二接触接头
[0105]
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
正电线路
[0106]
l
‑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
负电线路
[0107]
r1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一开关
[0108]
r2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二开关
[0109]
r3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三开关
[0110]
uz-i
ꢀꢀꢀꢀ
第i个电池单体电压接头的电池单体电压
[0111]
zsa-1
ꢀꢀꢀ
第一电池单体电压接头
[0112]
zsa-i
ꢀꢀꢀ
第i电池单体电压接头
[0113]
zsa-n
ꢀꢀꢀ
第n电池单体电压接头
[0114]
zva-1
ꢀꢀꢀ
第一电池单体电压供应接头
[0115]
zva-j
ꢀꢀꢀ
第j电池单体电压供应接头
[0116]
zva-m
ꢀꢀꢀ
第m电池单体电压供应接头