用于測(cè)量電池單池電流的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于測(cè)量通過電池單池單元的電池單池電流的一種方法和一種裝置。在此，在斷開電池單池單元之后借助于放電單元實(shí)施電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電(S1)，其中，電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量，確定(S2)持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間中電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值，和基于確定的持續(xù)時(shí)間確定(S3)電池單池電流。
【專利說明】用于測(cè)量電池單池電流的方法和裝置
[0001 ]本發(fā)明涉及用于測(cè)量電池單池電流的一種方法和一種裝置。
[0002]當(dāng)前的電池系統(tǒng)由各具有一個(gè)電池單池的多個(gè)電池單池控制單元構(gòu)成，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)與電池單池控制單元連接的電池單池的單獨(dú)的控制。電池單池經(jīng)由電池單池控制單元在串聯(lián)電路中相互連接。此外，存在一個(gè)用于控制電池系統(tǒng)的中央控制單元。
[0003]為了產(chǎn)生電池系統(tǒng)的調(diào)節(jié)的總輸出電壓，各單個(gè)的電池單池借助于電池單池控制單元或者在正極性或者在負(fù)極性下，相對(duì)于總輸出電壓的分接頭，被置入串聯(lián)電路中(狀態(tài)"正連接"或"負(fù)連接")，或被斷開，即電池單池被與串聯(lián)電路分開和所屬的電池單池控制單元的連接端子被可導(dǎo)電地連接(狀態(tài)"跨接")。
[0004]此外，如此地實(shí)施電池系統(tǒng)的控制，即電池單池依賴于其充電狀態(tài)和其它的狀態(tài)參數(shù)(例如SOH-健康狀態(tài)(State of Health))，被激活，由此實(shí)現(xiàn)電池單池的主動(dòng)平衡。
[0005]SOH可以依據(jù)瞬時(shí)的單池電壓和已經(jīng)取出的能量來確定，這可以借助于電流傳感器實(shí)現(xiàn)。由于在這種電池系統(tǒng)中每個(gè)電池單池可以獨(dú)立于其它的電池單池地進(jìn)行控制，因此每個(gè)電池單池需要一個(gè)確定充電/放電電流的可能性，借此它被瞬時(shí)地充電/放電。電流測(cè)量可以例如通過分流電阻測(cè)量或霍爾傳感器在每個(gè)電池單池控制單元上實(shí)施。
[0006]一種按照現(xiàn)有技術(shù)的電池系統(tǒng)或電池60在圖6中示出。電池系統(tǒng)60包括多個(gè)串聯(lián)的電池單池控制單元61 (也稱為智能電池單元)。每個(gè)電池單池控制單元61包括一個(gè)電池單池64 ο電池單池控制單元61經(jīng)由單向通訊接口 62與中央調(diào)節(jié)器63連接。電池單池控制單元61的電池單池64可以單個(gè)地通過中央調(diào)節(jié)器63的控制信號(hào)經(jīng)由單向的通訊接口 62插入到全部電池單池54的串聯(lián)電路中或被橋接在其中。
[0007]本發(fā)明的公開
按照本發(fā)明的用于測(cè)量通過電池單池單元的電池單池電流的方法包括步驟:在斷開電池單池單元之后借助于放電單元使電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量放電，其中，電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量，確定持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間中感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值，和基于確定的持續(xù)時(shí)間確定電池單池電流。
[0008]按照本發(fā)明的用于測(cè)量通過電池單池單元的電池單池電流的裝置包括放電單元，其在斷開電池單池單元之后使電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量放電，其中，電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量，測(cè)量單元，其確定持續(xù)時(shí)間，在該持續(xù)時(shí)間中電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值，和評(píng)價(jià)單元，其基于確定的持續(xù)時(shí)間確定電池單池電流。
[0009]以這種方式提供一種成本有利的用于確定直接地在該斷開之前通過電池單池單元流動(dòng)的電流的可能性。此外通過放電避免在接通電池單池的電壓峰值，其通過電池單池單元的感應(yīng)的特性產(chǎn)生。由于該電池電流在斷開的電池單池中實(shí)現(xiàn)，此外對(duì)測(cè)量的外部的干擾影響被減小到最低程度。尤其是可以利用常規(guī)的電池單池控制單元的已經(jīng)存在的功率電子部件。此外在功率電路中不需要附加的電阻，由此最大程度上減小功率損失。尤其是相對(duì)于借助于霍爾傳感器的測(cè)量，提供一種成本有利的備選方案。
[0010]從屬權(quán)利要求顯示本發(fā)明的優(yōu)選的擴(kuò)展方案。
[0011]有利的是，通過放電單元實(shí)施電池單池單元的斷開。通過這種多次使用放電單元可以減少電池單池控制單元的必要的元器件的數(shù)量，由此形成成本優(yōu)勢(shì)。
[0012]此外有利的是，電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量借助于在斷開之后通過電池單池單元產(chǎn)生的測(cè)量電壓檢測(cè)。這實(shí)現(xiàn)以較小費(fèi)用來測(cè)量電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量。尤其是在許多電池中已經(jīng)提供用于測(cè)量測(cè)量電壓的機(jī)構(gòu)，由此不需要用于檢測(cè)電池單池單元的儲(chǔ)存的能量的附加的機(jī)構(gòu)并且由此形成成本優(yōu)勢(shì)。
[0013]同樣有利的是，儲(chǔ)存的能量電池單池單元的放電和/或電池單池單元的斷開經(jīng)由放電單元的晶體管，尤其是M0SFET，實(shí)施。通過晶體管的快速的開關(guān)時(shí)間可以由此實(shí)施特別精確的測(cè)量。此外可以在很大程度上避免其它的感應(yīng)產(chǎn)生的電壓峰值，如其在其它的開關(guān)中可以出現(xiàn)的那樣。MOSFET是尤其有利的，因?yàn)檫@種元件對(duì)傳導(dǎo)和阻斷在多個(gè)電池單池的串聯(lián)電路中出現(xiàn)的大的電流和電壓是優(yōu)化的。
[0014]有利地經(jīng)由MOSFET的寄生的二極管實(shí)施電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電，該寄生的二極管基于通過電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生的電壓擊穿。由此可以進(jìn)一步減少必要的元器件的數(shù)量，這導(dǎo)致較高的可靠性和較低的成本。此外以這種方式保證在放電單元僅僅在放電階段期間是激活的。
[0015]尤其地，電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量被用于接通晶體管，以便使電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量經(jīng)由接通的晶體管放電。由此可以取消附加的開關(guān)電壓和用于提供該附加的開關(guān)電壓的機(jī)構(gòu)。
[0016]此外有利的是，借助于二極管，尤其是借助于齊納二極管，觸發(fā)電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電，該二極管基于通過電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生的電壓擊穿和由此提供用于接通晶體管的電壓。由此以簡單的方法保證，放電單元僅僅在放電期間是激活的。
[0017]此外一種電池單池控制單元是有利的，其包括用于測(cè)量電池單池電流的裝置和電池單池單元。這是有利的，因?yàn)橛纱颂峁┮环N成本有利的具有前述優(yōu)點(diǎn)的電池單池控制單元，其可以在當(dāng)前的電池系統(tǒng)使用。
[0018]同樣，一種電池是有利的，其包括至少一個(gè)按照本發(fā)明的電池單池控制單元。由此提供一種成本有利的具有前述優(yōu)點(diǎn)的電池。
[0019]附圖簡述
以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中:
圖1是優(yōu)選的按照本發(fā)明的用于測(cè)量電池單池電流的方法的流程圖，
圖2是在第一優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式中的具有用于測(cè)量電池單池電流的裝置的電池單池控制單元的示意圖，
圖3是曲線圖，相應(yīng)于第一優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式的在放電單元上的電壓和電流，
圖4是在第二優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式中的具有用于測(cè)量電池單池電流的裝置的電池單池控制單元的示意圖，
圖5是曲線圖，相應(yīng)于第二優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式的在放電單元上的電壓和電流，和圖6是按照現(xiàn)有技術(shù)的具有多個(gè)電池單池控制單元的電池的示意圖。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施方式
圖1示出一個(gè)優(yōu)選的按照本發(fā)明的用于測(cè)量電池單池電流Ib的方法的流程圖。方法包括第一步驟SI，第二步驟S2和第三步驟S3。該方法有利地通過一個(gè)用于斷開電池單池單元20的信號(hào)開始，要測(cè)量的電池單池電流Ib流動(dòng)通過該電池單池單元。這種信號(hào)例如可以由電池的中央調(diào)節(jié)器輸出。如果該方法已經(jīng)開始，首先實(shí)施第一步驟SI，然后實(shí)施第二步驟S2和最后實(shí)施第三步驟S3 ο在實(shí)施第三步驟S3之后該方法結(jié)束。
[0021]在第一步驟SI中在斷開電池單池單元20之后借助于放電單元10實(shí)施電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電。在此，電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元20的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量。電池單池單元20是一個(gè)單元，它包括至少一個(gè)電池單池23。電池單池單元20的電池單池23可以相互間串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。當(dāng)電池單池23被斷開，每個(gè)電池單池23具有感應(yīng)的特性。被斷開在此意味著電池單池23與負(fù)載分開。電池單池23的感應(yīng)的特性例如可以通過電池單池23的物理結(jié)構(gòu)限定。因此，例如通過電池單池23的電極的繞組可以產(chǎn)生電池單池23的類似于線圈的特性。通過各個(gè)電池單池23的感應(yīng)的特性建立電池單池單元20的感應(yīng)的特性。類似于線圈，通過電池單池單元20因此儲(chǔ)存能量。通過電池單池單元20的感應(yīng)的特性感應(yīng)地儲(chǔ)存的電池單池單元的能量20因此是一種能量，它除了電池單池單元20的電化學(xué)地儲(chǔ)存的能量以外，附加地暫時(shí)地儲(chǔ)存在電池單池單元20中。電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量按照本發(fā)明在斷開電池單池單元之后20通過放電單元10完全地或部分地放電。為此例如建立電池單池單元的連接極21，22與接地點(diǎn)的導(dǎo)電連接或電池單池單元的連接極21，22與一個(gè)點(diǎn)的連接，該點(diǎn)的電位低于電池單池單元20在斷開之后的電位。該導(dǎo)電的連接最好具有一個(gè)電阻，通過該電阻可以影響放電的速度。一旦電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量被放電，最好這個(gè)導(dǎo)電的連接被分開，以避免電池單池單元20的電化學(xué)儲(chǔ)存的能量經(jīng)由放電單元10放電。
[0022]在第二步驟S2中實(shí)施持續(xù)時(shí)間tM的確定，在該持續(xù)時(shí)間中，電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值。在此情況下可以直接地測(cè)量電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量并且將測(cè)量值與閾值比較。也可以測(cè)量一個(gè)參數(shù)，它受到電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量影響。因此例如可以在斷開電池單池單元20之后測(cè)量在放電單元10和/或電池單池單元20上的電壓并且與閾值比較，該閾值在這種情況下是電壓值S。作為持續(xù)時(shí)間tM也可以測(cè)量在斷開的時(shí)間點(diǎn)和一個(gè)事件之間的時(shí)間間隔，該事件在電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量已經(jīng)達(dá)到閾值時(shí)出現(xiàn)。這種事件例如可以是通過放電單元1的放電的結(jié)束或晶體管的接通。
[0023]在第三步驟S3中基于確定的持續(xù)時(shí)間tM實(shí)施電池單池電流Ib的確定。由于開始的電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量取決于在斷開之前通過電池單池單元20流動(dòng)的電池單池電流Ib，該確定的持續(xù)時(shí)間tM隨電池單池電流Ib增大，因?yàn)檩^大的儲(chǔ)存的能量需要較長的持續(xù)時(shí)間來放電。因此由該確定的持續(xù)時(shí)間tM可以推斷出在斷開之前通過電池單池單元20流動(dòng)的電池單池電流Ib。這例如可以通過在先的校準(zhǔn)實(shí)施，在該校準(zhǔn)中不同的持續(xù)時(shí)間tM分別分配一個(gè)電池單池電流Ib。
[0024]圖2示出在第一優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式中的具有用于測(cè)量電池單池電流Ib的裝置的電池單池控制單元50的示意圖。通過在圖2中示出的電池單池控制單元50實(shí)施上述方法。電池單池控制單元50包括電池單池單元20，放電單元10，測(cè)量單元30和評(píng)價(jià)單元
40 ο
[0025]電池單池控制單元50具有第一連接觸頭51，第二連接觸頭52和控制觸頭53。放電單元10在這個(gè)第一實(shí)施方式中包括M0SFET14。電池單池單元20包括第一連接極21和第二連接極22。在第一和第二連接極21，22之間串聯(lián)多個(gè)電池單池23。測(cè)量單元30包括第一測(cè)量輸入端31和第二測(cè)量輸入端32。
[0026]M0SFET14具有特性，在擊穿電壓S下，它大于電池單池單元20的空載電壓，在M0SFET14的漏極觸頭11和源極觸頭12之間實(shí)施雪崩擊穿。該雪崩擊穿是在M0SFET14的漏極觸頭11和源極觸頭12之間的一個(gè)寄生的二極管的擊穿。
[0027]第一連接觸頭51可導(dǎo)電地與第一連接極21連接。第二連接極22可導(dǎo)電地與第一測(cè)量輸入端31和M0SFET14的漏極觸頭11連接。第二連接觸頭52可導(dǎo)電地與第二測(cè)量輸入端32和M0SFET14的源極觸頭12連接。M0SFET14的柵極觸頭13經(jīng)由電阻R與控制輸入端53連接。評(píng)價(jià)單元40這樣地與測(cè)量單元30耦聯(lián)，從測(cè)量單元30可以傳遞至少一個(gè)描述持續(xù)時(shí)間tM的信號(hào)到評(píng)價(jià)單元40。
[0028]電池單池控制單元50此外還包括開關(guān)單元54，它在此次實(shí)施成機(jī)械開關(guān)，但是也可以是晶體管或其它的電開關(guān)。該開關(guān)單元54連接在第一連接觸頭51和第二連接觸頭52之間。開關(guān)單元54在打開的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)將電池單池單元20與其它的電池單池控制單元的其它的電池單池單元串聯(lián)和在閉合狀態(tài)下將電池單池單元20在一個(gè)串聯(lián)電路中與其它的電池單池單元跨接。
[0029]如果一個(gè)相應(yīng)的控制電壓Ugs被施加到控制輸入端53上，那么M0SFET14接通和因此在漏極觸頭11和源極觸頭12之間實(shí)現(xiàn)電流流動(dòng)。該狀態(tài)在圖3的曲線圖中在第一時(shí)間段100中示出。在此，電池單池電流Ib通過點(diǎn)劃線，測(cè)量電壓Uds通過實(shí)線和控制電壓Ugs通過虛線示出。如果將一個(gè)負(fù)載連接到電池單池控制單元50上，電池單池電流Ib可以從第一連接觸頭51經(jīng)由電池單池單元20和放電單元10流到第二連接觸頭52。通過測(cè)量單元30測(cè)量在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的測(cè)量電壓UDS。在該第一實(shí)施方式中，如果控制電壓Ugs施加在控制輸入端53上，在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的測(cè)量電壓Uds為“O”伏，因?yàn)樵贛0SFET14的漏極觸頭11和源極觸頭12之間的電阻在這種情況下接近O歐姆。
[0030]在該第一優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式中，如果控制電壓Ucs不再施加在控制輸入端53上，通過放電單元10的M0SFET14實(shí)施電池單池單元20的斷開。在斷開電池單池單元20的同時(shí)，通過閉合開關(guān)單元54將電池單池單元橋接，以便不中斷通過可能的另外的與電池單池單元20串聯(lián)的電池單池單元20的電流流動(dòng)。該狀態(tài)在圖3的曲線圖中在第二時(shí)間段200中示出?？刂齐妷篣gs被中斷并且降低到“O”伏。在該狀態(tài)中，M0SFET14打開和在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的電流流動(dòng)中斷。通過在漏極觸頭11和源極觸頭12之間缺少的或至少高歐姆的電連接導(dǎo)致大于“O”伏的測(cè)量電壓UDS?；陔姵貑纬貑卧?0的感應(yīng)的特性，測(cè)量電壓Uds超過電池單池單元20的空載電壓。由此實(shí)施M0SFET14的雪崩擊穿和在漏極觸頭11和源極觸頭12之間建立導(dǎo)電的連接。在電池單池單元20中感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量經(jīng)由該導(dǎo)電的連接和由此經(jīng)由M0SFET14或經(jīng)由放電單元10放電，因?yàn)殡姵貑纬貑卧?0經(jīng)由開關(guān)單元54和M0SFET14被短路。由于電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量減少，在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的測(cè)量電壓Uds也減小。如果通過下降的測(cè)量電壓Uds達(dá)到M0SFET14的擊穿電壓S，那么M0SFET11阻斷在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的導(dǎo)電的連接。測(cè)量電壓Uds下降到電池單池單元的電壓(或電池的電壓，如果多個(gè)電池單池單元串聯(lián)的話)的值。電池單池控制單元50由此轉(zhuǎn)入通過在圖3中的第三時(shí)間段300示出的狀態(tài)。電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量因此在斷開電池單池單元20之后借助于放電單元10放電和由此實(shí)施前述的第一步驟Sl0
[0031]如果擊穿電壓S再次被降低，則通過測(cè)量單元30測(cè)量測(cè)量電壓Uds和由此也測(cè)量在斷開之后測(cè)量電壓Uds超過空載電壓的升高和測(cè)量電壓Uds的下降。在此情況下，測(cè)量單元30被設(shè)置用于，確定在測(cè)量電壓Uds的該升高和下降之間的持續(xù)時(shí)間tM。該確定的持續(xù)時(shí)間tM作為模擬的或數(shù)字的值被傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)單元40。由此通過測(cè)量單元30確定持續(xù)時(shí)間tM，在該持續(xù)時(shí)間中電池單池單元的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值。閾值在該第一實(shí)施方式中通過M0SFET14的擊穿電壓S限定。由此通過測(cè)量單元30實(shí)施前述的第二步驟S2。
[0032]在該第一實(shí)施方式中，確定的持續(xù)時(shí)間tM被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并且由測(cè)量單元30傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)單元40 ο在評(píng)價(jià)單元40中，確定的持續(xù)時(shí)間tM與一個(gè)預(yù)先給定的表比較和由此確定的持續(xù)時(shí)間tM被轉(zhuǎn)換成一個(gè)描述電池單池電流Ib的值。這種表例如可以由工廠方面預(yù)先給定并且事先通過一系列的試驗(yàn)在同時(shí)直接地測(cè)量電池電流Ib下制成。同樣也可以確定電池單池單元20的電感并且電池單池電流Ib由評(píng)價(jià)單元40計(jì)算。評(píng)價(jià)單元40由此基于確定的持續(xù)時(shí)間tM確定電池單池電流Ib。由此通過評(píng)價(jià)單元40實(shí)施前述的第三步驟S3。
[0033]圖4示出在第二優(yōu)選的按照本發(fā)明的實(shí)施方式中的具有用于測(cè)量電池單池電流的裝置的電池單池控制單元的示意圖。通過在圖4中示出的電池單池控制單元50實(shí)施前述的方法。電池單池控制單元50包括電池單池單元20，放電單元10，測(cè)量單元30和評(píng)價(jià)單元40。
[0034]電池單池控制單元50具有第一連接觸頭51，第二連接觸頭52和控制觸頭53。放電單元10在該第二實(shí)施方式中包括M0SFET14，二極管15和齊納二極管16。電池單池單元20包括第一連接極21和第二連接極22。多個(gè)電池單池23在第一和第二連接極21，22之間串聯(lián)。測(cè)量單元包括第一測(cè)量輸入端31和第二測(cè)量輸入端32。
[0035]齊納二極管16具有特性，在齊納電壓S下，其大于電池單池單元20的空載電壓，實(shí)施擊穿。
[0036]第一連接觸頭51可導(dǎo)電地與第一連接極21連接。第二連接極22可導(dǎo)電地與第一測(cè)量輸入端31和M0SFET14的漏極觸頭11連接。第二連接觸頭52可導(dǎo)電地與第二測(cè)量輸入端32和M0SFET14的源極觸頭12連接。M0SFET14的柵極觸頭13經(jīng)由電阻R與控制輸入端53可導(dǎo)電地連接。二極管15的陽極與漏極觸頭11可導(dǎo)電地連接和二極管15的陰極與齊納二極管16的陰極可導(dǎo)電地連接。齊納二極管16的陽極與柵極觸頭13可導(dǎo)電地連接。評(píng)價(jià)單元40這樣地與測(cè)量單元30耦聯(lián)，由測(cè)量單元30可以將至少一個(gè)描述持續(xù)時(shí)間tM的信號(hào)傳遞到評(píng)價(jià)單元40 ο
[0037]電池單池控制單元50此外還包括開關(guān)單元54，其在此次實(shí)施成機(jī)械開關(guān)，但是也可以是晶體管或其它的電開關(guān)。該開關(guān)單元54連接在第一連接觸頭51和第二連接觸頭52之間。開關(guān)單元54實(shí)現(xiàn)在打開的狀態(tài)下將電池單池單元20與其它的電池單池控制單元的其它的電池單池單元串聯(lián)和在閉合的狀態(tài)下將電池單池單元20在一個(gè)串聯(lián)電路中與其它的電池單池單元跨接。
[0038]如果相應(yīng)的控制電壓Ugs被施加到控制輸入端53上，那么M0SFET14接通和由此實(shí)現(xiàn)在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的電流流動(dòng)。通過二極管15保證，沒有通過電阻R和控制電壓Ucs限定的電流經(jīng)由第一或第二連接觸頭51，52流出。該狀態(tài)在圖5的曲線圖中在第一時(shí)間段101中示出。在此，在圖5中電池單池電流Ib通過點(diǎn)劃線，測(cè)量電壓Uds通過實(shí)線和控制電壓Ugs通過虛線示出。如果一個(gè)負(fù)載被連接到電池單池控制單元50上，電池單池電流Ib可以從第一連接觸頭51經(jīng)由電池單池單元20和放電單元10流到第二連接觸頭52。通過測(cè)量單元30測(cè)量在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的測(cè)量電壓UDS。在該第一實(shí)施方式中，如果控制電壓Ugs施加到控制輸入端53上，測(cè)量電壓Uds為“O”伏，因?yàn)樵贛OSFET14的漏極觸頭11和源極觸頭12之間的電阻趨于“O”歐姆。
[0039]在該第二實(shí)施方式中，如果控制電壓Ugs不再施加到控制輸入端53上，通過放電單元10的M0SFET14實(shí)施電池單池單元20的斷開。同時(shí)隨著斷開電池單池單元20，該電池單池單元通過閉合開關(guān)單元54被橋接，以便不中斷通過可能的另外的與電池單池單元20串聯(lián)的電池單池單元20的電流流動(dòng)。該狀態(tài)在圖5的曲線圖中在第二時(shí)間段201中示出。控制電壓Ugs被中斷和下降。在該狀態(tài)下M0SFET14打開和在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的電流流動(dòng)被中斷。通過在漏極觸頭11和源極觸頭12之間的缺少的或至少高歐姆的電連接，導(dǎo)致測(cè)量電壓Uds大于“O”伏?；陔姵貑纬貑卧?0的感應(yīng)的特性，測(cè)量電壓Uds升高超過電池單池單元20的空載電壓。通過在M0SFET14的漏極觸頭11上的升高的電壓水平，在該狀態(tài)下在漏極觸頭11和柵極觸頭13之間的電壓超過在該觸頭之間布置的齊納二極管16的齊納電壓S。齊納二極管16擊穿，并且電流可以從M0SFET14的漏極觸頭11流到M0SFET14的柵極觸頭13。因此在M0SFET14上施加有一個(gè)減小的控制電壓UGS，它由電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量供給。由此電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量被用于接通M0SFET14 JOSFET由此在它的線性的工作區(qū)域中運(yùn)行并且在漏極觸頭11和源極觸頭12之間建立電阻式的導(dǎo)電的連接。在電池單池單元20中感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量經(jīng)由該導(dǎo)電的連接和由此經(jīng)由M0SFET14或經(jīng)由放電單元10放電，因?yàn)殡姵貑纬貑卧?0經(jīng)由開關(guān)單元54和M0SFET14被短路。由于電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量減少，在M0SFET14的漏極觸頭13上升高的電壓水平也下降。如果齊納二極管16的齊納電壓S被降低，那么控制電壓Ugs下降到O伏，和MOSFET14阻斷在漏極觸頭11和源極觸頭13之間的導(dǎo)電的連接。測(cè)量電壓Uds下降到電池單池單元20的電壓(或電池的電壓，如果多個(gè)電池單池單元串聯(lián)的話)的值。電池單池控制單元50進(jìn)入到通過在圖5中的第三時(shí)間段301示出的狀態(tài)。由此電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量在斷開電池單池單元20之后借助于放電單元10放電和由此實(shí)施前述的第一步驟SI。
[0040]如果齊納電壓S再次被降低，通過測(cè)量單元測(cè)量電壓Uds和由此也測(cè)量在斷開之后超過空載電壓的測(cè)量電壓Uds的升高和測(cè)量電壓Uds的下降。在此測(cè)量單元30被設(shè)置用于，確定在測(cè)量電壓Uds的該升高和下降之間的持續(xù)時(shí)間tM。該確定的持續(xù)時(shí)間tM作為模擬的或數(shù)字的值被傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)單元40 ο由此通過測(cè)量單元30確定持續(xù)時(shí)間tM，在持續(xù)時(shí)間中電池單池單元20的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值。閾值在該第二實(shí)施方式中通過齊納二極管16的齊納電壓S限定。由此通過測(cè)量單元30實(shí)施前述的第二步驟S2。
[0041 ]在該第二實(shí)施方式中確定的持續(xù)時(shí)間tM被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值并且由測(cè)量單元30傳輸?shù)皆u(píng)價(jià)單元40 ο在評(píng)價(jià)單元40中確定的持續(xù)時(shí)間tM與一個(gè)預(yù)先給定的表比較和由此確定的持續(xù)時(shí)間tM被轉(zhuǎn)換成一個(gè)描述電池單池電流Ib的值。這種表例如可以由工廠方面預(yù)先給定并且事先通過一系列的試驗(yàn)在同時(shí)直接地測(cè)量電池電流Ib下制成。同樣也可以確定電池單池單元20的電感并且電池單池電流Ib由評(píng)價(jià)單元40計(jì)算。評(píng)價(jià)單元40由此基于確定的持續(xù)時(shí)間tM確定電池單池電流IB。由此通過評(píng)價(jià)單元40實(shí)施前述的第三步驟S3。
[0042]一般地適用的是，在一個(gè)電池或電池系統(tǒng)中的電池單池單元20被頻繁地接通和斷開，由此實(shí)現(xiàn)全部單池的均勻的負(fù)載。在每個(gè)斷開過程中，通過充電或放電電流在單池的電感中儲(chǔ)存的能量必須被消除。這例如可以在利用M0SFET14的雪崩運(yùn)行下實(shí)現(xiàn)或者借助于齊納二極管，在M0SFET11的線性運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)。在兩種變型中，MOSFET的源電壓在斷開電池單池電流Ib之后非常快速地升高直到MOSFET的阻斷電壓或齊納二極管的齊納電壓，直到能量被消除和接著再次下降到電池電壓的水平。M0SFET14的源極觸頭12保持在較高的電壓水平上的持續(xù)時(shí)間tM在相同的阻斷電壓和相同的電感下與消除的能量成比例和由此與先前流過的電池電流Ib成比例。該持續(xù)時(shí)間tM可以通過通常在每個(gè)電池單池控制單元50中存在的微處理器單元簡單地測(cè)量。
[0043]每個(gè)電池單池控制單元50知道該持續(xù)時(shí)間，電池單池控制單元以該持續(xù)時(shí)間被充電或放電。通過按照本發(fā)明的方法，電池單池控制單元50也知道所屬的電池單池電流Ib。由此電池單池控制單元50可以計(jì)算它已經(jīng)輸出了那些能量。在考慮電池單池單元20的空載電壓下在與已經(jīng)輸出的能量的直接的比較下，電池單池控制單元50可以確定電池單池單元20的健康狀態(tài)(SOH-State of Health)。借助于合適的算法，由此可以為保護(hù)已經(jīng)極大老化的電池單池單元20做貢獻(xiàn)。由此改善電池或電池系統(tǒng)的最大壽命。
[0044]除了上面文字上的公開以外，明確地參見圖1至6的公開內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于測(cè)量電池單池單元(20)的電池單池電流(Ib)的方法，包括步驟: -在斷開電池單池單元(20)之后借助于放電單元(10)使電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量放電，其中，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元(20)的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量， -確定持續(xù)時(shí)間(tM)，在該持續(xù)時(shí)間中電池單池單元(20 )的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值，和 -基于確定的持續(xù)時(shí)間(tM)確定電池單池電流(Ib)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過放電單元(10)實(shí)施電池單池單元(20)的斷開。3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量借助于在斷開電池單池單元(20)之后通過電池單池單元(20)產(chǎn)生的測(cè)量電壓(Uds)檢測(cè)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電和/或電池單池單元(20)的斷開經(jīng)由放電單元(10)的晶體管，尤其是MOSFET(H)，實(shí)施。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電經(jīng)由MOSFET(H)的寄生的二極管實(shí)施，該二極管基于通過電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生的電壓擊穿。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量被用于接通晶體管，以便使電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量經(jīng)由接通的晶體管放電。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量的放電借助于二極管，尤其是借助于齊納二極管(16)，觸發(fā)，該二極管基于通過電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量產(chǎn)生的電壓擊穿，和由此提供用于接通晶體管的電壓。8.用于測(cè)量電池單池單元(20)的電池單池電流(Ib)的裝置，包括: -放電單元(10)，它在斷開電池單池單元(20)之后使電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量放電，其中，電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量是通過電池單池單元(20)的感應(yīng)的特性儲(chǔ)存的能量， -測(cè)量單元(30)，它確定持續(xù)時(shí)間(tM)，在該持續(xù)時(shí)間中電池單池單元(20)的感應(yīng)地儲(chǔ)存的能量一直下降到一個(gè)給定的閾值(S)，和 -評(píng)價(jià)單元(40)，它基于確定的持續(xù)時(shí)間(tM)確定電池單池電流(Ib)。9.電池單池控制單元(50)，其特征在于，電池單池控制單元(50)包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于測(cè)量電池單池電流(Ib)的裝置和電池單池單元(20)。10.電池，其特征在于，該電池包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求9所述的電池單池控制單元(40)。
【文檔編號(hào)】G01R27/26GK105980871SQ201580008482
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日
【發(fā)明人】B.斯普林格, P.希倫布蘭德
【申請(qǐng)人】羅伯特·博世有限公司