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DE102011005603A1 - Electric battery and method for measuring cell voltages in an electric battery - Google Patents

Electric battery and method for measuring cell voltages in an electric battery Download PDF

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DE102011005603A1
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DE
Germany
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cell
voltage
measuring
measurement
terminal
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Application number
DE102011005603A
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German (de)
Inventor
Johannes Katzmann
Dietmar Vogt
Stefan Dünsbier
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Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2012/053807 priority patent/WO2012123286A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen (12) und einer Spannungsmesseinrichtung (20) zur Messung der Zellspannungen (Vc), wobei für jede Zelle (12) ein erster Leitungspfad zwischen einem ersten Zellanschluss (c1) und einem ersten Messanschluss (m1) der Spannungsmesseinrichtung (20) und ein zweiter Leitungspfad zwischen einem zweiten Zellanschluss (c2) und einem zweiten Messanschluss (m2) der Spannungsmesseinrichtung (20) verläuft, um die betreffende Zellspannung (Vc) messen zu können. Um die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse der Zellspannungsmessungen zu erhöhen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen einem ersten Schaltungsknoten (K) des ersten Leitungspfades und einem zweiten Schaltungsknoten (L) des zweiten Leitungspfades eine Reihenschaltung aus einem Verbindungswiderstand (Rb) und einem ansteuerbaren Schaltelement (T) verläuft, und dass im zweiten Leitungspfad zwischen dem zweiten Zellanschluss (c2) und dem zweiten Schaltungsknoten (L) ein Hilfswiderstand (Rh) angeordnet ist, um bei geschlossenem Schaltelement (T) eine redundante Messung derselben Zellspannung (Vc) durchführen zu können.The invention relates to an electric battery with a plurality of series-connected cells (12) and a voltage measuring device (20) for measuring the cell voltages (Vc), wherein for each cell (12) a first conduction path between a first cell terminal (c1) and a first measuring terminal (m1) of the voltage measuring device (20) and a second conduction path between a second cell terminal (c2) and a second measuring terminal (m2) of the voltage measuring device (20) runs in order to measure the relevant cell voltage (Vc) can. In order to increase the reliability and validity of the results of the cell voltage measurements, it is provided according to the invention that between a first circuit node (K) of the first line path and a second circuit node (L) of the second line path, a series connection of a connection resistor (Rb) and a controllable switching element ( T), and that in the second conduction path between the second cell terminal (c2) and the second circuit node (L), an auxiliary resistor (Rh) is arranged to perform a redundant measurement of the same cell voltage (Vc) when the switching element (T) is closed.

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Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein die Überwachung von Betriebsparametern einer aus mehreren Batteriezellen zusammengesetzten elektrischen Batterie, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges.The present invention generally relates to the monitoring of operating parameters of an electric battery composed of a plurality of battery cells, such as a traction battery of an electric or hybrid vehicle.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrische Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen und einer Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Zellspannungen, wobei für jede Zelle ein erster Leitungspfad zwischen einem ersten Zellanschluss dieser Zelle und einem ersten Messanschluss der Spannungsmesseinrichtung verläuft, und wobei und ein zweiter Leitungspfad zwischen einem zweiten Zellanschluss dieser Zelle und einem zweiten Messanschluss der Spannungsmesseinrichtung verläuft (Über diese Leitungspfade kann die betreffende Zellspannung gemessen werden). Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Zellspannungen in einer derartigen elektrischen Batterie unter Verwendung der genannten Spannungsmesseinrichtung.More particularly, the invention relates to an electric battery having a plurality of series-connected cells and a voltage measuring device for measuring the cell voltages, wherein for each cell a first conduction path between a first cell terminal of this cell and a first measuring terminal of the voltage measuring device, and wherein and a second conduction path between a second cell connection of this cell and a second measuring terminal of the voltage measuring device runs (About these line paths, the cell voltage in question can be measured). Furthermore, the invention relates to a method for measuring the cell voltages in such an electric battery using said voltage measuring device.

Elektrische Batterien und Verfahren zur Zellspannungsmessung der vorstehend genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mittels der für jede Zelle vorgesehenen zwei Leitungspfaden lassen sich vorteilhaft in einfacher Weise sämtliche Zellspannungen ”direkt” messen, indem ein erstes Zellpotential (z. B. positives Zellpotential) über den ersten Leitungspfad und ein zweites Zellpotential (z. B. negatives Zellpotential) über den zweiten Leitungspfad zu den zugehörigen Messanschlüssen der Spannungsmesseinrichtung geführt werden. Unter der oftmals ohne weiteres erfüllbaren Voraussetzung eines praktisch vernachlässigbaren Messstromes steht dieser direkten Spannungsmessung auch nicht entgegen, dass die Leitungspfade widerstandsbehaftet sind bzw. gewollt mit entsprechenden Leitungswiderständen versehen sind (um die betreffende Zelle in Falle eines eingangsseitigen Kurzschlusses des betreffenden Spannungsmesskanals zu schützen). Im Übrigen können die Werte derartiger Leitungswiderstände bei dieser Messung auch (zusammen mit den Werten der ”Innenwiderstände” der Zellen) mitberücksichtigt werden.Electric batteries and method of cell voltage measurement of the aforementioned type are known from the prior art. By means of the two line paths provided for each cell, all cell voltages can advantageously be measured "directly" in a simple manner by transmitting a first cell potential (eg positive cell potential) via the first conduction path and a second cell potential (eg negative cell potential) the second conduction path to the associated measuring terminals of the voltage measuring device are performed. Under the condition of a virtually negligible measuring current, which can often be met without further ado, this direct voltage measurement does not preclude the conduction paths being resistive or intentionally provided with corresponding line resistances (in order to protect the relevant cell in the event of an input-side short circuit of the relevant voltage measurement channel). Incidentally, the values of such line resistances can also be taken into account in this measurement (together with the values of the "internal resistances" of the cells).

Aus dem Stand der Technik ist es des weiteren bekannt, bei einer elektrischen Batterie der oben genannten Art eine Zellvergleichmäßigung (”Balancing”) durchzuführen, um etwaige Ungleichmäßigkeiten hinsichtlich der Ladezustände der einzelnen Zellen von Zeit zu Zeit zu beseitigen. Gemäß des Konzeptes des so genannten ”passiven Balancing” werden hierfür eine oder mehrere der Zellen (mit relativ hohem Ladezustand) auf Basis einer Zellspannungsüberwachung ausgewählt und individuell etwas entladen. Die hierfür verwendete Entladepassage kann z. B. als eine widerstandsbehaftete und angesteuert zuschaltbare Verbindungspassage (Entladungspassage) zwischen erstem Leitungspfad und zweitem Leitungspfad vorgesehen sein.It is also known from the prior art to perform a "cell balancing" in an electric battery of the above type in order to eliminate any irregularities in the charge states of the individual cells from time to time. According to the concept of so-called "passive balancing", one or more of the cells (with a relatively high state of charge) are selected for this purpose on the basis of a cell voltage monitoring and individually discharged somewhat. The unloading passage used for this purpose can, for. B. as a resistive and activated switchable connection passage (discharge passage) between the first conduction path and the second conduction path can be provided.

Bei Batterien und Messverfahren der hier interessierenden Art besteht ein prinzipielles Problem darin, dass es auf Grund eines nie ganz auszuschließenden Versagens einzelner elektrischer Komponenten zu falschen Ergebnissen bei der Messung von Zellspannungen kommen kann. Abgesehen von einer Sicherstellung eines ordnungsgemäßen Messbetriebes wäre es daher wünschenswert, bei möglichst vielen in der Praxis denkbaren Fehlerfällen diese Fehlerfälle bzw. die zugrundeliegenden (Bauteil-)Fehler zumindest zu erkennen.In the case of batteries and measuring methods of the type of interest here, a fundamental problem is that due to a failure of individual electrical components which can never be completely excluded, incorrect results can be obtained in the measurement of cell voltages. Apart from ensuring a proper measurement operation, it would therefore be desirable to at least detect possible error cases or the underlying (component) errors in as many conceivable error cases in practice.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer elektrischen Batterie bzw. bei einem Messverfahren der vorstehend erläuterten Art die Zuverlässigkeit und Aussagekraft der Ergebnisse von Zellspannungsmessungen zu erhöhen, und hierbei insbesondere etwaige Fehler, beispielsweise durch Bauteilversagen, besser erkennen zu können.It is therefore an object of the present invention, in an electric battery or in a measuring method of the type described above, to increase the reliability and validity of the results of cell voltage measurements, and in particular to be able to better recognize any errors, for example, due to component failure.

Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen einem ersten Schaltungsknoten des ersten Leitungspfades und einem zweiten Schaltungsknoten des zweiten Leitungspfades eine Reihenschaltung aus einem Verbindungswiderstand und einem ansteuerbaren Schaltelement verläuft, und dass im zweiten Leitungspfad zwischen dem zweiten Zellanschluss und dem zweiten Schaltungsknoten ein Hilfswiderstand angeordnet ist, um bei geschlossenem Schaltelement eine redundante Messung derselben Zellspannung durchführen zu können. Bei geschlossenem Schaltelement bilden die beiden Schaltungsknoten bzw. die beiden Leitungspfade einen ”Abgriff an einem Spannungsteiler, der den Verbindungswiderstand und den Hilfswiderstand enthält bzw. aus diesen beiden Widerständen gebildet ist, so dass die in diesem Zustand durchgeführte (redundante) ”zweite Teilmessung” als Ergebnis eine Spannung ergibt, die einem Bruchteil der betreffenden Zellspannung entspricht, wobei dieser Bruchteil durch die elektrischen Eigenschaften der beteiligten Komponenten vorgegeben und somit bekannt ist.In the case of the electric battery according to the invention, this object is achieved in that a series connection of a connection resistor and a controllable switching element runs between a first circuit node of the first line path and a second circuit node of the second line path, and that in the second line path between the second cell connection and the second circuit node an auxiliary resistor is arranged in order to be able to perform a redundant measurement of the same cell voltage when the switching element is closed. When the switching element is closed, the two circuit nodes or the two conduction paths form a "tap on a voltage divider which contains the connection resistance and the auxiliary resistance or is formed from these two resistors, so that the (redundant)" second partial measurement "carried out in this state Result results in a voltage corresponding to a fraction of the cell voltage in question, this fraction is given by the electrical properties of the components involved and thus known.

Hierzu ein einfaches Beispiel: Falls der erwähnte Spannungsteiler lediglich aus Verbindungswiderstand, Hilfswiderstand und dem dazwischen liegenden Schaltelement (mit z. B. vernachlässigbarem Durchgangswiderstand im geschlossenen Zustand) gebildet ist, und Verbindungswiderstand und Hilfswiderstand z. B. den gleichen Wert besitzen, so liefert die bei geschlossenem Schaltelement redundant durchgeführte Messung eine Spannung, die halb so groß wie die bei geöffnetem Schaltelement gemessene Spannung (Zellspannung) ist. Wenn eine Auswertung der Ergebnisse dieser beiden redundanten Teilmessungen ergibt, dass die beiden gemessenen Spannungen nicht im zu erwartenden Verhältnis zueinander stehen, so liegt ein Fehlerfall vor, der unter Umständen sogar durch eine genauere Auswertung vorteilhaft noch näher eingegrenzt werden kann. Hierfür können insbesondere auch Ergebnisse von gegebenenfalls durchgeführten weiteren Teilmessungen herangezogen werden (wie weiter unten noch beschrieben).Here is a simple example: If the mentioned voltage divider is formed only of connection resistance, auxiliary resistance and the intermediate switching element (with, for example, negligible volume resistance in the closed state), and connection resistance and auxiliary resistance z. B. have the same value, so when the switching element is closed redundant measurement provides a voltage that is half as large as that when the switching element is open measured voltage (cell voltage) is. If an evaluation of the results of these two redundant partial measurements shows that the two measured voltages are not in the expected relationship to each other, there is an error case that may even be narrowed down even more favorably by a more accurate evaluation. In particular, results of optionally performed further partial measurements can also be used for this purpose (as described further below).

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Zellspannungsmessung an einer elektrischen Batterie mit darin integrierter Batterieüberwachung. In diesem Fall bildet die erfindungsgemäß vorgesehene Spannungsmesseinrichtung einen Teil bzw. funktionalen Teil der Batterieüberwachung. Daneben kann eine solche Batterieüberwachung, die z. B. in Form einer elektronischen Überwachungsschaltung zusammen mit einem Zellenstapel in einem Batteriegehäuse integriert sein kann, auch noch andere Überwachungsaufgaben erfüllen. Eine solche Überwachungsaufgabe kann beispielsweise in der Messung einer oder mehrerer Zelltemperaturen bestehen. Auch kann die Batterieüberwachung Steuerungsaufgaben erfüllen, wie etwa die Ansteuerung einer Kühlung bzw. Temperierung der Batterie bzw. einzelner Batteriezellen (auf Basis einer vorangegangenen Zelltemperaturmessung) oder die Ansteuerung einer Zellspannungsvergleichmäßigung (z. B. auf Basis einer vorangegangenen Zellspannungsmessung).The invention is particularly suitable for cell voltage measurement on an electric battery with integrated battery monitoring. In this case, the voltage measuring device provided according to the invention forms part or functional part of the battery monitoring. In addition, such a battery monitoring, z. B. may be integrated in the form of an electronic monitoring circuit together with a cell stack in a battery case, also fulfill other monitoring tasks. Such a monitoring task may consist, for example, in the measurement of one or more cell temperatures. The battery monitoring can also fulfill control tasks, such as the control of a cooling or temperature control of the battery or of individual battery cells (based on a previous cell temperature measurement) or the control of a cell voltage equalization (eg based on a preceding cell voltage measurement).

In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der elektrischen Batterie um die Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, beispielsweise enthaltend wenigstens einen ”Zellenblock” umfassend wenigstens 10, insbesondere wenigstens 20 Batteriezellen.In one embodiment of the invention, the electric battery is the traction battery of an electric or hybrid vehicle, for example comprising at least one "cell block" comprising at least 10, in particular at least 20 battery cells.

Die Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Art von Batteriezellen eingeschränkt. In einer Ausführungsform handelt es sich z. B. um Lithium-basierte Zellen (z. B. Lithium-Ionen-Zellen).The invention is not limited to any particular type of battery cells. In one embodiment, z. For example, lithium-based cells (eg, lithium-ion cells).

Die Spannungsmesseinrichtung kann vorteilhaft einen oder mehrere AD(Analog/Digital)-Wandler umfassen, mittels welchen die zwischen dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss herrschende Spannung in eine digitale Repräsentation gewandelt wird, so dass vorteilhaft eine digitale Weiterverarbeitung, insbesondere zum Zwecke einer genaueren Auswertung der Ergebnisse der Zellspannungsmessung, ermöglicht ist.The voltage measuring device may advantageously comprise one or more AD (analog / digital) converters, by means of which the voltage prevailing between the first measuring connection and the second measuring connection is converted into a digital representation, so that advantageously a digital further processing, in particular for the purpose of a more accurate evaluation the results of cell voltage measurement is possible.

In einer Ausführungsform ist im ersten Leitungspfad zwischen dem ersten Schaltungsknoten und dem ersten Messanschluss ein erster Leitungswiderstand angeordnet und/oder im zweiten Leitungspfad zwischen dem zweiten Schaltungsknoten und dem zweiten Messanschluss ein zweiter Leitungswiderstand angeordnet. Damit ist vorteilhaft ein Kurzschlussschutz realisiert, für den Fall, dass die Spannungsmesseinrichtung (z. B. AD-Wandlereinrichtung) einen Kurzschluss verursacht.In one embodiment, a first line resistance is arranged in the first line path between the first circuit node and the first measuring terminal, and / or a second line resistance is arranged in the second line path between the second circuit node and the second measuring terminal. Thus, a short circuit protection is advantageously realized, in the event that the voltage measuring device (eg AD converter device) causes a short circuit.

Bevorzugt sind zumindest die zwischen dem ersten Schaltungsknoten und dem ersten Messanschluss bzw. zwischen dem zweiten Schaltungsknoten und dem zweiten Messanschluss verlaufenden Passagen des ersten Leitungspfades bzw. zweiten Leitungspfades jeweils mit einem Leitungswiderstand versehen. Diese Leitungswiderstände können z. B. mit identischem Widerstandswert bemessen sein.Preferably, at least the passages of the first conduction path and the second conduction path extending between the first circuit node and the first measurement connection or between the second circuit node and the second measurement connection are each provided with a line resistance. These resistors can z. B. be sized with identical resistance.

In einer Ausführungsform sind der erste Messanschluss und der zweite Messanschluss über einen Pufferkondensator miteinander verbunden.In one embodiment, the first measurement port and the second measurement port are interconnected via a buffer capacitor.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wert des Hilfswiderstandes größer als das 0,1-fache des Wertes des Verbindungswiderstandes ist und/oder der Wert des Hilfswiderstandes kleiner als das 10-fache des Wertes des Verbindungswiderstandes ist. Damit kann vorteilhaft erreicht werden, dass die bei der ersten Teilmessung und zweiten Teilmessung sich ergebenden Spannungen nicht allzu sehr voneinander abweichen und somit insbesondere keine ”Messbereichsumschaltung” an der Spannungsmesseinrichtung erforderlich ist.In one embodiment it is provided that the value of the auxiliary resistance is greater than 0.1 times the value of the connection resistance and / or the value of the auxiliary resistance is less than 10 times the value of the connection resistance. It can thus advantageously be achieved that the voltages which result during the first partial measurement and the second partial measurement do not deviate too much from one another, and thus in particular no "measuring range changeover" is required at the voltage measuring device.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung der Zellspannungen in einer elektrischen Batterie der vorstehend beschriebenen Art ist vorgesehen, dass eine Messung wenigstens einer der Zellspannungen sowohl bei geöffnetem Schaltelement als auch bei geschlossenem Schaltelement der betreffenden Reihenschaltung durchgeführt wird. Diese beiden Messungen wurden oben bereits als ”erste Teilmessung” und ”zweite Teilmessung” bezeichnet.In the method according to the invention for measuring the cell voltages in an electric battery of the type described above, it is provided that a measurement of at least one of the cell voltages is carried out both when the switching element is open and when the switching element of the relevant series connection is closed. These two measurements have already been referred to above as "first partial measurement" and "second partial measurement".

Bevorzugt wird bei diesem Messverfahren auch eine Diagnose der Zellspannungsmessung anhand eines Vergleiches der Ergebnisse der beiden Teilmessungen durchgeführt.In this measuring method, a diagnosis of the cell voltage measurement is preferably also carried out on the basis of a comparison of the results of the two partial measurements.

Ein durch die Diagnose feststellbarer Fehlerfall liegt insbesondere dann vor, wenn die Ergebnisse der beiden Teilmessungen nicht ”zueinander passen”.An error case detectable by the diagnosis is present in particular if the results of the two partial measurements do not "match one another".

Bei der Diagnose kann neben dem Ergebnis der ersten Teilmessung und/oder dem Ergebnis der zweiten Teilmessung noch das Ergebnis wenigstens einer weiteren Teilmessung herangezogen werden. In dieser Hinsicht ist insbesondere folgendes von Bedeutung:
Die erfindungsgemäße Batterie enthält eine Reihenschaltung von mehreren (z. B. 10 oder mehr) elektrischen Zellen, wobei für jede Zelle ein ”erster Leitungspfad” und ein ”zweiter Leitungspfad” (und die oben beschriebenen weiteren Schaltungskomponenten) vorgesehen sind, wobei im Falle von unmittelbar benachbarten Zellen in der Zellenreihenschaltung auch klar ist, dass der ”zweite Leitungspfad” einer Zelle gleichzeitig den ”ersten Leitungspfad” einer benachbarten Zelle (oder umgekehrt) darstellt.
In the diagnosis, in addition to the result of the first partial measurement and / or the result of the second partial measurement, the result of at least one further partial measurement can also be used. In this regard, the following is of particular importance:
The battery according to the invention contains a series connection of several (eg 10 or more) electrical cell, wherein for each cell, a "first conduction path" and a "second conduction path" (and the other circuit components described above) are provided, and in the case of immediately adjacent cells in the cell series circuit is also clear that the "second conduction path" of a Cell simultaneously represents the "first conduction path" of an adjacent cell (or vice versa).

Bei der bisherigen Beschreibung der Messung einer bestimmten Zellspannung wurde stets davon ausgegangen, dass die hierbei gemessene Spannung diejenige Spannung ist, welche sich zwischen dem ersten Messanschluss und dem zweiten Messanschluss der ”zugehörigen” beiden Leitungspfade ergibt, wobei die ”erste Teilmessung” und die ”zweite Teilmessung” danach zu unterscheiden sind, ob das ”zugehörige” Schaltelement geöffnet oder geschlossen ist.In the previous description of the measurement of a specific cell voltage, it has always been assumed that the voltage measured in this case is the voltage which results between the first measuring terminal and the second measuring terminal of the "associated" two conducting paths, the "first partial measuring" and the " second part measurement "are to be distinguished according to whether the" associated "switching element is open or closed.

Wie es unten bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert wird, sind jedoch auch weitere ”Teilmessungen” möglich, bei welchen keine solche 1:1-Zuordnung zwischen der zu messenden Zellspannung und dem hierfür verwendeten Paar von Leitungspfaden vorliegt, also z. B. zur Messung der Zellspannung einer bestimmten Zelle nicht (nur) eine Messung über das ”zugehörige” Leitungspfadpaar sondern (zusätzlich) über das ”benachbarte” Leitungspfadpaar erfolgt.As will be explained in more detail below in the description of an embodiment, however, other "partial measurements" are possible in which there is no such 1: 1 assignment between the measured cell voltage and the pair of conduction paths used for this purpose, ie z. B. for measuring the cell voltage of a particular cell not (only) a measurement on the "associated" line path pair but (additionally) via the "adjacent" line path pair.

Nochmals anders ausgedrückt ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Batterie vorteilhaft die Durchführung von noch weiteren ”Teilmessungen” (neben den erwähnten ersten und zweiten Teilmessungen) im Rahmen einer erweiterten Zellspannungsmessstrategie, womit vorteilhaft die Redundanz und die Fehlererkennungsmöglichkeiten noch weiter erhöht sind.Expressed in another way, the inventive design of the electric battery advantageously allows the implementation of even more "partial measurements" (in addition to the first and second partial measurements mentioned) in the context of an extended cell voltage measurement strategy, which advantageously the redundancy and error detection options are further increased.

Die mit der Erfindung ermöglichte Vergrößerung der Redundanz bei einer Zellspannungsmessung bzw. Zellspannungsüberwachung mit Hilfe der Durchführung der erwähnten Teilmessungen schließt keineswegs aus, dass noch weitere redundanzerhöhende Maßnahmen getroffen werden. Hierzu zählt z. B. die mehrmalige Durchführung einer Teilmessung, oder z. B. die mehrfache Durchführung einer Teilmessung mittels unterschiedlicher Eingänge (z. B. unterschiedlicher AD-Wandler(eingänge) eines ”Mehrkanal-ADC”) der Spannungsmesseinrichtung (z. B. nach geeigneter Umschaltung von einem Messeingang auf einen anderen Messeingang).The enlargement of the redundancy with a cell voltage measurement or cell voltage monitoring with the help of the execution of the mentioned partial measurements made possible by the invention by no means excludes that further measures to increase the redundancy are taken. This includes z. B. the repeated execution of a partial measurement, or z. Example, the multiple implementation of a partial measurement by means of different inputs (eg., Different AD converter (inputs) of a "multi-channel ADC") of the voltage measuring device (eg, after appropriate switching from one measurement input to another measurement input).

Ein im Rahmen der Erfindung liegendes vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie sieht vor, dass außer einer Messung der Zellspannungen mittels eines Verfahrens der oben beschriebenen Art ferner eine Vergleichmäßigung (”Balancing”) der Zellenladezustände (z. B. Zellenspannungen) durch gezieltes zeitweiliges Schließen der Schaltelemente an denjenigen Zellen durchgeführt wird, welche einen relativ hohen Ladezustand bzw. eine relativ hohe Zellspannung besitzen.An advantageous method for operating an electric battery within the scope of the invention provides that besides a measurement of the cell voltages by means of a method of the type described above, an equalization ("balancing") of the cell charging states (eg cell voltages) by targeted temporary closing the switching elements is performed on those cells which have a relatively high state of charge or a relatively high cell voltage.

Sehr vorteilhaft kann ein solches, so genanntes ”passives Balancing” bereits mit denjenigen Komponenten durchgeführt werden, die bei der erfindungsgemäßen elektrischen Batterie ohnehin vorhanden sind (Bei geschlossenem Schaltelement fließt über den zugehörigen Verbindungswiderstand und den zugehörigen Hilfswiderstand ein hierfür geeigneter Entladestrom).Such a so-called "passive balancing" can very advantageously already be carried out with those components which are present anyway in the case of the electric battery according to the invention (when the switching element is closed, a suitable discharge current flows via the associated connection resistor and the associated auxiliary resistor).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:The invention will be further described by means of an embodiment with reference to the accompanying drawings. They show:

1 ein Blockschaltbild einer elektrischen Batterie mit einer integrierten Überwachungselektronik, und 1 a block diagram of an electric battery with an integrated monitoring electronics, and

2 ein Blockschaltbild eines Details aus 1. 2 a block diagram of a detail from 1 ,

1 zeigt eine elektrische Batterie 10, z. B. eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, mit mehreren in Reihe geschalteten elektrochemischen Batteriezellen 12 (hier: Lithium-Ionen-Zellen) und einer Überwachungselektronik 14. 1 shows an electric battery 10 , z. As a traction battery of an electric or hybrid vehicle, with several series-connected electrochemical battery cells 12 (here: lithium-ion cells) and a monitoring electronics 14 ,

Bei den Zellen 12 kann es sich beispielsweise um so genannte Flachzellen handeln, die gestapelt einen oder mehrere Zellstapel bzw. Zellblöcke innerhalb eines Batteriegehäuses 16 bilden, wobei die Überwachungselektronik 14 baulich zusammengefasst mit dem oder den Zellenstapeln ebenfalls in diesem Gehäuse 16 untergebracht ist.With the cells 12 For example, they may be so-called flat cells that stack one or more cell stacks or cell blocks within a battery case 16 form, with the monitoring electronics 14 structurally combined with the cell stack (s) likewise in this housing 16 is housed.

Die Überwachungselektronik 14 umfasst im dargestellten Beispiel eine zentrale Überwachungseinheit 18, die wie durch Doppelpfeile in 1 symbolisiert in Kommunikationsverbindung mit weiteren Einrichtungen der Überwachungselektronik 14 sowie mit einer externen Steuer- und/oder Überwachungseinrichtung steht. Im vorliegenden Anwendungsfall kann es sich bei der externen Einrichtung beispielsweise um eine zentrale Steuerungskomponente eines Elektroantriebssystems des betreffenden Fahrzeuges handeln. Insbesondere die Kommunikation der Überwachungselektronik 14 mit derartigen externen Einheiten kann z. B. über ein standardisiertes Bussystem (z. B. CAN-Bus) erfolgen.The monitoring electronics 14 includes in the example shown a central monitoring unit 18 as if by double arrows in 1 symbolized in communication with other devices of the monitoring electronics 14 as well as with an external control and / or monitoring device. In the present application example, the external device may be, for example, a central control component of an electric drive system of the relevant vehicle. In particular, the communication of the monitoring electronics 14 with such external units can, for. B. via a standardized bus system (eg., CAN bus).

Innerhalb der Überwachungselektronik 14 kommuniziert die zentrale Überwachungseinheit 18 insbesondere mit einer Reihe von 12-Kanal-ADC(”analog-digital-converter”)-Einheiten, nachfolgend auch kurz als ”Wandler” bezeichnet. In 1 ist einer dieser Wandler mit 20 bezeichnet und fungiert als eine Spannungsmesseinrichtung zur direkten Messung der Zellspannungen von zwölf Zellen 12, die in der Reihenschaltung der Zellen 12 einander benachbart angeordnet sind. Die zwölf Zellen 12, die von dem mit 20 bezeichneten Wandler hinsichtlich ihrer Zellspannungen überwacht werden, sind in 1 von einer gestrichelten Linie umrandet. Die in 1 zwischen diesen zwölf Zellen 12 und dem Wandler 20 angedeutete elektrische Verbindungsanordnung dient der technischen Umsetzung der Zellspannungsmessung sowie einer so genannten Zell-Vergleichmäßigung (”balancing”). Beides wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 detaillierter beschrieben.Within the monitoring electronics 14 communicates the central monitoring unit 18 in particular with a series of 12-channel ADC ("analog-digital-converter") - units, hereinafter also referred to as "converter". In 1 is one of these converters 20 designated and acts as a voltage measuring device for direct measurement of the cell voltages of twelve cells 12 in the series connection of the cells 12 are arranged adjacent to each other. The twelve cells 12 that of the with 20 designated transducers are monitored for their cell voltages are in 1 outlined by a dashed line. In the 1 between these twelve cells 12 and the converter 20 indicated electrical connection arrangement serves the technical implementation of the cell voltage measurement and a so-called cell equalization ("balancing"). Both will be described below with reference to the 2 described in more detail.

2 veranschaulicht die Anbindung der genannten zwölf Zellen 12 an den diese Zellen 12 überwachenden Wandler 20. Von diesen Zellen 12 sind in 2 nur die letzten sechs dargestellt. Deren Zellspannungen sind mit Vc7 bis Vc12 bezeichnet. 2 illustrates the attachment of said twelve cells 12 to those cells 12 monitoring converter 20 , From these cells 12 are in 2 only the last six shown. Their cell voltages are designated Vc7 to Vc12.

Wie aus 2 ersichtlich ist für jede Zelle 12 eine diese Zelle 12 mit Anschlüssen des Wandlers 20 verbindende Schaltungsanordnung vorgesehen, die sich wie dargestellt von Zelle zu Zelle wiederholt. Nachfolgend wird daher beispielhaft lediglich eine solche Schaltungsanordnung detaillierter beschrieben, nämlich die zu der Zelle 12 mit der Zellspannung Vc12 gehörige Beschaltung.How out 2 is evident for each cell 12 a cell 12 with connections of the converter 20 connecting circuitry is provided which repeats from cell to cell as shown. In the following, therefore, only such a circuit arrangement will be described in more detail by way of example, that is to say to the cell 12 associated with the cell voltage Vc12 wiring.

Für diese Zelle 12 verläuft ein ”erster Leitungspfad” zwischen einem ersten (positiven) Zellanschluss c1 und einem ersten Messanschluss m1 des Wandlers 20 und ein ”zweiter Leitungspfad” zwischen einem zweiten (negativen) Zellanschluss c2 und einem zweiten Messanschluss m2 des Wandlers 20.For this cell 12 A "first conduction path" runs between a first (positive) cell connection c1 and a first measurement connection m1 of the converter 20 and a "second conduction path" between a second (negative) cell terminal c2 and a second sense terminal m2 of the transducer 20 ,

Der erste Leitungspfad verläuft von c1 über einen ersten Schaltungsknoten K und einen Leitungswiderstand Rf1 zu dem Anschluss m1. Der zweite Leitungspfad verläuft von c2 über einen Hilfswiderstand Rh, einen zweiten Schaltungsknoten L und einen zweiten Leitungswiderstand Rf2 zum Anschluss m2.The first conduction path extends from c1 via a first circuit node K and a line resistance Rf1 to the terminal m1. The second conduction path extends from c2 via an auxiliary resistor Rh, a second circuit node L and a second line resistance Rf2 to the connection m2.

Die Messanschlüsse m1 und m2 bilden den Eingang eines der insgesamt zwölf Messkanäle des (12-Kanal-)Wandlers 20. Eine zwischen den Messanschlüssen m1, m2 herrschende Spannung VIN12 wird von dem Wandler 20 in ein Digitalsignal umgesetzt (und als ein Messergebnis in digitaler Form an die zentrale Überwachungseinheit 18 der Überwachungselektronik kommuniziert).The measuring connections m1 and m2 form the input of one of the twelve measuring channels of the (12-channel) converter 20 , A voltage VIN12 prevailing between the measuring terminals m1, m2 is supplied by the converter 20 converted into a digital signal (and as a measurement result in digital form to the central monitoring unit 18 the monitoring electronics communicates).

Es ist klar, dass über die beiden Leitungspfade in einfacher Weise die betreffende Zellspannung Vc12 gemessen werden kann, da die Zellspannung Vc12 über diese Leitungspfade direkt an den betreffenden Wandlereingang m1, m2 geführt werden kann, sodass die dort gemessene Spannung VIN12 der Zellspannung Vc12 entspricht. Diese Art der Messung der Spannung VIN12 wird nachfolgend auch als ”direkte Messung” oder ”erste Teilmessung” bezeichnet.It is clear that the respective cell voltage Vc12 can be measured in a simple manner via the two conduction paths, since the cell voltage Vc12 can be conducted via these conduction paths directly to the relevant transducer input m1, m2, so that the voltage VIN12 measured there corresponds to the cell voltage Vc12. This type of measurement of the voltage VIN12 is also referred to below as "direct measurement" or "first partial measurement".

An dieser Stelle sei angemerkt, dass im dargestellten Ausführungsbeispiel, wie in 2 leicht nachvollziehbar, einzelne der ”Leitungspfade”, ”Schaltungsknoten”, ”Messanschlüsse” gemeinsam für einander benachbarte der Zellen 12 bzw. Zellenspannungen Vc ausgebildet und genutzt werden. So ist z. B. der ”zweite Leitungspfad” für die Zelle mit der Zellspannung Vc12 gleichzeitig der ”erste Leitungspfad” für die Zelle mit der Zellspannung Vc11. Der ”zweite Schaltungsknoten” für die Zelle mit der Zellspannung Vc12 ist gleichzeitig der ”erste Schaltungsknoten” für die Zelle mit der Zellspannung Vc11 usw.At this point it should be noted that in the illustrated embodiment, as in 2 easily comprehensible, single of the "conductive paths", "circuit nodes", "measuring terminals" common to each other adjacent to the cells 12 or cell voltages Vc are formed and used. So z. For example, the "second conduction path" for the cell with the cell voltage Vc12 is at the same time the "first conduction path" for the cell with the cell voltage Vc11. The "second circuit node" for the cell voltage cell Vc12 is at the same time the "first circuit node" for the cell with cell voltage Vc11, etc.

Von dem Schaltungsknoten K des ersten Leitungspfades verläuft eine Verbindungspassage bestehend aus einem Verbindungswiderstand Rb und einem Transistor T zum Schaltungsknoten L des zweiten Leitungspfades. Die ”erste Teilmessung” wird in einem hochohmigen Zustand der Verbindungspassage durchgeführt, d. h. bei geöffnetem Transistor T.From the circuit node K of the first line path, a connection passage consisting of a connection resistor Rb and a transistor T goes to the circuit node L of the second line path. The "first partial measurement" is carried out in a high-resistance state of the connection passage, i. H. with transistor T. open

Zum Schalten des Transistors T ist dessen Steueranschluss mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss des Wandlers 20 verbunden.For switching the transistor T whose control terminal is connected to a corresponding output terminal of the converter 20 connected.

Indem der Transistor T durch ein entsprechendes Ansteuersignal in den leitenden Zustand gebracht wird, kann die zugehörige Zelle 12 über die Verbindungspassage Rb, T zwischen den Knoten K und L entladen werden.By the transistor T is brought into the conductive state by a corresponding drive signal, the associated cell 12 be discharged via the connection passage Rb, T between the nodes K and L.

Eine solche Entladung einzelner der Zellen 12 wird im dargestellten Beispiel im Rahmen einer so genannten Zellvergleichmäßigung (”balancing”) durchgeführt, um auf Basis einer vorausgegangenen Zellspannungsmessung die Ladezustände der einzelnen Zellen 12 von Zeit zu Zeit aneinander anzupassen.Such a discharge of individual cells 12 is performed in the illustrated example in the context of a so-called cell equalization ("balancing"), based on a previous cell voltage measurement, the charge states of the individual cells 12 to match each other from time to time.

Die hier verwendete Methode, relativ stark aufgeladene Zellen 12 über eine (widerstandbehaftete) Entladepassage zu entladen, wird üblicherweise als ”passives balancing” bezeichnet. Dies schließt nicht aus, dass bei der hier beschriebenen elektrischen Batterie alternativ oder zusätzlich ein so genanntes ”aktives balancing” durchgeführt wird, bei welchem einzelne Zellen mit relativ geringer Ladung identifiziert und sodann aktiv aufgeladen werden, um für alle Zellen einen mehr oder weniger gleichen Ladezustand zu bewirken.The method used here, relatively heavily charged cells 12 Unloading via a (resistive) discharge passage is commonly referred to as "passive balancing". This does not exclude that in the electric battery described here, alternatively or additionally, a so-called "active balancing" is performed in which individual cells are identified with relatively low charge and then actively charged to a more or less equal state of charge for all cells to effect.

Im dargestellten Beispiel wird die Herstellung einer elektrischen Leitungsverbindung zwischen den Knoten K und L, über den Verbindungswiderstand Rb und den Transistor T, jedoch zusätzlich zur Durchführung eines weiteren Messvorganges für die Zellspannung Vc12 mittels des zugehörigen Messkanales bzw. -einganges m1, m2 genutzt. Bei geschlossenem Transistor T ergibt sich die zwischen den Messanschlüssen m1, m2 messbare Spannung VIN12 als Spannungsabfall an der Reihenschaltung aus dem Widerstand Rb und dem Transistor T, wobei der Spannungsabfallanteil am Transistor T in der Praxis zumeist vernachlässigbar ist (bzw. bei der Messauswertung mitberücksichtigt wird). Dieser Spannungsabfall ist ein bestimmter Bruchteil der Zellspannung Vc12, sodass die Messung von VIN12 bei leitendem Transistor T ebenfalls eine Messung von Vc12 darstellt. Diese redundante Messung einer Zellspannung Vc durch Messung der am zugehörigen Wandlereingang m1, m2 herrschenden Spannung VIN wird nachfolgend auch als ”indirekte Messung” oder ”zweite Teilmessung” bezeichnet.In the illustrated example, the production of an electrical line connection between the nodes K and L, via the connection resistor Rb and the transistor T, but in addition to performing a further measurement operation for the cell voltage Vc12 by means of the associated measuring channel or input m1, m2 is used. When the transistor T is closed, the voltage VIN12 measurable between the measuring terminals m1, m2 results as a voltage drop at the series connection of the resistor Rb and the transistor T, wherein the voltage drop component at the transistor T is in practice mostly negligible (or taken into account in the measurement evaluation) ). This voltage drop is a certain fraction of the cell voltage Vc12, so that the measurement of VIN12 at conducting transistor T is also a measurement of Vc12. This redundant measurement of a cell voltage Vc by measuring the voltage VIN prevailing at the associated converter input m1, m2 is also referred to below as "indirect measurement" or "second partial measurement".

Vorteilhaft wird bei Durchführung sowohl der ersten als auch der zweiten Teilmessung (z. B. unmittelbar aufeinanderfolgend) nicht nur die Redundanz und somit Zuverlässigkeit bzw. Aussagekraft der Zellspannungsmessung erhöht, sondern auch eine Detektion etwaiger Fehler z. B. derjenigen Komponenten ermöglicht bzw. vereinfacht, welche maßgeblichen Einfluss auf den Wert der gemessenen Spannung (z. B. VIN12) besitzen.When carrying out both the first and the second partial measurement (eg, immediately following one another), it is advantageous not only to increase the redundancy and thus the reliability or informative value of the cell voltage measurement, but also to detect any errors, for example. B. those components possible or simplified, which have a significant influence on the value of the measured voltage (eg., VIN12).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die beiden Leitungswiderstände Rf1 und Rf2 identische Widerstandswerte. Die Widerstandswerte der Widerstände Rb und Rh liegen bevorzugt in der gleichen Größenordnung und können z. B. ebenfalls mit zueinander identischem Widerstandswert vorgesehen sein. Außerdem ist im dargestellten Beispiel noch ein Pufferkondensator Cf vorgesehen, welcher die Messanschlüsse m1 und m2 miteinander verbindet.In the illustrated embodiment, the two line resistances Rf1 and Rf2 have identical resistance values. The resistance values of the resistors Rb and Rh are preferably of the same order of magnitude and may be e.g. B. also be provided with mutually identical resistance value. In addition, in the example shown, a buffer capacitor Cf is provided, which connects the measuring terminals m1 and m2 with each other.

Bei der elektrischen Batterie 10 wird im Rahmen einer Zellspannungsüberwachung für jede der Zellen 12 jeweils eine Messung der betreffenden Zellspannung in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt, d. h. sowohl bei geöffnetem zugehörigem Transistor T als auch bei geschlossenem zugehörigem Transistor T. Anhand eines Vergleiches der beiden Teilmessungen wird von der Überwachungselektronik 14 ferner eine Diagnose der Zellspannungsmessung durchgeführt, sodass vorteilhaft Fehlerfälle identifiziert und ggf. bestimmte Fehlerarten identifiziert bzw. lokalisiert werden können.At the electric battery 10 is in the context of cell voltage monitoring for each of the cells 12 in each case a measurement of the relevant cell voltage is carried out in the manner described above, ie both with the associated transistor T open as well as with the associated transistor T closed. A comparison of the two partial measurements is made by the monitoring electronics 14 Furthermore, a diagnosis of the cell voltage measurement is performed, so that advantageously identified cases of errors and, if necessary, certain types of errors can be identified or localized.

Interessanterweise ermöglicht die in 2 dargestellte Beschaltung zwischen den Zellen 12 und dem dargestellten Wandler 20 (und den weiteren Wandlern 20) die Durchführung von noch weiteren Einzelmessvorgängen bzw. Teilmessungen, um damit die Redundanz sowie die Fehlerdiagnosemöglichkeiten noch weiter zu erhöhen.Interestingly, the in 2 shown wiring between the cells 12 and the illustrated converter 20 (and the other converters 20 ) to carry out even more individual measuring operations or partial measurements in order to further increase the redundancy and the error diagnosis possibilities.

Nachfolgend sei beispielhaft ein derartiges Messprozedere zur Ermittlung der Zellspannung Vc12, Vc11, Vc10, ... erläutert, welches hierfür zusätzlich zu den ersten und zweiten Teilmessungen dieser Zellspannungen Vc12, Vc11, Vc10, ... noch weitere Messvorgänge nutzt.In the following, by way of example, such a measuring procedure for determining the cell voltage Vc12, Vc11, Vc10,... Is explained, which uses additional measuring processes in addition to the first and second partial measurements of these cell voltages Vc12, Vc11, Vc10,.

Bei dem Prozedere kann z. B. zunächst die Zellspannung Vc12 mittels einer ”ersten Teilmessung” und einer ”zweiten Teilmessung” ermittelt werden. Hierbei gilt: VIN12 = Vc12 (erste Teilmessung) VIN12 = Vc12 – Vc12 × Rh/Rb (zweite Teilmessung) In the procedure z. B. first, the cell voltage Vc12 by means of a "first partial measurement" and a "second partial measurement" are determined. Where: VIN12 = Vc12 (first partial measurement) VIN12 = Vc12 - Vc12 × Rh / Rb (second partial measurement)

Aus jeder dieser Teilmessungen lässt sich somit Vc12 ermitteln.From each of these partial measurements, Vc12 can be determined.

Sodann (oder gleichzeitig mit der zweiten Teilmessung von Vc12) wird eine Messung mit dem ”Nachbarkanal” durchgeführt, welcher zu der Zelle 12 mit der Zellspannung Vc11 gehört, wobei hierbei der Transistor T dieses Nachbarkanals ebenfalls geschlossen ist. Es gilt dann: VIN11 = Vc11 + Vc12 × Rh/Rb (weitere Einzelmessung) Then (or simultaneously with the second partial measurement of Vc12), a measurement is made with the "adjacent channel" leading to the cell 12 belongs to the cell voltage Vc11, in which case the transistor T of this adjacent channel is also closed. It then applies: VIN11 = Vc11 + Vc12 × Rh / Rb (further individual measurements)

Die an den Messanschlüssen des Nachbarkanals anliegende und somit gemessene Spannung VIN11 ist somit eine Linearkombination der Zellspannungen Vc11 und Vc12. Aus der in dieser Weise gemessenen Spannung VIN11 lässt sich somit die Zellspannung Vc11 ermitteln, indem die aus den ersten und zweiten Teilmessungen bekannte Zellspannung Vc12 in die vorstehende Beziehung eingesetzt wird.The voltage VIN11 applied to the measuring terminals of the adjacent channel and thus measured is thus a linear combination of the cell voltages Vc11 and Vc12. From the voltage VIN11 measured in this way, the cell voltage Vc11 can thus be determined by inserting the cell voltage Vc12 known from the first and second partial measurements into the above relationship.

Diese Ermittlung von Vc11 stellt vorteilhaft eine dritte redundante Messung der Zellspannung Vc11 dar (neben den ersten und zweiten Teilmessungen der Zellspannung Vc11 mittels des zu Vc11 zugehörigen Messkanals).This determination of Vc11 advantageously represents a third redundant measurement of the cell voltage Vc11 (in addition to the first and second partial measurements of the cell voltage Vc11 by means of the measuring channel associated with Vc11).

Das vorstehend geschilderte Messprozedere kann in entsprechender Weise zur mehrfach redundanten Ermittlung weiterer Zellspannungen (z. B. Vc10, Vc9, ...) fortgesetzt werden, und wird bevorzugt mittels eines Software-Algorithmus durchgeführt, welcher auch die zur Ergebnisauswertung erforderlichen Berechnungsschritte beinhalten kann.The above-described measuring procedure can be continued in a corresponding manner for multiply redundant determination of further cell voltages (eg Vc10, Vc9,...), And is preferably carried out by means of a software algorithm, which can also include the calculation steps required for the result evaluation.

Claims (7)

Elektrische Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen (12) und einer Spannungsmesseinrichtung (20) zur Messung der Zellspannungen (Vc), wobei für jede Zelle (12) ein erster Leitungspfad zwischen einem ersten Zellanschluss (c1) dieser Zelle (12) und einem ersten Messanschluss (m1) der Spannungsmesseinrichtung (20) und ein zweiter Leitungspfad zwischen einem zweiten Zellanschluss (c2) dieser Zelle (12) und einem zweiten Messanschluss (m2) der Spannungsmesseinrichtung (20) verläuft, um die betreffende Zellspannung (Vc) messen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem ersten Schaltungsknoten (K) des ersten Leitungspfades und einem zweiten Schaltungsknoten (L) des zweiten Leitungspfades eine Reihenschaltung aus einem Verbindungswiderstand (Rb) und einem ansteuerbaren Schaltelement (T) verläuft, und dass im zweiten Leitungspfad zwischen dem zweiten Zellanschluss (c2) und dem zweiten Schaltungsknoten (L) ein Hilfswiderstand (Rh) angeordnet ist, um bei geschlossenem Schaltelement (T) eine redundante Messung derselben Zellspannung (Vc) durchführen zu können.Electric battery with several cells connected in series ( 12 ) and one Voltage measuring device ( 20 ) for measuring the cell voltages (Vc), wherein for each cell ( 12 ) a first conduction path between a first cell terminal (c1) of this cell ( 12 ) and a first measuring terminal (m1) of the voltage measuring device ( 20 ) and a second conduction path between a second cell terminal (c2) of this cell ( 12 ) and a second measuring connection (m2) of the voltage measuring device ( 20 ) runs in order to be able to measure the relevant cell voltage (Vc), characterized in that between a first circuit node (K) of the first line path and a second circuit node (L) of the second line path , a series connection of a connection resistor (Rb) and a controllable switching element (T) runs, and that in the second conduction path between the second cell terminal (c2) and the second circuit node (L), an auxiliary resistor (Rh) is arranged to perform a redundant measurement of the same cell voltage (Vc) when the switching element (T) is closed , Elektrische Batterie nach Anspruch 1, wobei im ersten Leitungspfad zwischen dem ersten Schaltungsknoten (K) und dem ersten Messanschluss (m1) ein erster Leitungswiderstand (Rf1) angeordnet ist und/oder wobei im zweiten Leitungspfad zwischen dem zweiten Schaltungsknoten (L) und dem zweiten Messanschluss (m2) ein zweiter Leitungswiderstand (Rf2) angeordnet ist.Electric battery according to claim 1, wherein in the first conduction path between the first circuit node (K) and the first measuring terminal (m1), a first line resistance (Rf1) is arranged and / or wherein in the second conduction path between the second circuit node (L) and the second measuring terminal (m2) a second line resistance (Rf2) is arranged. Elektrische Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Messanschluss (m1) und der zweite Messanschluss (m2) über einen Pufferkondensator (Cf) miteinander verbunden sind.Electric battery according to one of the preceding claims, wherein the first measuring terminal (m1) and the second measuring terminal (m2) via a buffer capacitor (Cf) are interconnected. Elektrische Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wert des Hilfswiderstandes (Rh) größer als das 0,1-fache des Wertes des Verbindungswiderstandes (Rb) ist und/oder der Wert des Hilfswiderstandes (Rh) kleiner als das 10-fache des Wertes des Verbindungswiderstandes (Rb) ist.An electric battery according to any one of the preceding claims, wherein the value of the auxiliary resistance (Rh) is greater than 0.1 times the value of the connection resistance (Rb) and / or the value of the auxiliary resistance (Rh) is less than 10 times the value of the connection resistance (Rb). Verfahren zur Messung der Zellspannungen in einer elektrischen Batterie (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, unter Verwendung der Spannungsmesseinrichtung (20), wobei eine Messung wenigstens einer der Zellspannungen (Vc) sowohl bei geöffnetem Schaltelement (T) als auch bei geschlossenem Schaltelement (T) der betreffenden Reihenschaltung durchgeführt wird.Method for measuring the cell voltages in an electric battery ( 10 ) according to one of the preceding claims, using the tension measuring device ( 20 ), wherein a measurement of at least one of the cell voltages (Vc) is carried out both when the switching element (T) is open and when the switching element (T) of the relevant series connection is closed. Verfahren nach Anspruch 5, wobei auch eine Diagnose der Zellspannungsmessung anhand eines Vergleiches der Ergebnisse der beiden Teilmessungen durchgeführt wird.Method according to claim 5, wherein a diagnosis of the cell voltage measurement is also carried out on the basis of a comparison of the results of the two partial measurements. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Messung der Zellspannungen (Vc) mittels eines Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6, ferner umfassend eine Vergleichmäßigung der Zellenladezustände durch gezieltes zeitweiliges Schließen der Schaltelemente an denjenigen Zellen (12), welche einen relativ hohen Zellenladezustand besitzen.Method for operating an electric battery ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, comprising a measurement of the cell voltages (Vc) by means of a method according to claim 5 or 6, further comprising a homogenization of the cell charge states by targeted temporary closing of the switching elements on those cells ( 12 ), which have a relatively high cell charging state.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202013102572U1 (en) * 2013-06-17 2014-09-18 Sma Solar Technology Ag Circuit arrangement for fault-monitored voltage measurement and corresponding inverter
FR3013460A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-22 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR DETECTING A MALFUNCTION OF A BATTERY CONTROL SYSTEM
WO2015197982A1 (en) 2014-06-26 2015-12-30 Renault S.A.S. System of accumulator batteries with more reliable voltage measurement
DE102021201526A1 (en) 2021-02-17 2022-08-18 Vitesco Technologies Germany Gmbh Device for determining cell voltages in battery cells connected in series and method for determining cell voltages

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111435153B (en) * 2019-01-14 2022-08-09 河南森源重工有限公司 Battery pack voltage adjusting device and voltage adjusting control method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960899B2 (en) * 2003-02-10 2005-11-01 Denso Corporation Apparatus for discharging a combination battery consisting of a plurality of secondary batteries
WO2009158367A2 (en) * 2008-06-27 2009-12-30 Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions Llc Cell diagnostic system and method
KR20100020113A (en) * 2008-08-12 2010-02-22 현대자동차주식회사 Method of balancing cell in battery pack of hev
JP2010130897A (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Samsung Sdi Co Ltd Battery management system and battery management method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6960899B2 (en) * 2003-02-10 2005-11-01 Denso Corporation Apparatus for discharging a combination battery consisting of a plurality of secondary batteries
WO2009158367A2 (en) * 2008-06-27 2009-12-30 Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions Llc Cell diagnostic system and method
KR20100020113A (en) * 2008-08-12 2010-02-22 현대자동차주식회사 Method of balancing cell in battery pack of hev
JP2010130897A (en) * 2008-12-01 2010-06-10 Samsung Sdi Co Ltd Battery management system and battery management method

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202013102572U1 (en) * 2013-06-17 2014-09-18 Sma Solar Technology Ag Circuit arrangement for fault-monitored voltage measurement and corresponding inverter
FR3013460A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-22 Commissariat Energie Atomique METHOD FOR DETECTING A MALFUNCTION OF A BATTERY CONTROL SYSTEM
WO2015075382A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for detecting a malfunction of a battery control system
US9945925B2 (en) 2013-11-21 2018-04-17 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Method for detecting a malfunction of a battery control system
WO2015197982A1 (en) 2014-06-26 2015-12-30 Renault S.A.S. System of accumulator batteries with more reliable voltage measurement
FR3023006A1 (en) * 2014-06-26 2016-01-01 Renault Sas BATTERY SYSTEM OF ACCUMULATORS WITH RELIABLE VOLTAGE MEASUREMENT
CN106662619A (en) * 2014-06-26 2017-05-10 雷诺有限合伙公司 System of accumulator batteries with more reliable voltage measurement
US10027000B2 (en) 2014-06-26 2018-07-17 Renault S.A.S. System of accumulator batteries with more reliable voltage measurement
CN106662619B (en) * 2014-06-26 2019-06-28 雷诺有限合伙公司 Battery pack system with more reliable voltage measurement
DE102021201526A1 (en) 2021-02-17 2022-08-18 Vitesco Technologies Germany Gmbh Device for determining cell voltages in battery cells connected in series and method for determining cell voltages

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