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DE69428660T2 - Messschaltung für eine modulare Anordnung elektrisch in Serie geschalteter Zellen, insbesondere für eine elektrische Akkumulatorbatterie - Google Patents

Messschaltung für eine modulare Anordnung elektrisch in Serie geschalteter Zellen, insbesondere für eine elektrische Akkumulatorbatterie

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DE69428660T2
DE69428660T2 DE69428660T DE69428660T DE69428660T2 DE 69428660 T2 DE69428660 T2 DE 69428660T2 DE 69428660 T DE69428660 T DE 69428660T DE 69428660 T DE69428660 T DE 69428660T DE 69428660 T2 DE69428660 T2 DE 69428660T2
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DE69428660T
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Michel Perelle
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Saft Finance SARL
Original Assignee
Alcatel SA
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Publication date
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Publication of DE69428660T2 publication Critical patent/DE69428660T2/de
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C15/00Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path
    • G08C15/06Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path successively, i.e. using time division
    • G08C15/12Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path successively, i.e. using time division the signals being represented by pulse characteristics in transmission link
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery

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  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Meßschaltung für eine modulare Anordnung von elektrisch in Reihe geschalteten Zellen. Die Nutzung von bestimmten aus elektrisch in Reihe geschalteten Zellen aufgebauten modularen elektrischen Anordnungen ist deutlich optimierbar, insbesondere wenn die Zahl der Zellen relativ groß ist, wenn es möglich ist, auf einfache Weise die Funktion jeder einzelnen Zelle zu kontrollieren, und folglich wenn es möglich ist, Messungen zellenweise oder wenigstens für kleine Gruppen von Zellen einer gleichen Anordnung durchzuführen. Dies kann z. B. der Fall sein bei modularen Anordnungen vom Typ Akkumulatorbatterie, Superkondensator, Superkonverter oder anderen, die individuell und modular aus Zellen aufgebaut sind, deren individuelle Funktion man kontrollieren möchte.
  • Die Realisierung einer Schaltung, die in der Lage ist, solche Messungen, z. B. Messungen der elektrischen Spannung, zellenweise durchzuführen, mag zwar im Prinzip einfach erscheinen, verkompliziert sich aber, sobald die Zahl der Elemente groß wird. Die große Zahl von dann erforderlichen Meßleitungen führt allgemein zu relativ schwerfälligen Ausgestaltungen, die die Verwendung von Schaltmitteln implizieren, die eine hohe Anzahl von Schalteinheiten benötigen, die, insbesondere wenn diese Mittel von elektromagnetischem Typ sind, dazu geführt haben, daß diese Schaltungen nur wenig genutzt werden, meist für besondere Anwendungen, wo sie so gut wie unvermeidlich sind.
  • Ein Dokument US-A-5168273 lehrt ein System zum Sammeln von Daten von in Reihe geschalteten Vorrichtungen, bei dem anfangs nur die am nächsten an einer Steuereinheit montierte Vorrichtung erregt wird, und die anderen Vorrichtungen der Reihe nach geschaltet werden, sobald die vorhergehende Vorrichtung erregt worden ist.
  • Ein Dokument EP-A-0277321 lehrt eine Anordnung, die einen Analysator zu Meßschaltungen zuordnet, die Zellen einer mehrzelligen Batterie zugeordnet sind. Der Analysator umfaßt einen Controller, der ein Startsignal erzeugt, das an die Meßschaltungen angelegt wird, um sie eine nach der anderen zu aktivieren.
  • Die Erfindung schlägt eine Meßschaltung für eine modulare Anordnung von elektrisch in Serie geschalteten Zellen vor, die jeweils aus einem oder mehreren Erzeuger-, Akkumulator- oder Wandlerelementen für elektrische Energie gebildet sind, insbesondere von Batterieelementen eines elektrischen Akkumulators.
  • Die Meßschaltung umfaßt individuelle Meßschnittstellen, die jeweils mit den Energieanschlüssen einer anderen Zelle verbunden sind und jeweils einen Ein-Draht-Meßausgang für ein Strommeßsignal aufweisen, das vorgesehen ist, um an einen · gemeinsamen Wandler übertragen zu werden, an den die jeweiligen Meßausgänge der Schnittstellen gemeinsam über eine erste gemeinsame Ein-Draht-Verbindung in der betreffenden Meßschaltung angeschlossen sind. Jede Schnittstelle umfaßt wenigstens einen ersten Stromgenerator zum Erzeugen eines auf ein veränderliches Merkmal der entsprechenden Zelle bezogenen Strommeßsignals und eine Steuerschaltung zum Berücksichtigen eines der Steuerimpulse, die in Serie im Rahmen eines Zuges über eine zweite Ein-Draht-Verbindung übertragen werden, um die Meßstromgeneratoren der Schnittstellen der Reihe nach durchlässig zu schalten.
  • Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Meßschaltung die Steuerschaltung jeder Schnittstelle eingerichtet, um den ersten Steuerimpuls eines Zuges, den die Schnittstelle von einem Element der zweiten Ein-Draht-Verbindung über einen ersten Eingang empfängt, zu berücksichtigen und jeden eventuellen folgenden Impuls des gleichen Zuges an eine eventuelle nachgeordnete Schnittstelle zu übertragen, deren erster Eingang dann mit ihrem eigenen Ausgang über ein anderes der aufeinanderfolgenden Elemente verbunden ist, die die zweite Ein-Draht-Verbindung bilden.
  • Die Erfindung, ihre Merkmale und Vorteile ergeben sich genauer aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den nachfolgend genannten Figuren.
  • Fig. 1 zeigt ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Meßschaltung.
  • Fig. 2 zeigt ein auf die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Meßschaltung bezogenes Zeitdiagramm.
  • Fig. 3 zeigt das elektrische Schema eines Ausführungsbeispiels einer individuellen Zellenschnittstelle für eine · Meßschaltung gemäß der Erfindung.
  • Fig. 4 zeigt ein Schema einer Variante bezogen auf einen Teil der in Fig. 3 vorgeschlagenen Schaltung.
  • Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm, das die Funktionsweise der in den Fig. 3, 4 dargestellten Schaltungen betrifft.
  • Wie in Fig. 1 symbolisch dargestellt, ist die erfindungsgemäße Meßschaltung vorgesehen, um einer modularen elektrischen Anordnung zugeordnet zu werden, die aus einer Mehrzahl von Zellen 1 aufgebaut ist, die an Energieübertragungsanschlüssen, die sie aufweisen, in Reihe geschaltet sind, wobei angenommen wird, dass jede Zelle herkömmlicherweise zwei mit "+" und "-" bezeichnete Anschlüsse aufweist. Die Anordnung 2 wird als aus Zellen 1 gebildet angenommen, die jeweils aus einem oder mehreren Elementen aufgebaut sind, die z. B. Erzeuger, Akkumulatoren oder Wandler von elektrischer Energie sind, und die Meßschaltung ist vorgesehen, um das Sammeln von Informationen zu ermöglichen, die die Funktion der Zellen, insbesondere auf individuellem Niveau, betreffen.
  • Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Meßschaltung soll hier vorgesehen sein, um hauptsächlich den Wert der Gleichspannung zu bestimmen, die an den Anschlüssen jeder der Zellen 1 einer modularen elektrischen Anordnung 2 vorliegt, die durch Elemente oder Blöcke von Elementen einer elektrischen Versorgung vom Typ Akkumulatorbatterie gebildet ist. Die Zellen der Anordnung sind in dieser Anordnung an ihren Energieübertragungsanschlüssen in Reihe geschaltet, wobei jede Zelle identisch aus einem oder mehreren Elementen aufgebaut ist und zwei Energieübertragungsanschlüsse "+" und "-" umfaßt. Erfindungsgemäß umfaßt die Schaltung individuelle Meßschnittstellen 3 für · jede der Zellen 1 der Anordnung 2, der sie zugeordnet ist. Jede Schnittstelle 3 ist mit den Energieübertragungsanschlüssen "+" und "-" einer der Zellen verbunden und umfaßt einen schaltbaren Stromgenerator 4, der hier zwischen dem Anschluß "+" der Zelle 1, der er zugeordnet ist, und einem Anschluß eines Wandlers 5 eingefügt gezeigt ist. Dieser Wandler 5, der z. B. durch einen Widerstand gebildet ist, dient zum Umwandeln des von einem Stromgenerator 4 einer Schnittstelle 3 über einen einzigen Draht gelieferten Stroms in eine Spannung U, die Abbild der an dieser Schnittstelle gemessenen Größe ist, wie etwa hier der Spannung, die an den Anschlüssen der Zelle anliegt, der die betreffende Schnittstelle zugeteilt ist, wenn dieser Stromgenerator durchlässig geschaltet ist.
  • Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist der Wandler 5 allen individuellen Schnittstellen 3 der Meßschaltung gemeinsam und ist durch einen seiner Anschlüsse in identischer Weise mit einem gemeinsamen Massepotential der Meßschaltung und der von den Zellen 1 in Reihe gebildeten Anordnungen und über den anderen seiner Anschlüsse mit einem individuellen Ein-Draht-Meßausgang M eines jeden der Stromgeneratoren 4 der Schnittstellen 3 über eine gemeinsame Ein-Draht-Verbindung verbunden.
  • Das Schalten jedes Stromgenerators 4 wird z. B. unter der Wirkung eines Steuerimpulses erzielt, von dem hier angenommen wird, daß er im Rahmen eines Steuerimpulszuges TI übertragen wird, wo von jedem Impuls angenommen wird, dass er für eine gegebene Schnittstelle aus der Folge der untereinander in Reihe verbunden angenommenen Schnittstellen. 3 der Meßschaltung bestimmt ist. Ein Steuerimpulszug TI, wie in Fig. 2 gezeigt, wird als von Generatormitteln von üblichem Typ einer nicht dargestellten Überwachungslogik an den Eingang E der Schnittstelle 3 gesendet angenommen, die eine Zelle bedient, die als Kopf der Reihe angenommen wird und an einem der Enden der durch die in Reihe geschalteten Schnittstellen 3 gebildeten Gruppe plaziert ist, wobei die Kopfzelle hier die Zelle ist, deren negativer Anschluß "-" direkt mit einem Massepotential der Anordnung 2 verbunden ist.
  • Es ist vorgesehen, daß jede Schnittstelle für sich den ersten Impuls eines Steuerzuges berücksichtigt, den sie empfängt, und die eventuell folgenden Impulse dieses Zuges an die nachgeordnete Schnittstelle überträgt, deren Eingang E mit ihrem eigenen Ausgang S über ein mit L bezeichnetes gestückeltes Ein-Draht-Verbindungselement verbunden ist.
  • Der Stromgenerator 4 wird in einer später genauer geschilderten Weise durch den Impuls eines Steuerzuges durchlässig geschaltet, der von der Schnittstelle 3, die ihn enthält, berücksichtigt wird; er liefert dann einen Strom an den Wandler 5, der Funktion der Zelle 1 ist, der die betreffende Schnittstelle zugeteilt ist. Wenn der Wandler 5 ein Widerstand ist, wie oben angenommen, tritt also eine Spannung an den Anschlüssen dieses Widerstandes auf, die repräsentativ für die Spannung ist, die zwischen den Anschlüssen der versorgenden Zelle 1 vorhanden ist. Jeder der aufeinanderfolgenden Impulse eines Steuerzuges TI betätigt zeitweilig den Stromgenerator 4 einer der Schnittstellen in der Reihenfolge dieser Schnittstellen ausgehend von derjenigen, die den ersten Impuls der Züge empfängt. Dies ist symbolisch dargestellt durch die Kurve TM aus Fig. 2, die ein angenommenes Abgriffbeispiel darstellt, das anhand eines Steuerzuges TI realisiert ist, der aus periodischen binären Impulsen besteht. Diese Impulse oder hier, genauer gesagt, die Stufen mit Binärwert Null der Impulse eines gleichen Zuges, TI lösen nacheinander eine Durchgängigschaltung des Stromgenerators 4 jeder der an die Zellen 1 angeschlossenen Schnittstellen 3 aus, ausgehend von derjenigen der Schnittstellen, die den ersten Impuls der Steuerzüge empfängt und behält, hier also diejenige, die der Zelle 1 zugeteilt ist, die direkt mit dem gemeinsamen Massepotential verbunden ist. Daraus resultiert das Auftreten eines Zuges von Spannungsimpulsen TM an den Anschlüssen des Widerstandes, der den Wandler 5 bildet, wobei jeder - hier positive - Impuls repräsentativ für die Spannung ist, die zwischen den Anschlüssen der Zelle vorhanden ist, die dann mit dem Wandlerwiderstand über ihren Stromgenerator 4 zusammengeschaltet ist, wobei hier vier verschiedene Spannungswerte dargestellt sind. Wenn es außerdem erforderlich ist, daß der an jeder Zelle der Anordnung 2 im Laufe der aufeinanderfolgenden, unter der Steuerung eines Impulszuges durchgeführten Messungen abgegriffene Strom ausgeglichen ist, ist vorgesehen, einen zweiten, schaltbaren Stromgenerator 6 in jeder Schnittstelle 3 und ein gemeinsames Kompensationselement 7, das wenigstens näherungsweise dem Wandler 5 entspricht, in der Meßschaltung zuzuordnen. Dieses Kompensationselement 7, z. B. vom Typ Widerstand, ist mit dem positiven Anschluß "+V" der Anordnung 2 von Zellen 1 sowie mit jedem der zweiten Generatoren der Meßschaltung über einen zweiten Anschluß verbunden. Von jedem zweiten Stromgenerator 6 wird angenommen, dass er durch den gleichen Befehl wie der ihm zugeordnete Stromgenerator 4 in der Schnittstelle 3, die sie enthält, geschaltet wird; er ist zwischen das gemeinsame Kompensationselement 7 der Meßschaltung, mit der er über einen hier mit C bezeichneten Anschluß verbunden ist, und den Anschluß "-" der Zelle 1 eingefügt, der die Schnittstelle 3, die ihn umfaßt, zugewiesen ist.
  • So führt die Steuerung einer Schnittstelle 3, die einer Zelle 1 zugewiesen ist, zu einem eventuell aufgeteilten Energieabgriff zugunsten des ersten Stromgenerators 4 dieser Schnittstelle an wenigstens dieser Zelle 1 sowie an jeder anderen Zelle 1 der Anordnung 2, die zwischen dem Massepotential und der Zelle 1 eingefügt ist, der die betreffende Schnittstelle zugeordnet ist. Gleichzeitig wird eine ebenfalls eventuell aufgeteilte Energieentnahme zugunsten des zweiten Generators der gleichen Schnittstelle 3 an wenigstens der Zelle 1, der diese Schnittstelle zugeordnet ist, und jeder anderen Zelle 1 des Ensembles 2 durchgeführt, die zwischen dem positiven Anschluß "+V" dieser Anordnung und der Zelle 1 eingefügt ist, der die betreffende Schnittstelle zugeordnet ist. Dies führt also zu einer ausgeglichenen Verteilung der Abgriffe auf alle Zellen der Anordnung 2 in jeder Serie von Messungen, die einem vollständigen Steuerimpulszug entspricht.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel einer individuellen Zellenmeßschnittstelle für eine Schaltung gemäß der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Diese Schnittstelle 3 empfängt jeden Steuerimpuls, der an sie von einem Ein-Draht-Verbindungselement L hinter einem Eingang E geliefert wird, mit dem eine Eingangsschaltung 9 verbunden ist, die für die Neuformung der empfangenen Impulse zuständig ist. Ein Steuerzug, der für die Durchführung der Messungen an einer Anordnung mit vier Zellen vorgesehen ist, ist als Beispiel durch das Diagramm A von Fig. 5 gezeigt, er umfaßt zu diesem Zweck fünf hier gezeigte identische Impulse, die wenigstens näherungsweise zeitlich gleichmäßig verteilt sind.
  • Die Eingangsschaltung 9 umfaßt ein Gatter 10, das durch einen invertierenden Schwellwertverstärker gebildet ist, an dem die Steuerimpulse über einen Gleichspannungsunterdrückungskondensator 11 und zwei Widerstände 12 und 13 in Reihe anliegen, wobei dieser Verstärker hier über den negativen Anschluß "-" und den positiven Anschluß "+" der Zelle versorgt wird, mit deren Schnittstelle er verbunden ist. Zwei in Reihe zwischen diesen Anschlüssen "-" und "+" der zugeordneten Zelle montierte Dioden 14, 15 sind ebenfalls in der Eingangsschaltung enthalten, wo sie eine Spannungsspitzenunterdrückungsschaltung bilden, wo die Anode der Diode 12 und die Kathode der Diode 13 mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 12 und 13 verbunden sind. Ein zur Diode 15 paralleler Widerstand 16 von hohem Wert legt das Potential bei Fehlen eines Steuerimpulses fest und vervollständigt diese Eingangsschaltung, die dazu vorgesehen ist, die Impulse der Steuerzüge TI, die sie empfängt, an eine Schnittstellensteuerschaltung 17 weiterzuleiten.
  • Letztere umfaßt zwei Gatter 18 und 19 vom Typ invertierender Schwellwertverstärker parallel zum Ausgang des Gatters 10 zum Sicherstellen einer Phaseneinstellung des Eingangssignals, das einerseits auf einen Kondensator 20 über das Gatter 18 und andererseits einen Eingang eines Zugangskontrollgatters über das Gatter 19 angelegt wird.
  • Der Kondensator 20 hat einen Anschluß, der mit, dem Anschluß des Gatters 18 über eine Diode 22 und einen Widerstand 23 in Reihe verbunden ist, und einen mit dem Anschluß "-" der zugeordneten Zelle verbundenen zweiten Anschluß, dieser lädt sich beim ersten Impuls eines Steuerimpulszuges TI auf und bleibt praktisch für die Dauer des Zuges geladen, wie das Diagramm B von Fig. 5 zeigt. Ein parallel zu diesem Kondensator 20 geschalteter Widerstand 24 erlaubt dessen Entladung am Ende eines Zuges.
  • Der gemeinsame Punkt des Kondensators 20 und der Widerstände 23 und 24 ist mit dem Eingang eines ersten von zwei logischen Invertern 25 und 26 verbunden, die in Reihe vor dem Dateneingang D eines Flipflops 27 vom Typ D und dem. Rücksetzeingang dieses Flipflops montiert sind. In Abwesenheit eines Impulses und infolgedessen einer Ladung am Kondensator 20 werden der Dateneingang D und der Rücksetzeingang RAZ des Flipflops auf Null gehalten. Das Auftreten eines Impulszuges TI am Eingang E führt zum Auftreten eines Rechtecksignals, das um die Ladezeit des Kondensators 20 verzögert wird und dessen Dauer derjenigen des am Ausgang des Inverters 26 empfangenen Zuges entspricht, wie man im Diagramm C von Fig. 5 erkennt. Infolgedessen wird ein Signal mit Niveau logisch 1 am Eingang D des Flipflops 27 eingegeben. Der Takteingang H des Flipflops 27 ist mit dem Ausgang des Gatters 19 verbunden und kopiert somit am Ausgang Q das am Eingang D vorhandene logische Niveau und das entgegengesetzte logische Niveau am Ausgang . Der Empfang eines ersten Impulses eines Steuerzuges durch eine Schnittstellensteuerschaltung 17 führt zur Anlegen dieses ersten Impulses an den Takteingang H des Flipflops 27 über das Gatter 19, während der Eingang RAZ dieses Flipflops noch auf Niveau Null liegt, was das Flipflop sperrt und das Wiederkopieren blockiert.
  • Das Steuergatter 21 vom Typ NAND ist mit dem Ausgang des Gatters 19 über einen ersten Eingang und mit dem Datenausgang Q des Flipflops 27 über einen zweiten Eingang verbunden, es erreicht den Ausgang S der Schnittstelle über einen logischen Inverter 28. Es gewährleistet so die Übertragung der Impulse, die es vom Gatter 19 empfängt, unter der Steuerung des Flipflops 27 mit Ausnahme des ersten Impulses jedes neuen Zuges, der von der es enthaltenden Schnittstelle empfangen wird, weil dieses Gatter 19 dann von dem Flipflop 27 blockiert ist, wie in den Diagrammen D und E von Fig. 5 gezeigt ist, die jeweils die Signale am Ausgang Q und dem Ausgang S zeigen.
  • Das Ende eines Rechtecksignals am Ausgang des Inverters 26 nach dem Ende eines Impulszuges führt zur Rücksetzung des Flipflops 27, wenn der Kondensator 20 entladen ist. Das Flipflop 27 steuert so den Stromgenerator 4 der Schnittstelle 3, die es enthält, wobei der Stromgenerator hier durch einen Meßverstärker 29 gebildet ist, dessen negative Versorgung durch den Der negative Versorgungsanschluß des Meßverstärkers 29 bleibt mit dem Ausgang des Gatters 30 der Steuerschaltung 17 der Schnittstelle, die ihn enthält, verbunden, und der Emitter des Transistors 34 bleibt im Bedarfsfall mit dem Widerstand 36 des Einganges des zweiten Stromgenerators 6 dieser Schnittstelle verbunden, wenn dieser zweite Generator existiert. Der negative Versorgungsanschluß des Meßverstärkers 47 ist über ein Gatter 49 vom Typ NAND gesteuert, von dem ein Eingang mit dem Ausgang 1 des Flipflops 27 verbunden ist, die die oben betrachtete Steuerschaltung 17 enthält. Ein zweiter und ein dritter Eingang dieses Gatters 49 sind mit einem Ausgang des Inverters 26 bzw. einem Ausgang des Gatters 19 dieser gleichen Steuerschaltung 17 verbunden. Dadurch wird der Meßverstärker 27 durch die gleichen Signale wie der Meßverstärker 29 gesteuert, mit dem Unterschied eines entgegengesetzten Taktes, sofern eine Messung dort zu Beginn eines Steuerimpulses ausgelöst wird, sobald der entsprechende Kondensator 20 geladen wird, und für die Dauer des Impulses, wie in dem Diagramm F gestrichelt dargestellt. Die Hinzufügung der Diode 42, die über ihre Anode mit der Basis des Transistors 34 verbunden ist und einer Diode 50, die über ihre Anode mit der Basis des Transistors 34 und über ihre Kathode mit Ausgang des Meßverstärkers 47 verbunden ist, erlaubt in Verbindung mit der Hinzufügung der Widerstände 44, 46 und 48, den Transistor 34 für die zwei Stromgeneratoren 4' und 4" zu nutzen.
  • Man erhält so einen in dem Diagramm 1 G gestrichelt gezeigten zusätzlichen Strompegel, der der über den Stromgenerator 4" durchgeführten Messung entspricht, vor demjenigen, der der anderen, über den Stromgenerator 4' durchgeführten Messung entspricht. Es ist möglich, den im Laufe einer an einer Schnittstelle 3 über den Stromgenerator 4" verbrauchten Strom durch einen komplementären Strom an dieser Schnittstelle mit Hilfe des zweiten Stromgenerators Ei zu ersetzen, genauso wie den im Laufe einer über den Stromgenerator 4' an dieser gleichen Schnittstelle verbrauchten Strom, wie durch das Diagramm H in Fig. 5 gezeigt ist, wo die zwei Kompensationen, die mit dem Stromgenerator 4" verknüpfte gestrichelt und die mit dem Stromgenerator 4' verknüpfte durchgezogen gezeichnet sind. des Flipflops 27 über ein Gatter 30 vom Typ NAND gesteuert ist.
  • Das Gatter 30 ist über einen ersten Eingang mit dem Ausgang des Flipflops 27, durch einen zweiten Eingang mit dem» Inverter 26 und durch einen dritten Eingang mit dem Gatter 19 verbunden. Es steuert so die Versorgung des Meßverstärkers 29 während der Stufe, die den am Eingang E der betreffenden Schnittstelle 3 empfangenen ersten Impuls des Steuerzuges vom nachfolgend empfangenen Impuls trennt, indem es auf den Pegel des negativen Versorgungsanschlusses dieses Verstärkers einwirkt, wie im Diagramm F von Fig. 5 gezeigt.
  • Der Meßverstärker 29 ist ebenfalls zu seiner Versorgung mit dem Anschluß "+" der zugeordneten Zelle verbunden, an die die Schnittstelle 3, die ihn enthält, angeschlossen ist. Er hat einen nicht-invertierenden Eingang, der mit dem gemeinsamen Punkt einer Teilerbrücke mit zwei Widerständen 31, 32 verbunden ist, die zwischen die Anschlüsse "-" und "+" dieser zugeordneten Zelle geschaltet ist, um den Wert der auf diesem Niveau vorliegenden Spannung zu berücksichtigen. Er hat auch einen invertierenden Eingang, der einerseits über einen Widerstand 33 mit dem gleichen Anschluß "+" und andererseits mit dem Emitter eines Transistors 34 vom PNP-Typ verbunden ist, dessen Kollektor mit dem Ein-Draht-Ausgang M verbunden ist, über den die Schnittstelle 3 ihrerseits mit dem Widerstand verbunden ist, der den gemeinsamen Wandler 5 für alle Zellenschnittstellen bildet. Der Meßverstärker 29 ist eingerichtet, um die an seine zwei Eingänge angelegten Spannungen zu vergleichen. Wenn er versorgt wird, d. h. wenn ein erster Impuls an die Schnittstelle im Rahmen eines Steuerzuges TI angelegt wird, steuert er entsprechend durch seinen Ausgang die Basis des Transistors 34 derart, daß dieser dem den Wandler 5 bildenden Widerstand ein Strommeßsignal liefert, das abhängig von der an die Schnittstelle 3 durch die zugeordnete Zelle 1 gelieferten Spannung ist, wie im Diagramm G von Fig. 5 gezeigt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung und wie weiter oben angegeben, ist es möglich, einen zweiten Stromgenerator 6 zuzuordnen, um den Verbrauch durch die Meßschaltung auf der Ebene einer Zelle bei an dieser Zelle über die Schnittstelle 3, die ihr zugeordnet ist, durchgeführten Messungen zu kompensieren.
  • Bei der hier betrachteten Ausführungsvariante umfaßt der zweite Stromgenerator 6 einer Schnittstelle 3 im wesentlichen einen Kompensationsverstärker 35, der gleichzeitig wie der Meßverstärker 10 der Schnittstelle 3, die ihn enthält, gesteuert wird, und der eingerichtet ist, um bei jeder Messung an die von der Messung betroffene und dieser Schnittstelle 3 zugeordnete Zelle 1 einen Kompensationsstrom zu liefern, der dem bei dieser Messung verbrauchten entspricht.
  • Zu diesem Zweck ist der Kompensationsverstärker 35 einer Schnittstelle 3 mit dem Ausgang des Meßverstärkers 10, der ihm in der gleichen Schnittstelle zugeordnet ist, über einen invertierenden Eingang und über einen Widerstand 36 verbunden. Er steuert über seinen Ausgang die Basis eines Transistors 37 vom Typ NPN, der einerseits durch seinen Emitter über den Anschluß C der ihn enthaltenden Schnittstelle mit dem Widerstand, der das gemeinsame Kompensationselement 7 der Zellenschnittstellen 3 bildet, und andererseits durch seinen Kollektor über einen Widerstand 38 mit der gemeinsamen Masse verbunden ist.
  • Der Kompensationsverstärker 35 einer Schnittstelle 3 wird zwischen dem Anschluß "+" der der Schnittstelle zugeordneten Zelle 1 und der gemeinsamen Masse versorgt, er hat einen nicht-invertierenden Eingang, der in herkömmlicher Weise mit dem gemeinsamen Punkt der zwei Widerstände 39 und 40 einer Teilerbrücke verbunden ist, die zwischen den Anschluß "+" der zugeordneten, oben betrachteten Zelle und die gemeinsame Masse geschaltet ist. So kann an einer Schnittstelle 3 im Laufe einer über diese Schnittstelle durchgeführten Messung ein von dem in ihr enthaltenen Kompensationsverstärker 35 gelieferter Kompensationsstrom erhalten werden, der die gleiche Stärke hat wie der von der Schnittstelle für die Messung verbrauchte und entgegengesetzte Polarität hat, wie das Diagramm H von Fig. 5 zeigt.
  • Es tritt also ein impulsförmiger Strom an dem den gemeinsamen Wandler 5 bildenden Widerstand (Fig. 1) auf, wie das Diagramm I von Fig. 5 zeigt, wenn die Impulse eines Steuerzuges TI von einer Schnittstelle 3 zur nächsten übertragen werden und jede Schnittstelle den ersten von ihr für einen Steuerzug empfangenen Impuls zurückbehält, um einen entsprechenden Meßpuls an dem den Wandler 5 bildenden Widerstand zu erzeugen. So bilden die für einen gleichen Steuerzug TI nacheinander erhaltenen Impulse, wie das Diagramm I von Fig. 5 zeigt, einen Zug TM, wo die jeweiligen zeitlichen Positionen der Impulse den jeweiligen Positionen der Schnittstellen 3 in der Reihenfolge entsprechen, in der diese von den Impulsen des Meßzuges erreicht werden.
  • Das Diagramm H von Fig. 5 zeigt, daß zu den oben angegebenen Zwecken einem Zug TM von Meßimpulsen ein Zug von komplementären Impulsen an dem gemeinsamen Kompensationselement 7 (Fig. 1) entspricht. Es ist denkbar, ausgehend von einer gleichen Schnittstelle 3 einer Zelle 1 mehr als eine Meßinformation zu übertragen, wenn diese Schnittstelle in der in dem komplementären Schema der Fig. 4 vorgeschlagenen Weise ergänzt wird. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, den Stromgenerator 4 durch einen Stromgenerator 4' zu ersetzen, wobei dieser Generator 4' die Bestandteile 29, 31, 32, 33 und 34 des vorhergehenden und ihre jeweiligen Verbindungen untereinander mit den nachfolgend genannten Unterschieden aufweist.
  • Der Ausgang des Meßverstärkers 29 ist hier mit der Basis des Transistors 34 durch eine Diode 42 und einen Widerstand 43 in Reihe verbunden, der invertierende Eingang dieses Verstärkers ist mit einem Anschluß des Widerstandes 33 über einen Widerstand 44 verbunden, und der gemeinsame Punkt dieser zwei Widerstände ist einerseits mit der Basis des Transistors 34 über einen Widerstand 35 und andererseits mit einem invertierenden Eingang eines Meßverstärkers 47 über einen Widerstand 48 in einem zusätzlichen Meßstromgenerator 4" verbunden. Der Meßverstärker 47 ist hier durch seinen nicht-invertierenden Eingang mit einem Meßpunkt PM verbunden, der es erlaubt, eine andere als die mit Hilfe des Stromgenerators 4' durchgeführte Messung zu berücksichtigen, z. B. eine Temperaturmessung an der zugeordneten Zelle 1.
  • Der negative Versorgungsanschluß des Meßverstärkers 29 bleibt mit dem Ausgang des Gatters 30 der Steuerschaltung 17 der Schnittstelle 3, die ihn enthält, verbunden, und der Emitter des Transistors 34 bleibt im Bedarfsfall mit dem Widerstand 36 des Einganges des zweiten Stromgenerators 6 dieser Schnittstelle verbunden, wenn dieser zweite Generator existiert. Der negative Versorgungsanschluß des Meßverstärkers 47 ist über ein Gatter 49 vom Typ NAND gesteuert, von dem ein Eingang mit dem Ausgang des Flipflops 27 verbunden ist, das in der oben betrachteten Steuerschaltung 17 enthalten ist. Ein zweiter und ein dritter Eingang dieses Gatters 49 sind mit einem Ausgang des Inverters 26 bzw. einem Ausgang des Gatters 19 dieser gleichen Steuerschaltung 17 verbunden. Dadurch wird der Meßverstärker 47 durch die gleichen Signale wie der Meßverstärker 29 gesteuert, mit dem Unterschied eines entgegengesetzten Taktes, sofern eine Messung dort zu Beginn eines Steuerimpulses ausgelöst wird, sobald der entsprechende Kondensator 20 geladen wird, und für die Dauer des Impulses, wie in dem Diagramm F gestrichelt dargestellt. Die Hinzufügung der Diode 42, die über ihre Anode mit der Basis des Transistors 34 verbunden ist und einer Diode 50, die über ihre Anode mit der Basis des Transistors 34 und über ihre Kathode mit dem Ausgang des Meßverstärkers 47 verbunden ist, erlaubt in Verbindung mit der Hinzufügung der Widerstände 44, 46 und 48, den Transistor 34 für die zwei Stromgeneratoren 4' und 4" zu nutzen.
  • Man erhält so einen in dem Diagramm 1 G gestrichelt gezeigten zusätzlichen Strompegel, der der über den Stromgenerator 4" durchgeführten Messung entspricht, vor demjenigen, der der anderen, über den Stromgenerator 4' durchgeführten Messung entspricht. Es ist möglich, den im Laufe einer an einer Schnittstelle 3 über den Stromgenerator 4" verbrauchten Strom durch einen komplementären Strom an dieser Schnittstelle mit Hilfe des zweiten Stromgenerators 6 zu ersetzen, genauso wie den im Laufe einer über den Stromgenerator 4' an dieser gleichen Schnittstelle durchgeführten Messung verbrauchten Strom, wie durch das Diagramm H in Fig. 5 gezeigt ist, wo die zwei Kompensationen, die mit dem Stromgenerator 4" verknüpfte gestrichelt und die mit dem Stromgenerator 4' verknüpfte durchgezogen, gezeichnet sind.
  • Der impulsförmige Meßstrom, der an dem den gemeinsamen Wandler 5 bildenden Widerstand erzeugt wird, entspricht folglich der Summe der zwei Impulszüge, die jeweils auf die zwei Meßschaltungen zurückgehen, die die Stromgeneratoren 4' und 4" enthalten, deren Impulse sich abwechseln, wie im Diagramm I von Fig. 5 gezeigt. So wird am Kompensationselement 7 ein Kompensationsstrom erreicht, der dem im Diagramm J gezeigten entspricht.

Claims (4)

1. Messschaltung für eine modulare Anordnung von elektrisch in Serie geschalteten Zellen, die jeweils aus einem oder mehreren Erzeuger-, Akkumulator- oder Wandlerelementen für elektrische Energie gebildet sind, insbesondere von Batterieelementen eines elektrischen Akkumulators, wobei die Messschaltung individuelle Messschnittstellen (3) aufweist, die jeweils mit den Energieanschlüssen ("+" und "-") einer anderen Zelle verbunden sind und jeweils einen Ein- Draht-Messausgang (M) für ein Strommesssignal aufweisen, das vorgesehen ist, um an einen gemeinsamen Wandler (5) übertragen zu werden, an den die jeweiligen Messausgänge der Schnittstellen gemeinsam über eine erste gemeinsame Ein-Draht-Verbindung in der betreffenden Messschaltung angeschlossen sind, wobei jede Schnittstelle wenigstens einen ersten Stromgenerator (4) zum Erzeugen eines auf ein veränderliches Merkmal der entsprechenden Zelle bezogenen Strommesssignals und eine Steuerschaltung (17) zum Berücksichtigen eines der Steuerimpulse enthält, die in Serie im Rahmen eines Zuges über eine zweite Ein-Draht-Verbindung (L) übertragen werden, um sukzessive jeden der Stromgeneratoren (4) der Schnittstellen durchlässig zu schalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (17) jeder Schnittstelle eingerichtet ist, um den ersten Steuerimpuls eines Zuges, den die Schnittstelle von einem Element der zweiten Ein-Draht-Verbindung über einen ersten Eingang (E) empfängt, zu berücksichtigen und jeden eventuellen folgenden Impuls des gleichen Zuges an eine eventuelle nachgeordnete Schnittstelle zu übertragen, deren erster Eingang (E) dann mit ihrem eigenen Ausgang (S) über ein anderes der aufeinanderfolgenden Elemente verbunden ist, die die zweite Ein-Draht-Verbindung (L) bilden.
2. Messschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Schnittstelle (3) erstens eine Eingangsschaltung (9) mit einem Kondensator (11) zum Unterdrücken einer Gleichspannungskomponente, um die Impulse des Steuerzuges zu empfangen, und zweitens eine Schnittstellensteuerschaltung (17) enthält, die mit dem Ausgang der Schnittstelleneingangsschaltung und dem Steuereingang des ersten Stromgenerators (4) der betreffenden Schnittstelle verbunden ist, um diesen ersten Stromgenerator bei Empfang eines ersten Steuerimpulses durchlässig zu schalten und um an ein eventuelles nachgeordnetes Verbindungselement (L) die Impulse zu übertragen, die eventuell auf diesen ersten Impuls in einem gleichen Steuerzug folgen.
3. Messschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne einer Zelle zugeordnete Schnittstelle auch mit einem Anschluss eines gemeinsamen Kompensationselements (7) über einen zweiten einzelnen Stromgenerator (6) verbunden ist, der sich in der Schnittstelle befindet und mit dem ersten Stromgenerator (29) dieser Schnittstelle durchlässig geschaltet wird und zwischen dem Anschluss des gemeinsamen Elements und einem Energieanschluss (- ) der Zelle verbunden ist, der diese Schnittstelle zugeordnet ist, um auf dem Niveau der verschiedenen Zellen der Anordnung (2) die von einem Steuerimpulszug ausgelösten Entnahmen von Energie auszugleichen.
4. Messschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Schnittstelle einen zusätzlichen Stromgenerator (4") zum Umsetzen eines zweiten veränderlichen Merkmals der Zelle, der die betreffende Schnittstelle zugeordnet ist, in die Form eines Stroms umfasst, wobei dieser Stromgenerator über den Ausgang (M) mit dem gemeinsamen Wandler (5) parallel zum ersten Stromgenerator (4) der Schnittstelle verbünden ist und alternativ zu diesem im Laufe der Periode des Zuges geschaltet wird, der den Steuerimpuls dieses ersten Generators enthält.
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