Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle. Die Akkumulatorzelle ist in einem Akkumulator, insbesondere in einem Traktionsakkumulator eines Elektrofahrzeugs, angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem, ein Akkumulatorsystem und ein Fahrzeug.

Im Zuge der Elektrifizierung des Antriebsstranges werden immer höherer Genauigkeitsanforderungen an die Batterieüberwachung gestellt, um die Reichweite und die Betriebssicherheit von Elektrofahrzeugen, wie zum Beispiel von Hybridfahrzeugen (HEV), Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) und vollelektrischen Fahrzeugen (BEV), zu verbessern. Ein wichtiger Punkt dabei ist die Messgenauigkeit für die Zellspannungsüberwachung. Bei einem hohen Automotive Safety Integrity Level (ASIL) der Klasse C oder D wird gefordert, dass auch im Falle von unerkannten Fehlem die Zellspannung mit hoher Genauigkeit als Messwert zur Verfügung steht. Bei einer höheren Messgenauigkeit der Zellspannung kann die Traktionsbatterie näher bis hin zu den Zellspannungsgrenzen ohne Risiko betrieben werden, wodurch die erzielbare Reichweite bei gleicher Batteriekapazität erhöht wird. In den letzten Jahren hat sich die Leistungsfähigkeit der zur Durchführung der Batterieüberwachung genutzten Halbleiterbausteine bereits entscheidend verbessert. Aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen müssen jedoch die Messschaltungen, beispielsweise die Analog-Digital-Wandler zur Umsetzung der erfassten Spannungssensorsignale, teilweise redundant ausgeführt werden. Die Spannungssensorsignale werden verglichen. Bei der Messung der Zellspannung treten unvermeidbare Störeinflüsse, sogenannte Rippeistörungen, auf.

Eine Auslöseschwelle für die Signalisierung eines Fehlers der Batterieüberwachungsschaltung wird vorzugsweise so festgelegt, dass diese zulässigen Rippeistörungen nicht als Fehler in der Batterieüberwachungsschaltung interpretiert werden. Ein Überschreiten der Auslöseschwelle leitet im schlimmsten Fall einen Not-Aus des Antriebsstranges ein, mindestens aber ein Hochzählen des Lebensdauerzählers der Traktionsbatterie.

Bedingt durch reale Toleranzen in Bauteilen der Filterstrukturen, die den beiden ADCs vorgeschaltet sind, ist es nicht möglich, die Rippelstörung vollständig herauszufiltern bzw. zu unterdrücken. Damit bestimmen die verbleibenden maximalen Rippeistörungen die Reichweite einer Batterie, da die Auslöseschwelle entsprechend hoch angesetzt werden muss. Mit einer großen Auslöseschwelle muss z.B. der Batterieladevorgang früher abgeregelt werden, die Batterie wird nicht vollständig geladen.

Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle bereitzustellen, die einen Beitrag dazu leisten, eine erzielbare Reichweite eines Fahrzeugs mit einer bestimmten Batteriekapazität zu erhöhen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäße einem ersten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators. Hierbei wird zunächst ein erstes Messsignal, das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle, von einer Schaltungsanordnung, die einen Hauptüberwachungskanal und einen redundanten Überwachungskanal aufweist, empfangen. Das erste Messsignal wird dem Hauptüberwachungskanal, der einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC) aufweist, und dem redundanten Überwachungskanal, der einen zweiten ADC aufweist, zugeführt. Der erste ADC führt eine Analog-Digital-Wandlung des ersten Messsignals durch und stellt ein digitales erstes Ausgangssignal bereit, das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle. Der zweite ADC führt eine Analog-Digital-Wandlung eines Signal, das das erste Messsignal umfasst, durch und stellt ein digitales zweites Ausgangssignal bereit. Abhängig von dem ersten Ausgangssignal des Hauptüberwachungskanals und dem zweiten Ausgangssignal des redundanten Überwachungskanals wird ein Vergleichssignal ermittelt. Wenn das erste Ausgangssignal einen vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und einen vorgegebenen zweiten Spannungswert überschreitet, wird das Vergleichssignal mit einer vorgegebenen ersten Auslöseschwelle verglichen und, wenn das Vergleichssignal größer ist als die erste Auslöseschwelle, wird ein erstes Fehlersignal für eine Auswerteeinheit bereitgestellt. Wenn dagegen das erste Ausgangssignal gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert oder gleich oder kleiner ist als der zweite vorgegebene Spannungswert, wird das Vergleichssignal mit einer zweiten vorgegebenen Auslöseschwelle verglichen und, wenn das Vergleichssignal größer ist als die zweite Auslöseschwelle, wird ein zweites Fehlersignal für die Auswerteeinheit bereitgestellt. Hierbei ist der erste Spannungswert größer ist als der zweite Spannungswert und die erste Auslöseschwelle weist einen größeren Betrag auf als die zweite Auslöseschwelle.

Indem zwei unterschiedliche Auslöseschwelle realisiert werden, kann die Reichweite des Akkumulators bei unveränderter Hardware erhöht werden.

Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass, je nach Arbeitsbereich des Akkumulators, die fließenden Ströme und damit die Rippeistörungen unterschiedlich sind. In einem normalen Arbeitsbereich des Akkumulators überschreitet jede Zelle des Akkumulators eine untere Spannung, die eine geringste erlaubte Zellspannung, d. h. eine untere kritische Zellspannungsgrenze, plus einen ersten Spannungswert, zum Beispiel ca. 0,1 V, umfasst, und unterschreitet jede Zelle des Akkumulators eine obere Spannung, die eine maximal erlaubte Zellspannung, d. h. eine obere kritische Zellspannungsgrenze, minus einen zweiten Spannungswert, zum Beispiel ca. 0,1 V, umfasst. In dem normalen Arbeitsbereich des Akkumulators fließen hohe Ströme und damit treten größere Rippeistörungen auf. In dem normalen Arbeitsbereich des Akkumulators wird daher die Auslöseschwelle größer gewählt, damit die hohen Rippeistörungen nicht zu einem Fehlalarm führen. In kritischen Arbeitsbereichen, wenn der Akkumulator in der Nähe der kritischen Zellspannungen betrieben wird, wo nur niedrige Ladeströme (bei der oberen Zellspannungsgrenze) bzw. niedrige Entladeströme (bei der unteren Zellspannungsgrenze) fließen und damit auch nur geringe Rippeistörungen auftreten können, wird eine abgesenkten Auslöseschwelle gewählt.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt entspricht der erste vorgegebene Spannungswert einem oberen kritischen Zellspannungsgrenzwert abzüglich eines Sicherheitsabstandsspannungswertes und der zweite vorgegebene Spannungswert entspricht einem unteren kritischen Zellspannungsgrenzwert plus eines Sicherheitsabstandsspannungswertes.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird abhängig von einer Richtung des Stromes, der in die Akkumulatorzelle fließt, das zweite Fehlersignal unterdrückt oder ignoriert.

Wenn der Akkumulator an der oder in der Nähe der oberen Zellspannungsgrenze betrieben wird, aber nicht geladen sondern entladen wird, können sehr große Ströme und damit auch große Rippeistörungen auftreten. Da aber an der oberen Zellspannungsgrenze Entladeströme die Zellen nicht überladen können, können Überschreitungen des zweiten Auslöseschwelle bei entsprechender Stromrichtung ignoriert werden.

Wenn der Akkumulator an oder in der Nähe der unteren Zellspannungsgrenze betrieben wird, aber nicht entladen sondern geladen wird, können ebenfalls sehr große Ströme und damit auch große Rippeistörungen auftreten. Da aber an der unteren Zellspannungsgrenze Ladeströme die Zellen nicht tiefentladen können, können Überschreitungen des Schwellwerts bei entsprechender Stromrichtung ignoriert werden.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist das Signal gleich dem ersten Messsignal und das zweite Ausgangssignal ist repräsentativ für die Zellspannung der Akkumulatorzelle. Dies ermöglicht einen einfachen Vergleich. Gleichtaktfehler können jedoch nicht erkannt werden.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt nutzen der erste ADC des Hauptüberwachungskanals und der zweite ADC des redundanten Überwachungskanals für eine jeweilige Analog-Digital-Wandlung eine gleiche Referenzspannung, die von einer von beiden ADCs genutzten Referenzspannungsquelle bereitgestellt wird. Das Signal umfasst ein Differenzsignal, das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Versorgungsspannung des zweiten ADCs oder der Referenzspannung und dem bereitgestellten ersten Messsignal. Das zweite Ausgangsignal ist repräsentativ für ein pegelverschobenes Zellspannungssignal. Hierbei umfasst das Ermitteln des Vergleichssignals abhängig von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignal das Addieren des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangsignals, und, wenn die Pegelverschiebung des Zellspannungssignals mittels der Versorgungsspannung erfolgt, subtrahieren eines Sollwertes der Versorgungsspannung des zweiten ADCs und, wenn die Pegelverschiebung des Zellspannungssignals mittels der Referenzspannung erfolgt, subtrahieren der Referenzspannung.

Die Nutzung einer gemeinsamen Referenzspannung ermöglicht eine kostengünstigere und platzsparende Herstellung der Schaltungsanordnung und ein Fehler der Referenzspannung kann somit erkannt werden. Die Schaltungsanordnung erkennt somit auch Gleichtaktfehler (Common Mode Fehler der Referenzspannung) und benötigt keinen weiteren Sicherheitsmechanismus. Es ist somit kein weiterer Sicherheitsmechanismus erforderlich.

Gemäße einem zweiten Aspekt wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators. Die Schaltungsanordnung weist einen Hauptüberwachungskanal mit einem ersten Analog-Digital-Wandler (ADC) und einen redundanten Überwachungskanal mit einem zweiten ADC auf. Der Schaltungsanordnung ist eine Vergleichseinheit zugeordnet oder die Schaltungsanordnung umfasst die Vergleichseinheit.

Die Schaltungsanordnung ist ausgebildet, ein erstes Messsignal zu empfangen, das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle. Die Schaltungsanordnung ist ausgebildet, das erste Messsignal dem Hauptüberwachungskanal und dem redundanten Überwachungskanal zur Verfügung zu stellen. Der erste ADC ist ausgebildet eine Analog-Digital-Wandlung des ersten Messsignals durchzuführen und ein erstes Ausgangssignal bereitzustellen, das repräsentativ ist für eine Zellspannung der Akkumulatorzelle. Der zweite ADC ist ausgebildet, eine Analog-Digital-Wandlung eines Signals, das das erste Messsignal umfasst, durchzuführen und ein zweites Ausgangssignal bereitzustellen.

Die Vergleichseinheit ist ausgebildet, ein Vergleichssignal zu ermitteln abhängig von dem ersten Ausgangssignal des Hauptüberwachungskanal und dem zweiten Ausgangssignal des redundanten Überwachungskanals. Die Vergleichseinheit ist ausgebildet, wenn das erste Ausgangssignal einen vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und einen vorgegebenen zweiten Spannungswert überschreitet, das Vergleichssignal mit einer vorgegebenen ersten Auslöseschwelle zu vergleichen und, wenn das Vergleichssignal größer ist als die erste Auslöseschwelle, ein erstes Fehlersignal für eine Auswerteeinheit bereitzustellen. Die Vergleichseinheit ist ferner ausgebildet, wenn das erste Ausgangssignal gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert oder gleich oder kleiner ist als der zweite vorgegebene Spannungswert, das Vergleichssignal mit einer zweiten vorgegebenen Auslöseschwelle zu vergleichen und, wenn das Vergleichssignal größer ist als die zweite Auslöseschwelle, ein zweites Fehlersignal für die Auswerteeinheit bereitzustellen.

Hierbei ist der erste Spannungswert größer als der zweite Spannungswert und die erste Auslöseschwelle weist einen größeren Betrag auf als die zweite Auslöseschwelle. In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist die Vergleichseinheit ausgebildet, abhängig von einem bereitgestellten Strommesssignal, das repräsentativ ist für eine Richtung des Stromes, der in die Akkumulatorzelle fließt, die Ausgabe des zweiten Fehlersignals zu unterdrücken.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist das Signal gleich dem ersten Messsignal und das zweite Ausgangssignal ist repräsentativ für die Zellspannung der Akkumulatorzelle.

In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt sind der erste ADC des Hauptüberwachungskanals und der zweite ADC des redundanten Überwachungskanals ausgebildet, für eine jeweilige Analog-Digital-Wandlung eine gleiche Referenzspannung, die von einer Referenzspannungsquelle bereitgestellt wird, zu nutzen. Das Signal umfasst ein Differenzsignal, das repräsentativ ist für eine Differenz zwischen einer Versorgungsspannung des zweiten ADCs oder der Referenzspannung und dem bereitgestellten ersten Messsignal. Das zweite Ausgangsignal ist repräsentativ für eine pegelverschobenes Zellspannungssignal. Das Ermitteln des Vergleichssignal abhängig von dem ersten Ausgangssignal und dem zweiten Ausgangssignals umfasst hierbei:

-- addieren des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangsignals und

-- wenn die Pegelverschiebung des Zellspannungssignals mittels der Versorgungsspannung erfolgt, subtrahieren eines Sollwertes der Versorgungsspannung des zweiten ADCs, und

-- wenn die Pegelverschiebung des Zellspannungssignals mittels der Referenzspannung erfolgt, subtrahieren der Referenzspannung.

Die Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt gelöst durch ein Überwachungssystem für eine Akkumulatorzelle. Das Überwachungssystem weist eine Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt und eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, abhängig von einem von der Schaltungsanordnung bereitgestellten digitalen Zellspannungssignal, das repräsentativ ist für eine aktuelle Zellspannung der Akkumulatorzelle, der Vergleichseinheit der jeweiligen Schaltungsanordnung, wenn das digitale Zellspannungssignal den vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und den vorgegebenen zweiten Spannungswert überschreitet, die erste Auslöseschelle vorzugeben und, wenn das digitale Zellspannungssignal gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert oder wenn das digitale Zellspannungssignal gleich oder kleiner ist als der vorgegebene zweite Spannungswert, die zweite Auslöseschwelle vorzugeben.

Die Aufgabe wird gemäß einem vierten Aspekt gelöst durch ein Akkumulatorsystem, das einen Akkumulator mit zumindest einer Akkumulatorzelle, für alle oder zumindest einen Teil der Akkumulatorzellen jeweils eine Schaltungsanordnung gemäß dem zweiten Aspekt und eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist, abhängig von einem von der jeweiligen Schaltungsanordnung bereitgestellten digitalen Messsignal, das repräsentativ ist für eine aktuelle Zellspannung der jeweiligen Akkumulatorzelle, der Vergleichseinheit der jeweiligen Schaltungsanordnung, wenn das digitale Zellspannungssignal den vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und den vorgegebenen zweiten Spannungswert überschreitet, die erste Auslöseschelle vorzugeben und, wenn das digitale Zellspannungssignal gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert oder wenn das digitale Zellspannungssignal gleich oder kleiner ist als der vorgegebene zweite Spannungswert, die zweite Auslöseschwelle vorzugeben.

Die Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt gelöst durch ein Fahrzeug aufweisend ein Akkumulatorsystem gemäß dem vierten Aspekt.

Optionale Ausgestaltungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts können auch entsprechend bei den weiteren Aspekten vorhanden sein und entsprechende Wirkungen aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein. Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt.

Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Variationen oder Modifikationen, die im Hinblick auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben.

Es zeigen:

Figur 1 ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle und

Figur 2 ein beispielhaftes Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Akkumulatorzelle.

Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" bezeichnet wird, das Element direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz ein Element als "direkt" mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Sonstige zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Ausdrücke sollen auf gleichartige Weise ausgelegt werden (z. B. "zwischen" versus "direkt zwischen", "benachbart" versus "direkt benachbart" etc.).

Die Funktionen der Schaltungsanordnung 10 zur Überwachung einer Akkumulatorzelle werden im Folgenden im Zusammenhang mit Figur 1 , erläutert, welche eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltung ist, bei der viele der Grundkomponenten um der Klarheit willen weggelassen wurden. Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung 10 zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators (Akkumulatorzelle und Akkumulator sind nicht gezeigt in Figur 1 ). Der Akkumulator weist vorzugsweise eine Vielzahl von Akkumulatorzellen auf, die parallel und/oder in Serie geschalten sind. Der Akkumulator ist beispielsweise als Traktionsakkumulator für ein Fahrzeug ausgebildet.

Die Akkumulatorzelle ist mit der Schaltungsanordnung 10 verbunden und die Schaltungsanordnung 10 empfängt eingangsseitig von der Akkumulatorzelle direkt oder indirekt über eine Vorverarbeitungseinheit ein erstes Zellpotentialsignal Ucell_p und ein zweites Zellpotentialsignal Ucell_c.

Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Hauptüberwachungskanal 20 mit einem ersten Analog-Digital-Wandler, ADC, 24 sowie einen redundanten Überwachungskanal 30 mit einem zweiten ADC 34 auf. Ferner weist die Schaltungsanordnung 10 zum Beispiel eine Vergleichseinheit 40 auf. Alternativ kann die Vergleichseinheit 40 Teil der Auswerteeinheit 50 sein.

Die Schaltungsanordnung 10 ist vorzugsweise als integrierter Schaltkreis in einem Halbleiterchip ausgebildet. Insbesondere kann der Halbleiterchip mehrere solcher Schaltungsanordnungen 10 aufweisen, so dass mehrere Akkumulatorzellen mit dem Halbleiterchip überwacht werden können.

Der Hauptüberwachungskanal 20 weist eingangsseitig beispielsweise ein analoges erstes Filter 22 auf. Der erste ADC 24 ist dem ersten Filter 22 nachgeschaltet. Beispielsweise ist das analoge erste Filter 22 des Hauptüberwachungskanals 20 direkt oder indirekt mit der Akkumulatorzelle verbunden. Das analoge erste Filter 22 dient der Signalaufbereitung der von der Akkumulatorzelle empfangenen Zellpotentialsingale Ucell_p, Ucell_n.

Dem ersten ADC 24 ist beispielsweise ein digitales Tiefpassfilter 26 nachgeschaltet.

Beispielswiese wird am Ausgang des digitalen Tiefpassfilters 26 ein gefiltertes digitales Zellspannungssignal UC, dass die Zellspannung der angeschlossenen Akkumulatorzelle repräsentiert, für eine Auswerteeinheit 50 breitgestellt. Bei der Auswerteeinheit 50 kann es sich um eine der Schaltungsanordnung 10 zugeordnete Steuereinheit oder eine übergeordnete Recheneinheit handeln.

Der redundante Überwachungskanal 30 der Schaltungsanordnung 10 weist eingangsseitig beispielsweise ein analoges zweites Filter 32 auf. Der zweite ADC 34 ist dem zweiten Filter 32 nachgeschaltet. Das analoge zweite Filter 32 des redundanten Überwachungskanal 30 ist beispielsweise direkt oder indirekt mit der Akkumulatorzelle verbunden. Das analoge zweite Filter 32 dient der Signalaufbereitung der von der Akkumulatorzelle empfangenen Zellpotentialsingale Ucell_p, Ucell_n.

In einer optionalen Ausgestaltung sind der Schaltungsanordnung 10 ein erstes diskretes Hardware-Filter 28 und ein zweites diskretes Hardware-Filter 38 vorgeschalten, wobei das erste diskretes Hardware-Filter 28 dem ersten Filter 22 des Hauptüberwachungspfads 20 und das zweite diskrete Hardware-Filter 38 dem zweiten Filter 32 des redundanten Überwachungspfads vorgeschaltet ist.

Der Eingang des ersten ADCs 24 weist einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals U in_p, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss auf zum Empfang eines zweiten Messsignals Uin_n, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle.

Der erste ADC 24 umfasst beispielsweise einen ersten Pegelumsetzer. Der erste Pegelumsetzer ist ausgebildet, eine erste Zellpotentialdifferenz zwischen dem ersten Messsignal Uin_p und dem zweiten Messsignal Uin_n zu bilden. Die erste Zellpotentialdifferenz kann auch als Zellspannung Ucell bezeichnet werden.

Der erste ADC 24 weist ferner eine Wandlereinheit auf, die ausgebildet ist, die eigentliche Analog-Digital-Wandlung der Zellspannung Ucell durchzuführen und am Ausgang der Wandlereinheit ein digitales erstes Ausgangssignal U_MAIN, bereitzustellen. Der Eingang des zweiten ADCs 34 weist einen ersten Eingangsanschluss zum Empfang eines ersten Messsignals Uin_p, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Pluspol der Akkumulatorzelle, und einen zweiten Eingangsanschluss auf zum Empfang eines zweiten Messsignals Uin_n, das repräsentativ ist für ein Potential an einem Minuspol der Akkumulatorzelle.

Der zweite ADC 34 umfasst beispielsweise einen ersten Pegelumsetzer. Der erste Pegelumsetzer ist ausgebildet, eine erste Zellpotentialdifferenz zwischen dem ersten Messsignal Uin_p und dem zweiten Messsignal Uin_n zu bilden. Die erste Zellpotentialdifferenz kann auch als Zellspannung llcell bezeichnet werden.

Der erste ADC 34 weist ferner eine Wandlereinheit auf, die ausgebildet ist, die eigentliche Analog-Digital-Wandlung der Zellspannung llcell durchzuführen und am Ausgang der Wandlereinheit ein digitales zweites Ausgangssignal U_AUX, bereitzustellen.

Somit empfängt der erste ADC 24 und der zweite ADC 34 das erste Messsignal, das repräsentativ ist für die Zellspannung der Akkumulatorzelle. Der erste ADC 24 und der der zweite ADC 34 führen jeweils eine Analog-Digital-Wandlung des ersten Messsignals durch und stellen das erste Ausgangssignal U_MAIN beziehungsweise das zweite Ausgangssignal U_AUX an ihrem Ausgang bereit. Zur Überprüfung, ob der erste ADC 24 richtig funktioniert, werden die beiden Ausganssignale U_MAIN, U_AUX miteinander verglichen. Zum Beispiel wird ein Vergleichssignal ermittelt, dass eine Differenz der beiden Ausgangssignale U_MAIN, U_AUX repräsentiert.

In einem weiteren Schritt wird geprüft, ob das Vergleichssignal ein Kriterium erfüllt, so dass von einem Fehler ausgegangen werden kann. D. h. wenn zum Beispiel das Vergleichssignal, das die Differenz der beiden Ausgangssignale U_MAIN, U_AUX repräsentier, eine Auslöseschwelle überschreiten, wird ein Fehlerdetektiert. Da jedoch Störungen, genauer gesagt Rippeistörungen, die insbesondere abhängig sind von den Strömen, die fließen, die Messsignale verfälschen können, werden diese bei der Wahl der Auslöseschwelle berücksichtigt.

Daher wird, wenn das erste Ausgangssignal U_MAIN einen vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und einen vorgegebenen zweiten Spannungswert überschreitet, das Vergleichssignal mit einer vorgegebenen ersten Auslöseschwelle TH1 verglichen, wobei der erste Spannungswert eine kritische obere Zellspannung minus einem Abstandswert, der beispielsweise gleich 0,1 V ist, repräsentiert und der zweite Spannungswert eine kritische untere Zellspannung plus einem weiteren Abstandswert, der beispielsweise gleich 0,1 V ist, repräsentiert. Wenn das Vergleichssignal größer ist als die erste Auslöseschwelle TH1 , wird ein erstes Fehlersignal ERR1 für eine Auswerteeinheit 50 bereitgestellt.

Wenn dagegen das erste Ausgangssignal U_MAIN gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert oder gleich oder kleiner ist als der zweite vorgegebene Spannungswert, wird das Vergleichssignal mit einer zweiten vorgegebenen Auslöseschwelle TH2 verglichen und, wenn das Vergleichssignal größer ist als die zweite Auslöseschwelle TH2, wird ein zweites Fehlersignal ERR2 für die Auswerteeinheit 50 bereitgestellt.

Die erste Auslöseschwelle TH1 weist beispielsweise einen Betrag von 25 mV und die zweite Auslöseschwelle TH2 einen Betrag von 12 mV auf. Damit ergibt sich ein Reichweitengewinn von 26 mV für eine festgelegte Batteriegröße.

Vorzugsweise wird das zweite Fehlersignal ERR2 unterdrückt, wenn der Akkumulator an der oder in der Nähe der oberen Zellspannungsgrenze betrieben wird, aber nicht geladen sondern entladen wird. Ferner wird das zweite Fehlersignal ERR2 unterdrückt, wenn der Akkumulator an oder in der Nähe der unteren Zellspannungsgrenze betrieben wird, aber nicht entladen sondern geladen wird.

Alternativ ist möglich, dass die Auswerteeinheit 50 eine Information an die

Vergleichseinheit 40 sendet, die eine Stromrichtung vorgibt. So die kann die Vergleichseinheit 40 gleich schon die Fehler maskieren, wenn die Stromrichtung unkritisch ist. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 50 ein zusätzliches Flag an die Vergleichseinheit 40 senden.

Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung 10 zur Überwachung einer Akkumulatorzelle eines Akkumulators.

Im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung 10 nutzen der erste ADC 24 und der zweite ADC 34 die gleiche Referenzspannungsquelle.

Ferner umfasst der zweite ADC 34 in Figur 2 einen zweiten Pegelumsetzer. Der zweite Pegelumsetzer ist ausgebildet, eine zweite Zellpotentialdifferenz zwischen dem zweiten Messsignal Uin_n und dem ersten Messsignal Uin_p zu bilden, wobei das zweite Messsignal Uin_n den Minuend und das erste Messsignal Uin_p den Subtrahend bilden. Der zweite Pegelumsetzer ist ferner ausgebildet, durch Addition der Versorgungsspannung VCC des zweiten ADCs 34 und der zweiten Zellpotentialdifferenz ein Differenzsignal Udiff für den zweiten ADC 34 bereitzustellen.

Alternativ ist der zweite Pegelumsetzer ausgebildet, durch Addition einer Referenzspannung VREF, die die beiden ADCs 24, 34 für die Analog-Digital-Wandlung nutzen, und der zweiten Zellpotentialdifferenz das Differenzsignal Udiff für den zweiten ADC 34 bereitzustellen.

Der zweite ADC 34 umfasst eine Wandlereinheit, die ausgebildet ist, die eigentliche Analog-Digital-Wandlung des Differenzsignals Udiff durchzuführen und am Ausgang der Wandlereinheit das zweite Ausgangssignal U_AUX, das in diesem Fall repräsentativ ist für eine pegelverschobene Zellspannungssignal, bereitzustellen.

Die Wandlereinheiten des ersten ADCs 24 und des zweiten ADCs 34 können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Insbesondere kann der zweite ADC 34 eine geringere Auflösung und/oder eine längere Einschwingzeit aufweisen, da es ausreichend ist, dass der Vergleich nur in bestimmten Zeitabständen erfolgt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Implementierung und die geforderte Zuverlässigkeit kann trotzdem gewährleistet werden.

Der erste ADC 24 und der zweite ADC 34 sind ausgebildet, die Analog-Digital-Wandlung der Zellspannung Uceii beziehungsweise des Differenzsignals Udiff abhängig von einer Referenzspannung VREF durchzuführen, die für beide ADCs 24, 34 gleich ist.

Die Vergleichseinheit 40 der Schaltungsanordnung 10 ist ausgebildet, jeweils einen Vergleichswert gemäß einer vorgegebenen Vergleichsfunktion abhängig von dem digitalen ersten Zellspannungssignal U_MAIN und dem digitalen pegelverschobenen zweiten Ausgangssignal U_AUX zu ermitteln.

Die Vergleichsfunktion umfasst, wenn für die Pegelverschiebung für den zweiten ADC 34 die Versorgungsspannung VCC genutzt wird, insbesondere die Summe des digitalen ersten Ausgangssignals U_MAIN und des digitalen pegelverschobenen zweiten Ausgangssignal U_AUX minus einem Sollwert VCC_soll der Versorgungsspannung des zweiten ADCs 34.

Der digitale Vergleichsmechanismus liefert somit als Ergebnis jeweils die Vergleichswerte

U.delta = U_MAIN + U_AUX - VCC Gl. (1 a)

Wenn für die Pegelverschiebung für den zweiten ADC 34 die Referenzspannung VREF genutzt wird, umfasst die Vergleichsfunktion insbesondere die Summe des ersten Ausgangssignals U_MAIN und des zweiten Ausgangssignal U_AUX minus der Referenzspannung VREF.

Der digitale Vergleichsmechanismus liefert in diesem Fall als Ergebnis jeweils die Vergleichswerte U.delta = U.MAIN + U_AUX - VREF Gl. (1 b)

Der erste ADC 24 und zweite ADC 34 nutzen die gleiche Referenzspannung VREF. Für den Fall, dass die Referenzspannung VREF durch einen Fehler um 10 % nach oben abweicht, ermittelt der erste ADC 24 für die Akkumulatorzelle eine Zellspannung von

U.MAIN = 1 ,1 * Uceii Gl. (2) und der zweite ADC 34 ermittelt bei Nutzung der Versorgungsspannung VCC zur Pegelverschiebung eine pegelverschobene Zellspannung von

U.AUX = 1 ,1 *VCC_ist - 1 ,1 * Uceii, Gl. (3a) wobei Uceii die gemessene Zellspannung der Akkumulatorzelle und VCC_ist der Istwert bzw. tatsächliche Wert der Versorgungsspannung ist.

Bei Nutzung der Referenzspannung VREF zur Pegelverschiebung ermittelt der zweite ADC 34 die pegelverschobene Zellspannung

U.AUX = 1 ,1 *VREF - 1 ,1 * Uceii. Gl. (3b).

Im Falle der Nutzung der Versorgungsspannung VCC zur Pegelverschiebung beim zweiten ADC 34 und unter der Annahme, dass der Sollwert VCC_soll und der Istwert VCC_ist der Versorgungsspannung gleich sind mit

VCC.soll = VCC.ist = VCC, Gl. (4), stellt die Vergleichseinheit 40 einen Vergleichswert von

U.delta = U.MAIN + U_AUX - VCC = 0,1*VCC Gl. (5a) fest. Bei einer Versorgungsspannung von zum Beispiel VCC =5V entspricht dies 0,5 V.

Bei Nutzung der Referenzspannung VREF zur Pegelverschiebung des zweiten ADCs 34 ergibt sich für den Vergleichswert:

U.delta = U.MAIN + U_AUX - VREF = 0,1 *VREF Gl. (5b).

Der jeweilige Vergleichswert wird dann wie im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben mit der erste Auslöseschwelle TH1 beziehungsweise der zweiten Auslöseschwelle TH2 verglichen.

Die Vorgabe der Auslöseschwellen TH1 , TH2 erfolgt beispielsweise durch die Auswerteeinheit 50. Die Auswerteeinheit 50 ist ausgebildet, abhängig von einem von der Schaltungsanordnung 10 bereitgestellten digitalen Zellspannungssignal UC, das repräsentativ ist für eine aktuelle Zellspannung der Akkumulatorzelle, der Vergleichseinheit 40, die erste Auslöseschwelle TH1 oder die zweite Auslöseschwelle TH2 vorzugeben. Insbesondere wird, wenn das digitale Zellspannungssignal UC den vorgegebenen ersten Spannungswert unterschreitet und den zweiten Spannungswert überschreitet, wird die erste Auslöseschwelle TH1 vorgegeben. Wenn das digitale Zellspannungssignal UC gleich oder größer ist als der vorgegebene erste Spannungswert, wird die zweite Auslöseschwelle TH2 vorgegeben. Wenn das digitale Zellspannungssignal UC gleich oder kleiner ist als der vorgegebene zweite Spannungswert wird ebenfalls die zweite Auslöseschwelle TH2 vorgegeben.

Bezugszeichenliste

10 Schaltungsanordnung

20 Hauptüberwachungskanal

22 analoges erstes Filter

24 erster ADC

26 digitales Filter

30 redundanter Überwachungskanal

32 analoges zweites Filter

34 zweiter ADC

40 Vergleichseinheit

50 Auswerteeinheit

ERR1 erster Fehlersignal

ERR2 zweiter Fehlersignal

TH1 erste Auslöseschwelle

TH2 zweite Auslöseschwelle

U_MAIN erstes Ausgangssignal

U_AUX zweites Ausgangssignal

UC digitales Zellspannungssignal