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DE102013012148A1 - Apparatus and method for detecting an electrical voltage provided by an electrical component - Google Patents

Apparatus and method for detecting an electrical voltage provided by an electrical component Download PDF

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DE102013012148A1
DE102013012148A1 DE102013012148.5A DE102013012148A DE102013012148A1 DE 102013012148 A1 DE102013012148 A1 DE 102013012148A1 DE 102013012148 A DE102013012148 A DE 102013012148A DE 102013012148 A1 DE102013012148 A1 DE 102013012148A1
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DE
Germany
Prior art keywords
voltage
electrical component
electrical
measuring device
comparison signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102013012148.5A
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German (de)
Inventor
Andreas Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102013012148.5A priority Critical patent/DE102013012148A1/en
Publication of DE102013012148A1 publication Critical patent/DE102013012148A1/en
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16533—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application
    • G01R19/16538—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies
    • G01R19/16542—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values characterised by the application in AC or DC supplies for batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/22—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using light-emitting devices, e.g. LED, optocouplers

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente (12) bereitgestellten elektrischen Spannung (Uk) mit einem Generatoreinrichtung (14) zum Bereitstellen einer Referenzspannung (Uref), einer Messeinrichtung (18), die mit der Generatoreinrichtung (14) und der elektrischen Komponente (12) gekoppelt ist, zum Ermitteln eines Vergleichssignals (Uv) anhand der mit der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) und der Referenzspannung (Uref) und einer Auswerteeinrichtung (24), die mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt ist, zum Erfassen der von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) anhand des Vergleichssignals (Uv), wobei die Generatoreinrichtung (14) und die Auswerteeinrichtung (24) galvanisch getrennt mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt sind.The invention relates to a device (10) for detecting an electrical voltage (Uk) provided by an electrical component (12) with a generator device (14) for providing a reference voltage (Uref), a measuring device (18) connected to the generator device (14 ) and the electrical component (12), for determining a comparison signal (Uv) based on the voltage (Uk) and the reference voltage (Uref) provided with the electrical component (12) and an evaluation device (24) connected to the measuring device (12). 18), for detecting the voltage (Uk) provided by the electrical component (12) on the basis of the comparison signal (Uv), the generator device (14) and the evaluation device (24) being electrically isolated from the measuring device (18).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente bereitgestellten elektrischen Spannung. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein und Verfahren zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente bereitgestellten elektrischen Spannung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a device for detecting an electrical voltage provided by an electrical component. Moreover, the present invention relates to a and method for detecting an electrical voltage provided by an electrical component. Finally, the present invention relates to a motor vehicle.

Die Erfassung einer elektrischen Spannung, die von einer elektrischen Komponente bereitgestellt wird, gestaltet sich oft problematisch. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ähnliche Spannungen auf unterschiedlichen Potentialen gemessen werden sollen. Diese Problematik ergibt sich beispielsweise bei der Zellspannungsüberwachung von mehreren Einzelzellen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs.The detection of an electrical voltage provided by an electrical component is often problematic. This is particularly the case when similar voltages at different potentials are to be measured. This problem arises for example in the cell voltage monitoring of several individual cells of a traction battery of an electric vehicle.

Wenn elektrische Spannungen auf unterschiedlichen Potentialniveaus gemessen werden, werden entweder ausreichend spannungsfeste, ein- oder mehrkanalige Analog-Digital-Wandler eingesetzt oder ein Analog-Digital-Wandler wird über eine Multiplexer-Schaltung auf mehrere Spannungen nacheinander aufgeschaltet. Werden spannungsfeste Analog-Digital-Wandler verbaut, sind die Bauteilkosten relativ hoch. Wird eine Multiplexer-Schaltung eingesetzt, können die verschiedenen Spannungen nicht gleichzeitig gemessen werden. Zudem ist die Schaltung bei Verwendung von mechanischen Relais nur begrenzt oft umschaltbar.If electrical voltages are measured at different potential levels, either sufficient voltage-resistant, single or multi-channel analog-to-digital converters are used or an analog-to-digital converter is connected to a plurality of voltages in succession via a multiplexer circuit. If voltage-proof analog-digital converters are installed, the component costs are relatively high. If a multiplexer circuit is used, the different voltages can not be measured simultaneously. In addition, the circuit is only limited often switchable when using mechanical relays.

Aus der EP 1 222 087 B1 ist ein Verfahren zum Steuern und zur Einstellung des Schaltzustands einer Schaltverbindung zwischen den elektrischen Ausgängen bzw. Polen einer Brennstoffzelle und einem isolierten elektrischen Netz bekannt. Dabei werden von Sensoren Vorrichtungszustände gemeldet, bei denen die Versorgung des elektrisch isolierten Netzes mit Energie aus Sicherheitsgründen ausgeschlossen oder ausgesetzt werden muss.From the EP 1 222 087 B1 For example, a method for controlling and adjusting the switching state of a switching connection between the electrical outputs or poles of a fuel cell and an insulated electrical network is known. In this case, device states are reported by sensors in which the supply of the electrically isolated network with energy has to be excluded or suspended for safety reasons.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen eine von einer elektrischen Komponente bereitgestellte elektrische Spannung kostengünstiger erfasst werden kann.It is an object of the present invention to provide a device and a method with which an electrical voltage provided by an electrical component can be detected more cheaply.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 10. Advantageous developments of the present invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente bereitgestellten elektrischen Spannung umfasst eine Generatoreinrichtung zum Bereitstellen einer Referenzspannung, eine Messeinrichtung, die mit der Generatoreinrichtung und der elektrischen Komponente gekoppelt ist, zum Ermitteln eines Vergleichssignals anhand der mit der elektrischen Komponente bereitgestellten Spannung und der Referenzspannung und eine Auswerteeinrichtung, die mit der Messeinrichtung gekoppelt ist, zum Erfassen der von der elektrischen Komponente bereitgestellten Spannung anhand des Vergleichssignals, wobei die Generatoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung galvanisch getrennt mit der Messeinrichtung gekoppelt sind.The inventive device for detecting an electrical voltage provided by an electrical component comprises a generator device for providing a reference voltage, a measuring device which is coupled to the generator device and the electrical component, for determining a comparison signal based on the voltage provided with the electrical component and the reference voltage and an evaluation device, which is coupled to the measuring device, for detecting the voltage provided by the electrical component voltage based on the comparison signal, wherein the generator device and the evaluation device are electrically isolated coupled to the measuring device.

Bei der elektrischen Komponente kann es sich um eine Traktionsbatterie oder eine Zelle einer Traktionsbatterie handeln, die in einem Elektrofahrzeug angeordnet ist. Von der elektrischen Komponente wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt. Mit der Generatoreinrichtung kann als Referenzspannung eine Wechselspannung, insbesondere eine sinusförmige Wechselspannung, bereitgestellt werden. Die Referenzspannung wird galvanisch getrennt über einen Transformator auf das Potential der elektrischen Komponente, also der zu messenden Spannung, aufgeprägt. Die Messeinrichtung kann die aufgeprägte Spannung mit der zu messenden Spannung vergleichen. Bei diesem Vergleich kann beispielsweise erfasst werden, zu welchen Zeitpunkten die Referenzspannung die von der elektrischen Komponente bereitgestellte Spannung überschreitet. Zu diesem Zweck kann die Messeinrichtung beispielsweise einen Komparator umfassen. Das Ergebnis des Vergleichs wird in Form eines Vergleichssignals galvanisch getrennt an die Auswerteeinrichtung übergeben. Das Vergleichssignal kann in Form einer elektrischen Spannung bereitgestellt werden. Anhand des Vergleichssignals kann die Auswerteeinrichtung die von der elektrischen Komponenten bereitgestellte Spannung ermitteln. Damit kann die elektrische Spannung, die von der Komponente bereitgestellt wird, unabhängig von dem Potential der elektrischen Komponente erfasst werden.The electrical component may be a traction battery or a traction battery cell disposed in an electric vehicle. In particular, a direct electrical voltage is provided by the electrical component. With the generator device can be provided as a reference voltage, an AC voltage, in particular a sinusoidal AC voltage. The reference voltage is impressed galvanically separated via a transformer to the potential of the electrical component, so the voltage to be measured. The measuring device can compare the impressed voltage with the voltage to be measured. In this comparison, for example, it can be detected at which times the reference voltage exceeds the voltage provided by the electrical component. For this purpose, the measuring device may for example comprise a comparator. The result of the comparison is transferred in the form of a comparison signal galvanically separated to the evaluation device. The comparison signal can be provided in the form of an electrical voltage. Based on the comparison signal, the evaluation device can determine the voltage provided by the electrical components. Thus, the electrical voltage provided by the component can be detected independently of the potential of the electrical component.

Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung mit der Generatoreinrichtung gekoppelt und die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, die von der elektrischen Komponente bereitgestellte Spannung zusätzlich anhand der von der Generatoreinrichtung bereitgestellten Referenzspannung zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung kann gleichzeitig die sinusförmige Referenzspannung und das von der Messeinrichtung bereitgestellte Vergleichssignal empfangen. Damit kann die von der elektrischen Komponente bereitgestellte Spannung besonders zuverlässig erfasst werden.Preferably, the evaluation device is coupled to the generator device and the evaluation device is designed to additionally detect the voltage provided by the electrical component based on the reference voltage provided by the generator device. The evaluation device can simultaneously receive the sinusoidal reference voltage and the comparison signal provided by the measuring device. Thus, the voltage provided by the electrical component voltage can be detected particularly reliable.

Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die von der elektrischen Komponente bereitgestellte elektrische Spannung anhand eines Tastgrads des Vergleichssignals zu berechnen. Ist die Amplitude der von der Generatoreinrichtung bereitgestellten Referenzspannung sowie das Übersetzungsverhältnis der galvanisch getrennten Einkopplung in den Messkreis genau bekannt, kann durch die Auswerteeinrichtung anhand des Tastgrads des Vergleichssignals die von der elektrischen Komponente bereitgestellte Spannung berechnet werden.Preferably, the evaluation device is adapted to the electrical voltage provided by the electrical component based on a Duty cycles of the comparison signal to calculate. If the amplitude of the reference voltage provided by the generator device and the transmission ratio of the galvanically isolated coupling into the measuring circuit are exactly known, the evaluation device can calculate the voltage provided by the electrical component on the basis of the duty cycle of the comparison signal.

In einer Ausführungsform ist die Generatoreinrichtung mittels eines Transformators mit der Messeinrichtung gekoppelt. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinrichtung mittels eines Transformators mit der Messeinrichtung gekoppelt. Mit einem Transformator kann eine kostengünstige galvanische Trennung zwischen der Generatoreinrichtung und der Messeinrichtung sowie zwischen der Messeinrichtung und der Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden.In one embodiment, the generator device is coupled to the measuring device by means of a transformer. In a further refinement, the evaluation device is coupled to the measuring device by means of a transformer. With a transformer, a cost-effective electrical isolation between the generator device and the measuring device and between the measuring device and the evaluation device can be provided.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung mittels eines Optokopplers mit der Messeinrichtung gekoppelt. Mit einem Optokoppler kann eine besonders bauraumsparende galvanische Kopplung zwischen der Messeinrichtung und der Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden. Zudem kann mit dem Optokoppler ein digitales Ausgangssignal für die Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden.In an alternative embodiment, the evaluation device is coupled to the measuring device by means of an opto-coupler. With an optocoupler, a particularly space-saving galvanic coupling between the measuring device and the evaluation device can be provided. In addition, a digital output signal for the evaluation device can be provided with the optocoupler.

Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, die von der elektrischen Komponente bereitgestellte Spannung bei einer steigenden und/oder fallenden Flanke des von der Messeinrichtung bereitgestellten Vergleichssignals zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung erfasst gleichzeitig das sinusförmiges Referenzsignal sowie das von dem Komparator bereitgestellte Vergleichssignal. Die gemessene Spannung entspricht der des transformierten, sinusförmigen Referenzsignals zum Zeitpunkt des Flankenwechsels des Komparators. Zeitversätze können durch eine Auswertung der steigenden und der fallenden Flanke kompensiert werden.Preferably, the evaluation device is designed to detect the voltage provided by the electrical component at a rising and / or falling edge of the comparison signal provided by the measuring device. The evaluation device simultaneously detects the sinusoidal reference signal and the comparison signal provided by the comparator. The measured voltage corresponds to that of the transformed, sinusoidal reference signal at the time of the edge change of the comparator. Time offsets can be compensated by evaluating the rising and falling edges.

Bevorzugt umfasst die Auswerteeinrichtung einen Analog-Digital-Wandler. Die Genauigkeit der Messung ist dabei proportional zum Verhältnis der Umsetzrate des Analog-Digital-Wandlers zur Frequenz des eingekoppelten Signals. Somit kann die Messung bei verstellbarer Frequenz entweder auf Geschwindigkeit oder Messgenauigkeit optimiert werden.Preferably, the evaluation device comprises an analog-to-digital converter. The accuracy of the measurement is proportional to the ratio of the conversion rate of the analog-to-digital converter to the frequency of the injected signal. Thus, the adjustable frequency measurement can be optimized for either speed or measurement accuracy.

In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung zumindest eine zweite Messeinrichtung auf, die mit zumindest mit einer zweiten elektrischen Komponente gekoppelt ist, wobei die Auswerteeinrichtung mit der Messeinrichtung und der zumindest einen zweiten Messeinrichtung gekoppelt ist. Sollen mehrere verschiedene Spannungen gemessen werden, kann dies durch zusätzliche Messeinrichtungen bewerkstelligt werden. Die Auswerteeinrichtung kann dazu zusätzliche Digitalkanäle erfassen.In one embodiment, the device has at least one second measuring device, which is coupled to at least one second electrical component, wherein the evaluation device is coupled to the measuring device and the at least one second measuring device. If several different voltages are to be measured, this can be accomplished by additional measuring devices. The evaluation device can detect additional digital channels for this purpose.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere als Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Dabei kann die elektrische Komponente, von der die elektrische Spannung erfasst wird, eine Traktionsbatterie oder eine Zelle einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs sein.The motor vehicle according to the invention comprises the device according to the invention. The motor vehicle can be designed in particular as an electric vehicle. In this case, the electrical component, from which the electrical voltage is detected, be a traction battery or a cell of a traction battery of the motor vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente bereitgestellten elektrischen Spannung umfasst das Bereitstellen einer Referenzspannung mit einer Generatoreinrichtung, das Ermitteln eines Vergleichssignals anhand der mit der elektrischen Komponente bereitgestellten Spannung und der Referenzspannung mit einer Messeinrichtung und das Erfassen der von der elektrischen Komponente bereitgestellten Spannung anhand des Vergleichssignals mit einer Auswerteeinrichtung, wobei die Referenzspannung galvanisch getrennt an die Messeinrichtung übertragen wird und das Vergleichssignal galvanisch getrennt an die Auswerteeinrichtung übertragen wird.The method according to the invention for detecting an electrical voltage provided by an electrical component comprises providing a reference voltage with a generator device, determining a comparison signal based on the voltage provided with the electrical component and the reference voltage with a measuring device and detecting the voltage provided by the electrical component based on the comparison signal with an evaluation device, wherein the reference voltage is transmitted galvanically separated to the measuring device and the comparison signal is transmitted galvanically separated to the evaluation device.

Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden.The advantages and further developments described above in connection with the device according to the invention can be transferred to the motor vehicle according to the invention and to the method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Spannung einer elektrischen Komponente und 1 a schematic representation of a device for detecting an electrical voltage of an electrical component and

2 einen zeitlichen Verlauf der von der Komponente bereitgestellten Spannung und einer Referenzspannung einer Generatoreinrichtung. 2 a time profile of the voltage provided by the component and a reference voltage of a generator device.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 10, mit der eine von einer elektrischen Komponente 12 bereitgestellte elektrische Spannung Uk erfasst werden kann. Die elektrische Komponente 12 kann eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs oder eine Einzelzelle einer Traktionsbatterie sein. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Generatoreinrichtung 14, mit der eine Generatorspannung Ugen bereitgestellt wird. Die Generatorspannung Ugen ist eine Wechselspannung, insbesondere eine sinusförmige Wechselspannung. Mit der Generatoreinrichtung 14 kann die Frequenz f der Generatorspannung Ugen angepasst werden. Die Generatorspannung Ugen wird mittels eines Transformators 16 an eine Messeinrichtung 18 galvanisch getrennt übertragen. Dabei wird die Generatorspannung Ugen in Abhängigkeit von dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 16 in die Referenzspannung Uref gewandelt. 1 shows a schematic representation of a device 10 with which one of an electrical component 12 provided electrical voltage U k can be detected. The electrical component 12 may be a traction battery of an electric vehicle or a single cell of a traction battery. The device 10 includes a generator device 14 with which a generator voltage U gen is provided. The generator voltage U gen is an alternating voltage, in particular a sinusoidal alternating voltage. With the generating means 14 the frequency f of the generator voltage U gen can be adjusted. The generator voltage U gen is by means of a transformer 16 to a measuring device 18 transmitted galvanically isolated. In this case, the generator voltage U gen as a function of the transmission ratio of the transformer 16 converted into the reference voltage U ref .

Des Weiteren umfasst die Messeinrichtung 18 einen Komparator 20. Ein Eingang des Komparators 20 ist mit der elektrischen Komponente 12 und der andere Eingang des Komparators 20 ist mit der Referenzspannung Uref verbunden. Der Komparator 20 vergleicht die von der elektrischen Komponente 12 bereitgestellte elektrische Spannung Uk mit der Referenzspannung Uref. Anhand des Vergleichs der elektrischen Spannung Uk mit der Referenzspannung Uref generiert der Komparator 20 ein Vergleichssignal Uv in Form einer elektrischen Spannung. Das Vergleichssignal Uv wird an einen Optokoppler 22 übertragen. Über den Optokoppler 22 ist die Messeinrichtung 18 galvanisch getrennt mit einer Auswerteeinrichtung 24 gekoppelt. Die Auswerteeinrichtung 24 weist einen Analog-Digital-Wandler 26 auf. Dabei ist der Ausgang des Optokopplers 22 mit einem digitalen Eingang DI0 des Analog-Digital-Wandlers 26 verbunden. Zudem weist der Analog-Digital-Wandler 26 einen Mikrocontroller 28 auf, mit dem die mit dem Analog-Digital-Wandler 26 erfassten Signale weiterverarbeitet werden können. Des Weiteren weist der Analog-Digital-Wandler 26 einen analogen Eingang AI0 auf, der mit der Generatoreinrichtung 14 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 24 erfasst gleichzeitig die Generatorspannung Ugen und das Vergleichssignal Uv.Furthermore, the measuring device includes 18 a comparator 20 , An input of the comparator 20 is with the electrical component 12 and the other input of the comparator 20 is connected to the reference voltage U ref . The comparator 20 compares those of the electrical component 12 provided electrical voltage U k with the reference voltage U ref . Based on the comparison of the electrical voltage U k with the reference voltage U ref generates the comparator 20 a comparison signal U v in the form of an electrical voltage. The comparison signal U V is applied to an optocoupler 22 transfer. About the optocoupler 22 is the measuring device 18 galvanically isolated with an evaluation device 24 coupled. The evaluation device 24 has an analog-to-digital converter 26 on. Here is the output of the optocoupler 22 with a digital input DI 0 of the analog-to-digital converter 26 connected. In addition, the analog-to-digital converter has 26 a microcontroller 28 on top of that with the analog-to-digital converter 26 detected signals can be further processed. Furthermore, the analog-to-digital converter 26 an analog input AI 0 , with the generator device 14 connected is. The evaluation device 24 simultaneously detects the generator voltage U gen and the comparison signal U v .

Sollen mehrere verschiedene Spannungen gemessen werden, kann dies durch zusätzliche Messeinrichtungen 18 ermöglicht werden. Die Auswerteeinrichtung 24 muss dazu lediglich einen zusätzlichen Digitalkanal DIn aufweisen. Die galvanische Trennung am Ausgang des Komparators 20 kann auch über andere Bausteine, beispielsweise einen weiteren galvanisch getrennten Transformator, erfolgen. Die Verarbeitung des Digitalsignals muss dann dementsprechend angepasst werden.If several different voltages are to be measured, this can be achieved by additional measuring devices 18 be enabled. The evaluation device 24 this only has to have an additional digital channel DI n . The galvanic isolation at the output of the comparator 20 can also be done on other components, such as another galvanically isolated transformer. The processing of the digital signal must then be adjusted accordingly.

2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Generatorspannung Ugen, der Referenzspannung Uref, der elektrischen Spannung der Komponente 12 Uk und des Vergleichssignals Uv. Die generierte Wechselspannung Ugen wird mit einem Übersetzungsverhältnis zur Referenzspannung Spannung Uref transformiert. Der Komparator 20 vergleicht Uref mit der elektrischen Spannung der Komponente 12 Uk bzw. der Zellspannung der Traktionsbatterie. Am Ausgang des Optokopplers 22 wird ein Signal ausgegeben, wenn Uref über Uk liegt. Der Mikrocontroller 28 zeichnet den Spannungsverlauf der generierten Wechselspannung Ugen und das Ausgangssignal Uv des Optokopplers 22 synchron auf. Die generierte Spannung Ugen zum Zeitpunkt des Flankenwechsels wird ermittelt. Aus diesen beiden Spannungswerten kann nun durch Skalierung mit dem Übersetzungsverhältnis die Zellspannung errechnet werden. In erster Näherung kann der Mittelwert beider Spannungen verwendet werden, applikationsspezifisch können verschiedene Korrekturgrößen notwendig sein. 2 shows the time course of the generator voltage U gen , the reference voltage U ref , the electrical voltage of the component 12 U k and the comparison signal U v . The generated alternating voltage U gen is transformed with a transmission ratio to the reference voltage U ref . The comparator 20 compares U ref with the electrical voltage of the component 12 U k or the cell voltage of the traction battery. At the output of the optocoupler 22 a signal is output if U ref is above U k . The microcontroller 28 records the voltage curve of the generated AC voltage U gen and the output signal U v of the optocoupler 22 in sync. The generated voltage U gen at the time of the edge change is determined. From these two voltage values, the cell voltage can now be calculated by scaling with the transmission ratio. As a first approximation, the mean value of both voltages can be used; depending on the application, different correction quantities may be necessary.

Bei der Vorrichtung 10 liegt die Generatoreinrichtung 14 und die Auswerteeinrichtung 24 auf Kleinspannungsniveau. Die Messeinrichtung 18 liegt auf dem Potential der elektrischen Komponente 12. Damit können eine große Anzahl von elektrischen Spannungen von unterschiedlichen Komponenten 12, beispielsweise Einzelzellen einer Traktionsbatterie, gleichzeitig mit einem einkanaligen Analog-Digital-Wandler 26 gemessen werden. Pro zusätzlichem Messkanal ist lediglich ein zusätzlicher digitaler Eingang DIn nötig. Die notwendigen spannungsfesten Bauteile werden in großer Stückzahl hergestellt und sind daher preisgünstig verfügbar.In the device 10 is the generator device 14 and the evaluation device 24 at low voltage level. The measuring device 18 lies at the potential of the electrical component 12 , This allows a large number of electrical voltages from different components 12 , For example, single cells of a traction battery, simultaneously with a single-channel analog-to-digital converter 26 be measured. For each additional measuring channel, only one additional digital input DI n is necessary. The necessary voltage-resistant components are produced in large quantities and are therefore available at low cost.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Vorrichtungcontraption
1212
Komponentecomponent
1414
Generatoreinrichtunggenerating means
1616
Transformatortransformer
1818
Messeinrichtungmeasuring device
2020
Komparatorcomparator
2222
Optokoppleroptocoupler
2424
Auswerteeinrichtungevaluation
2626
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
2828
Mikrocontrollermicrocontroller
AI0 AI 0
Eingangentrance
DI0 DI 0
Eingangentrance
DIn DI n
Eingangentrance
ff
Frequenzfrequency
Ugen U gen
Generatorspannunggenerator voltage
Uk U k
Spannungtension
Uref U ref
Referenzspannungreference voltage
Uv U v
Vergleichssignalcomparison signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1222087 B1 [0004] EP 1222087 B1 [0004]

Claims (10)

Vorrichtung (10) zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente (12) bereitgestellten elektrischen Spannung (Uk) mit – einem Generatoreinrichtung (14) zum Bereitstellen einer Referenzspannung (Uref), – einer Messeinrichtung (18), die mit der Generatoreinrichtung (14) und der elektrischen Komponente (12) gekoppelt ist, zum Ermitteln eines Vergleichssignals (Uv) anhand der mit der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) und der Referenzspannung (Uref) und – einer Auswerteeinrichtung (24), die mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt ist, zum Erfassen der von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) anhand des Vergleichssignals (Uv), dadurch gekennzeichnet, dass – die Generatoreinrichtung (14) und die Auswerteeinrichtung (24) galvanisch getrennt mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt sind.Contraption ( 10 ) for detecting one of an electrical component ( 12 ) provided electrical voltage (U k ) with - a generator device ( 14 ) for providing a reference voltage (U ref ), - a measuring device ( 18 ) connected to the generator device ( 14 ) and the electrical component ( 12 ) for determining a comparison signal (U v ) on the basis of the with the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) and the reference voltage (U ref ) and - an evaluation device ( 24 ) connected to the measuring device ( 18 ) for detecting the of the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) based on the comparison signal (U v ), characterized in that - the generator device ( 14 ) and the evaluation device ( 24 ) galvanically isolated with the measuring device ( 18 ) are coupled. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) mit der Generatoreinrichtung (14) gekoppelt ist und dass die Auswerteeinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellte Spannung (Uk) zusätzlich anhand der von der Generatoreinrichtung (14) bereitgestellten Referenzspannung (Uref) zu erfassen.Contraption ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the evaluation device ( 24 ) with the generator device ( 14 ) and that the evaluation device ( 24 ) is adapted to that of the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) additionally on the basis of the generator device ( 14 ) to detect reference voltage (U ref ) provided. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellte elektrische Spannung (Uk) anhand eines Tastgrads des Vergleichssignals (Uv) zu berechnen.Contraption ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation device ( 24 ) is adapted to that of the electrical component ( 12 ) to provide electrical voltage (U k ) provided based on a duty cycle of the comparison signal (U v ). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinrichtung (14) mittels eines Transformators (16) mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt ist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the generator device ( 14 ) by means of a transformer ( 16 ) with the measuring device ( 18 ) is coupled. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) mittels eines Transformators mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt ist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 24 ) by means of a transformer with the measuring device ( 18 ) is coupled. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) mittels eines Optokopplers (22) mit der Messeinrichtung (18) gekoppelt ist.Contraption ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation device ( 24 ) by means of an optocoupler ( 22 ) with the measuring device ( 18 ) is coupled. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (24) dazu ausgebildet ist, die von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellte Spannung (Uk) bei einer steigenden und/oder fallenden Flanke des von der Messeinrichtung (18) bereitgestellten Vergleichssignals (Uv) zu erfassen.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 24 ) is adapted to that of the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) at a rising and / or falling edge of the of the measuring device ( 18 ) to be provided comparison signal (U v ). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zumindest eine zweite Messeinrichtung aufweist, die mit zumindest mit einer zweiten elektrischen Komponente gekoppelt ist und dass die Auswerteeinrichtung (24) mit der Messeinrichtung (18) und der zumindest einen zweiten Messeinrichtung gekoppelt ist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 10 ) has at least one second measuring device, which is coupled to at least a second electrical component and that the evaluation device ( 24 ) with the measuring device ( 18 ) and the at least one second measuring device is coupled. Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüch 1 bis 8.Motor vehicle with a device ( 10 ) according to one of claims 1 to 8. Verfahren zum Erfassen einer von einer elektrischen Komponente (12) bereitgestellten elektrischen Spannung (Uk) durch – Bereitstellen einer Referenzspannung (Uref) mit einer Generatoreinrichtung (14), – Ermitteln eines Vergleichssignals (Uv) anhand der mit der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) und der Referenzspannung (Uref) mit einer Messeinrichtung (18) und – Erfassen der von der elektrischen Komponente (12) bereitgestellten Spannung (Uk) anhand des Vergleichssignals (Uv) mit einer Auswerteeinrichtung (24), dadurch gekennzeichnet, dass – die Referenzspannung (Uref) galvanisch getrennt an die Messeinrichtung (18) übertragen wird und dass das Vergleichssignal (Uv) galvanisch getrennt an die Auswerteeinrichtung (24) übertragen wird.Method for detecting one of an electrical component ( 12 ) provided electrical voltage (U k ) by - providing a reference voltage (U ref ) with a generator device ( 14 ), - determining a comparison signal (U v ) on the basis of the with the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) and the reference voltage (U ref ) with a measuring device ( 18 ) and - detecting the of the electrical component ( 12 ) provided voltage (U k ) based on the comparison signal (U v ) with an evaluation device ( 24 ), characterized in that - the reference voltage (U ref ) is electrically isolated from the measuring device ( 18 ) is transmitted and that the comparison signal (U v ) galvanically isolated to the evaluation device ( 24 ) is transmitted.
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EP1222087B1 (en) 1999-10-18 2006-03-29 NuCellSys GmbH Method and arrangement for controlling a circuit connection between the electric outputs of a fuel cell and an isolated electric network

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