CN111180808A - 用于在机动车的车载电网上使用的电池组系统 - Google Patents

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Abstract

用于在机动车的车载电网上使用的电池组系统。本发明涉及一种用于在机动车的车载电网（50）上使用的电池组系统（10），该电池组系统包括负极（21）、正极（22）、电池组模块（5）和开关单元（60），该开关单元具有至少一个可操控的开关和用于测量流经所述电池组系统（10）的电池组电流（IB）的电流传感器（65）。该开关单元（60）能在安全模式下运行，在该安全模式下，该至少一个开关和该电流传感器（65）共同起作用，使得当电池组电流（IB）超过预先给定的极限值时，电池组电流（IB）被限制到预先给定的最大值或者被中断预先给定的最大时间段，而且因此阻止了对机动车的起动。

Description

用于在机动车的车载电网上使用的电池组系统
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车的车载电网上使用的电池组系统，该电池组系统包括负极、正极、电池组模块和开关单元，该开关单元具有至少一个可操控的开关和用于测量流经该电池组系统的电池组电流的电流传感器。
背景技术
传统的机动车具有通常包括内燃机的驱动装置。传统的机动车还包括：电池组系统，用于给在机动车的车载电网上的起动器和其它耗电器供应电能；以及发电机，用于给电池组系统供电。这种电池组系统包括至少一个电池组模块和开关单元，借助于该开关单元可以将电池组模块接通以及切断。在此，电池组模块具有多个电池组电池、例如具有锂离子电池的电池组电池。还设置一种用于控制和监视电池组模块的电池组电池的管理系统。
尤其是价值高的机动车相对频繁地被偷盗。因而，现代机动车常常装备有防盗设备，这些防盗设备应该阻止对车辆的偷盗或者至少使对车辆的偷盗变得困难。也公知用于加装在机动车中的防盗设备。
文件EP 0 161 365 A2公开了一种用于车辆的防盗设备，该防盗设备具有开关，借助于该开关能将电池组与车辆分开。尤其是当流经电池组线缆的电流超过预先给定的极限值时，将电池组与车辆分开。在此，预先给定的极限值对应于起动器的刚好不足以起动车辆的起动电流需求。防盗设备能借助于远程控制来激活和停用。
文件DE 10 2016 223 734 A1公开了一种具有液压制动设备的车辆，其中制动设备被纳入到防盗系统内。在此，在启用运行状态下，制动设备断开，而且车辆的车轮的运动是可能的。在阻塞运行状态下，制动设备闭锁，而且车轮的运动被阻止。为了控制状态，设置控制单元。借助于例如是蓝牙单元的认证单元，可以借助于相对应的无线电信号来取消制动设备的阻塞。尤其是当车辆在预先给定的时间段、例如10分钟内不曾被移动时，防盗系统自动地被激活。
文件DE 10 2011 013 182 A1公开了一种用于电动车辆的安全电池组。在此，电池组的电池组电池成组地互连。电池组电池的组通过多个可切换的隔离元件来彼此连接。借助于控制命令可以将这些电池组电池的组彼此分开。借助于相对应的无线电信号可以使牵引电池组停止运行。因此，机动车（Kfz）驱动停止。这样形成的防盗设备可以借助于无线通信设备、例如手机尤其是基于蓝牙来激活以及停用。
通过使用，还公知用于机动车的如下防盗设备，所述防盗设备借助于开关将电池组与机动车的车载电网分开。这种防盗设备能通过无线电信号、例如移动电话的无线电信号来激活以及停用。
发明内容
提出了一种用于在机动车的车载电网上使用的电池组系统。该电池组系统包括负极、正极和电池组模块。电池组模块具有多个电池组电池，这些电池组电池在电池组模块之内不仅可以彼此串联而且可以彼此并联。该电池组模块还包括负接线端子和正接线端子。由电池组模块的电池组电池提供的电压附在负接线端子与正接线端子之间。在电池组系统的正常运行时，由电池组模块提供的电压也附在负极与正极之间，作为输出电压。
该电池组系统还包括开关单元，该开关单元具有至少一个可操控的开关和用于测量流经该电池组系统的电池组电流的电流传感器。该开关例如是半导体开关、尤其是MOSFET晶体管。但是，该开关例如也可以是可操控的继电器。在此，电池组电流尤其是流经电池组系统的负极和/或流经电池组系统的正极。
按照本发明，开关单元能在安全模式下运行，在该安全模式下，该至少一个开关和该电流传感器共同起作用，使得当电池组电流超过预先给定的极限值时，电池组电流被限制到预先给定的最大值，或者电池组电流被中断预先给定的最大时间段。
如果开关单元在安全模式下运行，则对机动车的偷盗显著变得困难。尤其是阻止了借助于机动车的起动器对机动车的内燃机的起动。开关单元也能在行驶模式下运行，在该行驶模式下，机动车的内燃机可以借助于起动器来起动。
预先给定的极限值低于机动车的起动器为了起动内燃机所需的起动电流。预先给定的极限值例如在400A与700A之间的量级下。
优选地，一旦电流传感器测量到超过预先给定的极限值的电池组电流，该电池组电流就立即、即没有延迟地被限制或中断。但是，也可设想的是：当电流传感器在例如50ms或者100ms的时间期间测量到超过预先给定的极限值的电池组电流时，才限制或中断该电池组电流。
预先给定的最大值对应于如下电流，该电流低于机动车的起动器为了起动内燃机所需的起动电流。因此，通过将电池组电流限制到最大值，阻止了通过起动器对内燃机的起动。
对电池组电流的短暂的中断可以通过短暂地切断车载电网上的由电池组系统提供的输出电压来实现。在此，预先给定的最大时间段优选地少于如下时间，在该时间期间，其它连接到机动车的车载电网上的耗电器、例如控制设备可以在没有外部电压供应的情况下保持接通。因此，所提及的耗电器并没有由于对电池组电流的短暂的中断而被关断。
按照本发明的一个有利的设计方案，开关单元具有第一开关，当第一开关闭合时，电池组电流流经该第一开关。第一开关能被操控为使得电池组电流被中断预先给定的小于或等于最大时间段的时长，其方式是将第一开关断开。如果第一开关断开，则输出电压也切断。
在预先给定的时长之后，第一开关优选地重新闭合，以便重新保证对其它耗电器、例如控制设备的电压供应。也可设想的是：时控地运行第一开关。这意味着：第一开关在预先给定的小于或等于最大时间段的时长之内多次断开和闭合。
按照本发明的另一有利的设计方案，开关单元具有第二开关，该第二开关与限流电阻电并联。该开关单元被设计为使得电池组电流在第二开关断开时流经限流电阻。在此，电池组电流在限流电阻上产生电压降。由此，电池组系统的输出电压降低，而且由此电池组电流被限制。
按照本发明的另一有利的设计方案，开关单元具有第三开关，该第三开关与加热电阻电串联。加热电阻尤其用于在温度低时给电池组模块的电池组电池加热。开关单元被设计为使得在第三开关闭合时有加热电流流经加热电阻。在此，加热电流在加热电阻上以及在电池组模块的内阻上产生电压降。由此，电池组系统的输出电压降低，而且由此电池组电流被限制。
按照本发明的一个有利的扩展方案，该电池组系统包括辅助极，该辅助极在绕开开关单元的情况下与电池组模块电连接。那么，在机动车中使用时，电池组系统的正极优选地与起动器电连接，而辅助极与其余的被连接的耗电器、例如控制设备电连接。在这种情况下，借助于开关单元对电池组电流的中断或限制对其余的被连接的耗电器、例如控制设备的电压供应的影响减小。
按照本发明的一个有利的扩展方案，该电池组系统包括至少一个其它的开关。借助于该至少一个其它的开关，能将电池组模块的各个电池组电池切断。如果例如在电池组模块之内的电池组电池串联，则可以利用该至少一个其它的开关来跨接和绕开各个电池组电池。由此，由电池组模块提供的电压以及电池组系统的输出电压相对应地降低。由此，能由电池组模块提供的电流降低到对于经由起动器来起动车辆来说所需的极限值之下。
有利地，该开关单元具有控制单元，借助于该控制单元能将该开关单元切换到安全模式以及行驶模式下，在该行驶模式下，可以借助于起动器来起动机动车的内燃机。在行驶模式下，尤其是当电池组电流超过预先给定的极限值时，不设置对电池组电流的限制以及中断。为此，控制单元例如包括微控制器。
优选地，该开关单元具有通信单元。通过通信单元，能接收至少一个用于将开关单元切换到安全模式以及行驶模式下的控制信号，并且能将该至少一个控制信号传输到控制单元。
通信单元优选地实施为无线的无线电接口，例如WLAN或者蓝牙。有利地，该至少一个用于对开关单元进行切换的控制信号在此可以由移动电话发送。
按照本发明的一个可能的设计方案，当通信单元接收到控制信号时而且只要通信单元接收到控制信号，控制单元就将开关单元切换到行驶模式下。如果通信单元在预先给定的时间间隔内没有接收到相对应的控制信号，则控制单元将开关单元切换到安全模式下。例如，机动车的所有者的移动电话每隔一段时间间隔就发送控制信号。如果携带移动电话的所有者在机动车附近，则通信单元接收到控制信号并且开关单元被切换到行驶模式下。如果所有者携带着移动电话远离机动车，则通信单元不再接收到控制信号，而且开关单元自动地被切换到安全模式下。
按照本发明的电池组系统有利地在机动车、尤其是具有内燃机的机动车的车载电网上得以应用。但是，也包括其它应用，例如在通过电池组系统来起动内燃机的其它机动车、诸如混合动力车辆、插电式混合动力车辆的车载电网上的应用。
本发明的优点
按照本发明的在机动车中的电池组系统允许使对机动车的偷盗显著变得困难。通过对电池组电流的所提及的限制和/或中断，可靠地阻止通过机动车的起动器对机动车的内燃机的起动。在此，按照本发明的在机动车中的电池组系统附加地允许：其它连接到机动车的车载电网上的耗电器、例如控制设备可以保持接通。因此，所提及的耗电器并没有由于对电池组电流的所提及的限制和/或中断而被关断。因此，可以满足汽车工业的主要标准，尤其是按照ISO 26262的ASIL要求。在此，按照本发明的电池组系统例如可以借助于移动电话特别舒适地由机动车的用户来操作。附加地，按照本发明的电池组系统例如可以借助于移动电话也自动地被切换到安全模式（在该安全模式下激活防盗）以及行驶模式（在该行驶模式下停用防盗）下。
附图说明
本发明的实施方式依据附图和随后的描述进一步予以阐述。
其中：
图1示出了在机动车的车载电网上的电池组系统的示意图；
图2示出了按照第一实施方式的开关单元的示意图；
图3示出了按照第二实施方式的开关单元的示意图；
图4示出了按照第三实施方式的开关单元的示意图；
图5示出了在机动车的车载电网上的按照一个替选的实施方式的电池组系统的示意图；而
图6示出了用于运行在机动车的车载电网上的电池组系统的方法的示意图。
具体实施方式
在随后对本发明的实施方式的描述中，相同或者类似的要素用相同的附图标记来表示，其中在个别情况下省去了对这些要素的重复的描述。这些附图只是示意性地呈现本发明的主题。
图1示出了在这里未示出的机动车的车载电网50上的电池组系统10的示意图。在该上下文中，在机动车中的通电的供电线路被称作车载电网50。在当前情况下，车载电网50相对于机动车中的接地线55具有为12伏特的额定电压。车载电网50也可具有其它额定电压，例如24伏特或48伏特。尤其是，这里未示出的用于起动机动车的内燃机的起动器连接到车载电网50上。
电池组系统10包括正极22，该正极与车载电网50连接。电池组系统10也包括负极21，该负极与接地线55连接。电池组系统10包括电池组模块5，该电池组模块具有多个电池组电池，这些电池组电池例如实施为锂离子电池。这些电池组电池例如串联并且提供例如为12伏特的额定电压。电池组模块5包括负接线端子11和正接线端子12。由所提及的电池组电池提供的为12伏特的额定电压附在电池组模块5的接线端子11、12之间。
电池组模块5布置在外壳24中。负极21和正极22从外壳24中伸出。负接线端子11与负极21电连接。在正常运行时，如果正接线端子12与正极22电连接，则由电池组模块5的电池组电池提供的为12伏特的额定电压同样附在极21、22之间，作为输出电压。
电池组系统10还包括开关单元60。开关单元60具有第一连接端31，该第一连接端与正接线端子12电连接。开关单元60也具有第二连接端32，该第二连接端与正极22电连接。在当前情况下，开关单元60同样处在外壳24内。在正常运行时，由电池组模块5提供的例如为12伏特的额定电压附在第一连接端31上。
开关单元60包括用于测量流经电池组系统10的电池组电流IB的电流传感器65。在此，电池组电流IB尤其是流经电池组系统10的负极21和/或流经电池组系统10的正极22。
开关单元60包括控制单元66，借助于该控制单元能将开关单元60切换到安全模式以及行驶模式下。为此，控制单元66例如包括微控制器。在行驶模式下，可以借助于起动器来起动机动车的内燃机。在安全模式下，阻止借助于起动器对内燃机的起动。
开关单元60包括通信单元69。在当前情况下，通信单元69实施为无线的无线电接口，例如WLAN或者蓝牙。通过通信单元69，能接收至少一个用于将开关单元60切换到安全模式以及行驶模式下的控制信号，并且能将该至少一个控制信号传输到控制单元66。
图2示出了按照第一实施方式的开关单元60的示意图。开关单元60具有第一开关61，该第一开关与第一连接端31以及与第二连接端32电连接。如果第一开关61闭合，则电池组电流IB流经第一开关61。如果第一开关61断开，则在正极22与正接线端子12之间的电连接中断，而且借此输出电压被切断。
图3示出了按照第二实施方式的开关单元60的示意图。开关单元60具有第二开关62和限流电阻67。第二开关62与第一连接端31以及与第二连接端32电连接。限流电阻67与第二开关62电并联。如果第二开关62闭合，则电池组电流IB流经第二开关62。如果第二开关62断开，则电池组电流IB流经限流电阻67并且在此在限流电阻67上产生电压降。由此，电池组系统10的输出电压降低。
图4示出了按照第三实施方式的开关单元60的示意图。第一连接端31借助于连接线与第二连接端32直接电连接。开关单元60具有第三开关63和加热电阻68。第三开关63与连接线电连接并且与加热电阻68串联。加热电阻68通过这里未示出的负极21接地并且尤其是用于在温度低时给电池组模块5的电池组电池加热。
如果第三开关63闭合，则加热电流IH流经第三开关63并且流经加热电阻68。在此，加热电流IH在加热电阻68上以及在电池组模块5的这里未示出的内阻上产生电压降。由此，电池组系统10的输出电压降低。
图5示出了在机动车的车载电网50上的按照一个替选的实施方式的电池组系统10的示意图。按照该替选的实施方式的电池组系统10与在图1中示出的电池组系统10尽可能相同地来构造。在下文探讨区别。
按照该替选的实施方式的电池组系统10包括辅助极23，该辅助极从外壳24中伸出。辅助极23与正接线端子12电连接。因此，辅助极23在绕开开关单元60的情况下与电池组模块5电连接。在正常运行时，由电池组模块5的电池组电池提供的例如为12伏特的额定电压同样附在辅助极23与负极21之间。在机动车中，正极22与起动器电连接。辅助极23与其余的被连接的耗电器、例如控制设备电连接。
图6示出了用于运行在机动车的车载电网50上的电池组系统10的方法的示意图。在初始步骤101，机动车停下并且内燃机在此被关断。
紧接着，在接下来的步骤102检查：开关单元60是否被切换到行驶模式下，在该行驶模式下，机动车的内燃机可以借助于起动器来起动；或者开关单元60是否被切换到安全模式下，在该安全模式下，阻止借助于起动器对内燃机的起动。如果开关单元60被切换到行驶模式下，则该方法在最终步骤110结束。
如果开关单元60被切换到安全模式下，则在接下来的步骤103，借助于电流传感器65来测量和监视电池组电流IB。如果电池组电流IB低于预先给定的极限值或者等于预先给定的极限值，则该方法在另一最终步骤110结束。
如果电池组电流IB超过预先给定的极限值，则在接下来的步骤104，电池组电流IB被限制到预先给定的最大值或者被中断预先给定的最大时间段。由此，阻止了借助于起动器对机动车的内燃机的起动。
在接下来的步骤105，机动车的所有者被告知：已经尝试了借助于起动器来起动机动车的内燃机，而开关单元60被切换到了安全模式下。所提及的信息例如由电池组系统10的通信单元69发送到机动车的所有者的移动电话。所提及的信息也可以在机动车的驾驶舱被显示。
本发明并不限于这里描述的实施例以及其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求书所说明的保护范围内，多个变型方案都是可能的，所述变型方案都在本领域技术人员的处理范围内。

Claims (10)

1.用于在机动车的车载电网（50）上使用的电池组系统（10），所述电池组系统包括：
负极（21）、正极（22）、电池组模块（5）和开关单元（60），所述开关单元具有至少一个可操控的开关（61、62、63）和用于测量流经所述电池组系统（10）的电池组电流（IB）的电流传感器（65），
其特征在于，
所述开关单元（60）能在安全模式下运行，在所述安全模式下，所述至少一个开关（61、62、63）和所述电流传感器（65）共同起作用，使得
当所述电池组电流（IB）超过预先给定的极限值时，所述电池组电流（IB）
被限制到预先给定的最大值或者
被中断预先给定的最大时间段。
2.根据权利要求1所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述开关单元（60）具有第一开关（61），所述电池组电流（IB）流经所述第一开关，而且所述第一开关能被操控为使得
所述电池组电流（IB）被中断预先给定的小于或等于所述最大时间段的时长。
3.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述开关单元（60）具有第二开关（62），所述第二开关与限流电阻（67）电并联，使得所述电池组电流（IB）在所述第二开关（62）断开时流经所述限流电阻（67）。
4.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述开关单元（60）具有第三开关（63），所述第三开关与加热电阻（68）电串联，使得在所述第三开关（63）闭合时有加热电流（IH）流经所述加热电阻（68）。
5.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述电池组系统（10）包括辅助极（23），所述辅助极在绕开所述开关单元（60）的情况下与所述电池组模块（5）电连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述开关单元（60）具有控制单元（66），借助于所述控制单元能将所述开关单元（60）切换到安全模式以及行驶模式下，在所述行驶模式下，
当所述电池组电流（IB）超过所述预先给定的极限值时，不设置对所述电池组电流（IB）的限制以及中断。
7.根据权利要求6所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述开关单元（60）具有通信单元（69），通过所述通信单元，能接收至少一个用于将所述开关单元（60）切换到所述安全模式以及所述行驶模式下的控制信号，并且能将所述至少一个控制信号传输到所述控制单元（66）。
8.根据权利要求7所述的电池组系统（10），其特征在于，
所述通信单元（69）实施为无线的无线电接口。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的电池组系统（10），其特征在于，
如果所述通信单元（69）接收到控制信号，则所述控制单元（66）将所述开关单元（60）切换到所述行驶模式下；而且如果所述通信单元（69）在预先给定的时间间隔内没有接收到控制信号，则所述控制单元（66）将所述开关单元（60）切换到所述安全模式下。
10.根据上述权利要求中任一项所述的电池组系统（10）在机动车、尤其是具有内燃机的机动车的车载电网（50）上的应用。
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