DE102009035472A1 - Apparatus for reading-out charge state of lithium-ion battery of e.g. electric vehicle, in non-connected state, has transponder arranged in area of battery for wireless transmission of detected charge state to reading device - Google Patents
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Abstract
Description
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auslesen des Ladezustands
einer Batterie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten
Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auslesen des
Ladezustands einer Batterie nach der im Oberbegriff von Anspruch
12 näher
definierten Art.The
The invention relates to a device for reading the state of charge
a battery according to the closer defined in the preamble of
Batterien, und hier insbesondere Hochleistungsbatterien auf der Basis von Nickel-Metallhydrid oder Lithium-Ionen-Technologie sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Derartige Hochleistungsbatterien mit einer hohen Leistungsfähigkeit werden typischerweise in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen oder Brennstoffzellenfahrzeugen eingesetzt. Die Batterie dient dabei der (Zwischen-)Speicherung und Bereitstellung von Traktionsenergie für den Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs. Die Batterien werden dabei entsprechend geladen und entladen, was typischerweise über eine elektronische Steuerung des Fahrzeugs beziehungsweise des Antriebsstrangs und/oder ein elektronisches Batteriemanagementsystem erfolgt. Insbesondere das Batteriemanagementsystem ist dabei häufig in die Batterie beziehungsweise das Gehäuse der Batterie integriert ausgebildet. Da bei derartigen Batterien die Lebensdauer unter anderem durch Tiefentladung der Batterie nachhaltig verkürzt werden kann, ist es über die Ansteuerung beziehungsweise das Batteriemanagementsystem im Allgemeinen vorgesehen, dass eine derartige Tiefentladung der Batterie in dem System, in dem diese elektrisch angeschlossen ist, vermieden wird.batteries, and in particular high-performance batteries based on nickel-metal hydride or Lithium-ion technology are of the general state of the art known. Such high-performance batteries with a high performance are typically in electric vehicles, hybrid vehicles or fuel cell vehicles used. The battery is used for (intermediate) storage and providing traction energy for driving the respective one Vehicle. The batteries are charged and discharged accordingly, which typically over an electronic control of the vehicle or the drive train and / or an electronic battery management system. Especially The battery management system is often in the battery or the housing the battery is integrated. As with such batteries the life, inter alia, by deep discharge of the battery sustainable shortened it can be over the control or the battery management system in Generally provided that such a deep discharge of the battery in the system in which it is electrically connected, is avoided.
Diese Batterien sind aufgrund ihrer Herstellung und der verwendeten Materialien vergleichsweise teuer und stellen einen Großteil der Investition in den Antriebsstrang eines derartigen Fahrzeugs dar. Daher wäre es wünschenswert, eine derartige Vermeidung von Tiefentladungen, welche die Lebensdauer der Batterie nachteilig beeinflussen, nicht nur im eingebauten Zustand der Batterie zu verhindern, sondern auch bevor die Batterie entsprechend eingebaut wird, um beispielsweise ein Fahrzeug nicht bereits mit einer vorgeschädigten Batterie auszuliefern.These Batteries are due to their manufacture and the materials used comparatively expensive and make up a large part of the investment in the Powertrain of such a vehicle. Therefore, it would be desirable such avoidance of deep discharge, which the life the battery adversely affect, not only when installed prevent the battery, but also before the battery accordingly is built in, for example, a vehicle not already with a previously damaged Battery to be delivered.
Insbesondere beim Transport und der Lagerung einer Batterie zwischen der Produktion und dem Einbau der Batterie, beispielsweise in ein Fahrzeug, kann es durch Selbstentladung oder durch einen geringfügigen Leistungsbedarf eines in der Batterie eventuell vorhandenen Batteriemanagementsystems zu einer unerwünschten Entladung kommen. Sobald diese Entladung in den Bereich einer Tiefentladung geht, wäre die Batterie entsprechend vorgeschädigt, was dieser Batterie jedoch nicht anzusehen ist.Especially during transport and storage of a battery between production and the installation of the battery, for example, in a vehicle can it by self-discharge or by a small power requirement a battery management system that may be present in the battery an undesirable Discharge come. Once this discharge goes into the area of a deep discharge, that would be Battery accordingly pre-damaged, what However, this battery is not to be considered.
Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Auslesen des Ladezustands einer Batterie in einem nicht angeschlossenen Zustand zu schaffen, welche es ermöglichen den Ladezustand einer Batterie, beispielsweise auf ihrem Weg von der Herstellung zum Einbau und/oder während sie ausgebaut ist, entsprechend zu überwachen.It is therefore the object of the present invention, a device and a method of reading the state of charge of a battery in to create an unconnected state, which make it possible the state of charge of a battery, for example, on its way from the manufacture for installation and / or while it is removed, accordingly to monitor.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 genannten
Merkmale gelöst.According to the invention this
Task by the mentioned in the characterizing part of
Die Batterie weist neben einer Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands, welche beispielsweise in einem Batteriemanagementsystem integriert sein kann, gemäß der Erfindung im Bereich der Batterie eine Einrichtung zur kabellosen Übermittlung des erfassten Ladezustands an ein Lesegerät auf. Dieser Aufbau erlaubt es somit, beispielsweise durch eine Art „Scanner” von außerhalb der Batterie beziehungsweise außerhalb einer Verpackung der Batterie festzustellen, ob diese Batterie noch einen ausreichenden Ladezustand aufweist.The Battery has next to a device for detecting the state of charge, which, for example, be integrated in a battery management system can, according to the invention in the area of the battery a device for the wireless transmission of the detected state of charge to a reader. This structure allows It thus, for example, by a kind of "scanner" from outside the battery or outside a packaging of the battery to determine whether this battery is still has a sufficient state of charge.
Typischerweise werden derartige Batterien nach der Herstellung bis zu einem gewissen Grad geladen. Aufgrund der unvermeidbaren Selbstentladung kommt es während des Transports und/oder der Lagerung zu einer Entladung. Bei entsprechend langen Lagerzeiten, gegebenenfalls auch beschleunigt durch ungünstige Lagerbedingungen, wie beispielsweise hohe Luftfeuchte oder dergleichen, kann die in der Batterie befindliche Ladung bereits nach einigen Tagen oder Wochen so weit abgebaut sein, dass eine Tiefentladung der Batterie vorliegt. Eine solche Tiefentladung würde die zu erwartende Lebensdauer der betroffenen Batterie dann nachhaltig schädigen.typically, Such batteries are produced to some extent after manufacture Degree charged. Due to the inevitable self-discharge comes it while transport and / or storage to a discharge. With correspondingly long Storage times, possibly also accelerated by unfavorable storage conditions, such as high humidity or the like, the in the battery is already after a few days or Weeks be degraded so far that a deep discharge of the battery is present. Such a deep discharge would have the expected life then sustainably damage the affected battery.
Über die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher zu jedem beliebigen Zeitpunkt berührungslos der Ladezustand der Batterie ausgelesen werden. Dies hat den Vorteil, dass es schnell und einfach erfolgt, und dass eventuelle Stecker, Anschlussbuchsen und dergleichen bis zum endgültigen Einbau unbeschädigt und versiegelt bleiben können. Nur wenn über die Erfassung des Ladezustands bekannt wird, dass der Batterie eine schädigende Tiefentladung droht, wird die Batterie nachgeladen werden. Lediglich in solchen Fällen ist dann ein Auspacken und elektrisches Anschließen der Batterie an ein Ladegerät notwenig.About the inventive device can Therefore, at any time contactless the state of charge of Battery to be read out. This has the advantage of being fast and just done, and that any plugs, sockets and the like until the final Installation undamaged and can stay sealed. Only if over the detection of the state of charge is known that the battery a damaging Deep discharge threatens, the battery will be recharged. Only in such cases is then a unpacking and electrical connection of the battery to a charger necessary.
Alternativ dazu wäre es auch denkbar, in einer Produktion den Einbau derartiger Batterien, welche bereits weit entladen sind und welchen aufgrund der Selbstentladung in absehbarer Zeit eine Tiefentladung droht, gegenüber anderen Batterien, welche einen höheren Ladezustand aufweisen, entsprechend vorzuziehen. Dann kann die Ladung nach dem Einbau, beispielsweise in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, dort erfolgen, sodass keine eigenständige Erhaltungsladung notwendig ist. Somit kann ohne zusätzlichen Aufwand, mit lediglich einer kleinen logistischen Anpassung des Fertigungsflusses, eine schädliche Tiefentladung vermieden werden.Alternatively, it would also be conceivable in a production, the installation of such batteries, which are already far discharged and which threatens due to the self-discharge in the foreseeable future deep discharge, compared to other batteries, which have a higher state of charge, to prefer accordingly. Then the charge after installation, for example in the drive train of a Vehicle, done there, so no independent trickle charge is necessary. Thus, without additional effort, with only a small logistic adjustment of the production flow, a harmful deep discharge can be avoided.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann selbstverständlich auch eingesetzt werden, wenn eine derartige Batterie beispielsweise zu länger andauernden Wartungszwecken an dem Fahrzeug ausgebaut wird, da sie dort im Weg ist oder während der Wartung nicht benötigt wird. Auch eine solche Batterie, welche dann typischerweise im nicht angeschlossenen Zustand gelagert wird, könnte von Zeit zu Zeit mit einem entsprechenden Lesegerät hinsichtlich ihres Ladezustands überwacht werden, sodass auch hier eine Nachladung erfolgen kann, bevor durch die Selbstentladung eine Tiefentladung auftritt.The inventive device of course also be used when such a battery, for example too long ongoing maintenance on the vehicle is removed as they there in the way or while Maintenance not needed becomes. Even such a battery, which then typically not stored condition could be from time to time with a corresponding reader monitored for their state of charge so that a recharge can take place here before the self-discharge occurs a deep discharge.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ebenso eingesetzt werden, falls entsprechende Batteriewechselstationen aufgebaut werden, in denen Autofahrer ihre leere Batterie gegen eine entsprechend volle Batterie austauschen können. Automatisch oder durch geeignetes Personal im Bereich der Wechselstation kann dann der Ladezustand der jeweiligen Batterie ausgelesen werden, sodass keine tiefentladenen Batterien, welche eine nachhaltige Schädigung ihrer Lebensdauer erfahren haben, in der Wechselstation angenommen werden.The inventive device can also be used if appropriate battery change stations be built, in which motorists against their empty battery can replace a suitably full battery. Automatically or by suitable staff in the field of change station can then State of charge of the respective battery can be read so that no deeply discharged Batteries, which experience a lasting damage to their life have to be accepted in the changing station.
Je nach gewünschtem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese in die Batterie beziehungsweise das Gehäuse der Batterie selbst integriert sein. Bei einer reinen Transportüberwachung wäre es auch denkbar, diese im Bereich der Transportverpackung anzuordnen.ever after desired Use of the device according to the invention This can be in the battery or the case of the Battery itself integrated. In a pure transport monitoring would it be also conceivable to arrange these in the field of transport packaging.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei vorgesehen, dass die Einrichtung zur Übermittlung als Transponder ausgebildet ist. Diese Ausbildung als Transponder, insbesondere als RIDF, ist dabei besonders einfach und kostengünstig, da derartige Elemente in großer Stückzahl und dementsprechend kostengünstig am Markt verfügbar sind.In a particularly advantageous embodiment of the device according to the invention it is envisaged that the device for transmission as Transponder is formed. This training as a transponder, in particular as RIDF, is particularly easy and inexpensive because such items in large quantity and accordingly inexpensive available on the market are.
In einer weiteren besonders günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee ist es ferner vorgesehen, dass die Batterie ein Batteriemanagementsystem aufweist, wobei wenigstens eine der Einrichtungen als Teil dieses Batteriemanagementsystems ausgebildet ist. Dieser Aufbau einer Batterie mit einem Batteriemanagementsystem ist insbesondere bei den eingangs beschriebenen Hochleistungsbatterien üblich. Daher ist es einfach möglich, einen Teil des Batteriemanagementsystems für die erfindungsgemäße Vorrichtung zu nutzen. Insbesondere wird das Batteriemanagementsystem im Allgemeinen ohnehin eine Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands aufweisen. Somit kann zumindest die Erfassung des Werts des Ladezustands über das Batteriemanagementsystem erfolgen. Dann ist zusätzlich lediglich die Einrichtung zur kabellosen Übermittlung dieses erfassten Werts notwendig. Diese kann ebenfalls in das Batteriemanagementsystem mit integriert werden. Damit entsteht ein sehr kompakter Aufbau und die Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine herkömmliche Hochleistungsbatterie kann sehr einfach dadurch erfolgen, dass eine zusätzliche Einrichtung zur kabellosen Übermittlung des erfassten Ladezustands in einen Teil des Batteriemanagementsystems integriert wird.In another particularly favorable Development of the inventive idea it is further contemplated that the battery is a battery management system at least one of the devices being part of this Battery management system is formed. This construction of a battery with a battery management system is particularly in the beginning described high performance batteries usual. That's why it's easy possible, one Part of the battery management system for the device according to the invention to use. In particular, the battery management system generally becomes already have a device for detecting the state of charge. Thus, at least the detection of the value of the state of charge via the battery management system respectively. Then it is additional only the device for wireless transmission of this detected Value necessary. This can also be used in the battery management system to get integrated. This creates a very compact construction and the integration of the device according to the invention in a conventional High performance battery can be done very easily by having a additional Device for wireless transmission the detected state of charge in a part of the battery management system is integrated.
In einer besonders vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass die Einrichtung zur Erfassung des Ladezustands in dem Batteriemanagementsystem ausgebildet ist, wobei das Batteriemanagementsystem über eine elektrische Verbindung mit einer Anschlussvorrichtung verbunden ist. Dieser besonders vorteilhafte Aufbau nutzt das Batteriemanagementsystem lediglich zur Erfassung des Ladezustands. Typischerweise ist ein Batteriemanagementsystem in einer handelsüblichen derartigen Batterie ohnehin für das Erfassen des Ladezustands ausgelegt. Dadurch, dass über eine elektrische Verbindung, beispielsweise einen Datenbus-Anschluss des Batteriemanagementsystems, eine Anschlussvorrichtung angeschlossen werden kann, in welcher die weitere Technik der erfindungsgemäßen Vorrichtung untergebracht ist, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für beliebige standardisierte Batterien eingesetzt werden, ohne dass eine aufwendige und gegebenenfalls teure Änderung des Batteriemanagementsystems notwendig wird.In a particularly advantageous alternative embodiment of the device according to the invention it provided that the device for detecting the state of charge is formed in the battery management system, wherein the battery management system via a electrical connection connected to a connection device is. This particularly advantageous construction uses the battery management system only for detecting the state of charge. Typically, one is Battery management system in a commercial such battery anyway for the detection of the state of charge designed. Because of that over one electrical connection, for example a data bus connection of Battery management system, a connection device connected can be in which the further technique of the device according to the invention is housed, the device of the invention for any Standardized batteries are used without being a complicated and possibly expensive change of the battery management system becomes necessary.
In einer besonders günstigen Weiterbildung dieser Idee weist die Anschlussvorrichtung außerdem wenigstens ein Speicherelement auf. Damit können Daten, welche die Anschlussvorrichtung über ihre elektrische Verbindung, beispielsweise die Anbindung an ein Datenbus-System, von dem Batteriemanagementsystem erhält, entsprechend zwischengespeichert werden, sodass die Erfassung und das Auslesen zeitlich entkoppelt werden können.In a particularly favorable Further development of this idea, the connection device also has at least a memory element. With that you can Data indicating the connection device via its electrical connection, For example, the connection to a data bus system, from the battery management system gets be cached accordingly, so that the capture and the reading can be decoupled in time.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann besonders vorteilhaft für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, wobei diese nicht auf diesen Batterietyp beziehungsweise nicht diese Zellchemie eingeschränkt ist.The inventive device can be particularly beneficial for Lithium-ion batteries are used, these are not on this battery type or not this cell chemistry is limited.
Ein
Verfahren zur Lösung
der oben genannten Aufgabe ist durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 12 beschrieben.One
Method of solution
The above object is characterized by the features in the characterizing
Part of
Die verfahrensgemäße Ausgestaltung zum Auslesen des Ladezustands einer Batterie in einem nicht angeschlossenen Zustand nutzt dabei das typischerweise in derartigen Batterien immer vorhandene Batteriemanagementsystem, indem dieses in gewissen Zeitabständen aktiviert wird, und den Ladezustand der Batterie ermittelt. Dieser Ladezustand wird dann an eine Anschlussvorrichtung übermittelt, wonach der Ladezustand aus der Anschlussvorrichtung berührungslos ausgelesen wird. Das Batteriemanagementsystem wird wieder inaktiv.The procedural embodiment for reading the state of charge of a battery in a non-connected state uses the typi Such a battery always existing battery management system by this is activated at certain intervals, and determines the state of charge of the battery. This state of charge is then transmitted to a connection device, after which the state of charge is read out contactlessly from the connection device. The battery management system becomes inactive again.
Mit diesem Aufbau kann mit geringem Energieaufwand das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden, da das Aktivschalten beziehungsweise Aufwecken des Batteriemanagementsystems zeitgesteuert und nur für eine kurze Dauer erfolgen kann. Nach erfolgter Messung des Ladezustands wird dieser an die Anschlussvorrichtung übermittelt und das Batteriemanagementsystem kann sich wieder inaktiv schalten. Der benötigte Energiebedarf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit minimiert werden.With This structure can with little energy consumption, the inventive method be realized because the active switching or awakening of the battery management system timed and only for a short time Duration can be done. After the measurement of the state of charge is this is transmitted to the connection device and the battery management system can turn inactive again. The energy required to carry out the inventive method can thus be minimized.
Eine besonders günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es deshalb vor, dass der Ladezustand in der Anschlussvorrichtung zwischengespeichert wird, sodass das Auslesen des Ladezustands auch erfolgen kann, während das Batteriemanagementsystem inaktiv ist. Damit lassen sich entsprechende Rhythmen der Ladezustandserfassung und des Auslesens des Ladezustands unabhängig voneinander etablieren, sodass beim Auslese nicht auf die häufig in dem Batteriemanagementsystem selbst programmierten Intervalle für das Aufwecken des Batteriemanagementsystems geachtet werden muss. Das Auslesen des Ladezustands kann dann in besonders einfacher und vorteilhafter Weise anhand eines hinsichtlich der Logistik und der Lagerung sinnvollen Rhythmus erfolgen.A especially cheap Embodiment of the method according to the invention Therefore, it provides that the state of charge temporarily stored in the connection device So that the reading of the state of charge can also be done while the Battery management system is inactive. This can be appropriate Rhythms of the charge state detection and the reading of the state of charge independently establish each other so that when selecting not on the often in self-programmed intervals for waking the battery management system of the battery management system must be respected. The reading the state of charge can then in a particularly simple and advantageous Wise, in terms of logistics and storage Rhythm.
In einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden über das Batteriemanagementsystem weitere Daten, insbesondere Temperatur, Produktionsnummer oder Produktionsdatum, erfasst beziehungsweise bereitgestellt, welche an die Anschlussvorrichtung übermittelt und aus dieser ausgelesen werden. Damit wird nicht nur der Ladezustand, sondern auch weitere Umgebungsbedingungen wie beispielsweise die Temperatur oder gegebenenfalls auch ein Druck entsprechend erfasst. Außerdem werden Produktionsdaten, wie beispielsweise das Produktionsdatum und eine Produktions- beziehungsweise Seriennummer mit an die Anschlussvorrichtung übermittelt und können aus dieser ausgelesen werden. Damit kann eine Zuordnung von Daten und Batterie in ein Logistiksystem sehr leicht und einfach erfolgen, sodass die einzelnen Batterien beispielsweise in der Reihenfolge ihres Ladezustands aus dem Lager abgerufen und verbaut werden können.In a particularly favorable Embodiment of the method according to the invention be about that Battery management system further data, in particular temperature, Production number or production date, recorded respectively provided, which transmits to the connection device and be read out of this. This not only the state of charge, but also other environmental conditions such as the temperature or optionally also a pressure recorded accordingly. In addition, will Production data, such as the production date and a Production or serial number transmitted to the connection device and can be read out of this. This can be an assignment of data and battery in a logistics system can be done very easily and easily, for example, the individual batteries in the order of their State of charge can be retrieved from the warehouse and installed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the remaining dependent claims and from the exemplary embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In
Die
Batterie
Der
in
Über das
Lesegerät
Dabei
kann der Transponder
In
In
der Anschlussvorrichtung
Die Überwachung
der Batterie
Um
die Zuordnung der Daten zu erleichtern, können neben dem Ladezustand
auch weitere Daten von dem Batteriemanagementsystem
Der
besondere Vorteil dieses in
Claims (17)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |