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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Managementsystem für Energiespeicher mit zwei oder mehreren Zellen, insbesondere auf ein Batterie- oder Akkumanagementsystem, welches vorzugsweise bei mobilen Geräten oder elektrischen Fortbewegungsmitteln eingesetzt werden kann.
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1 zeigt den Stand der Technik. Hierbei greifen die verschiedenen Komponenten einer Steuerung ineinander.
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STAND DER TECHNIK
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Um die gesamten Grundfunktionsanforderungen eines Managementsystems für Energiespeicher, im Folgenden auch Batteriemanagementsystem oder BMS genannt, abzubilden, sind eine Vielzahl von einzelnen Komponenten nötig, von denen wieder eine Gruppe von Komponenten die einzelnen Funktionalitäten abbildet. Auf Grund der Vielzahl an Komponenten, welche auf eine Baugruppe wie zum Beispiel eine Leiterplatte bei der Herstellung eines solchen Managementsystems bestückt werden müssen, sind beim diskreten Aufbau die Baugruppen sehr teuer.
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Herkömmliche BMS haben üblicherweise mindestens die folgenden Funktionen (auch Funktionalitäten genannt), die in die folgenden Grundfunktionsblöcke eingeteilt werden können:
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1. Funktion „Ausgleich zwischen einzelnen Zellen”:
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Hier werden die Zellen, Subzellen bzw. Subpacks oder Kapazitäten kontaktiert und über Ausgleichsschaltungen auf ein Niveau gebracht. Schwächere Zellen werden über die Lebensdauer im Vergleich zu stärkeren während des Ladens oder Entladens entlastet. In der Regel wird hierbei Energie von stärkeren Zellen auf schwächere Zellen umgeschichtet, um diese hinsichtlich der Kapazität auf die Restlebensdauer des Gesamtspeichers besser nutzen zu können.
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2. Funktion „Überwachung der IC Zellen”:
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Hier werden üblicherweise die physikalischen Werte, wie etwa Spannung, Temperatur und Strom eines Gesamt-Energiespeichers, oder auch von jeweils einzelnen verschalteten Zellen wie z. B. Akku-Packs überwacht.
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3. Auswertung und Aufbereitung des Stromsignals:
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Hier wird das Stromsignal des Stromsensors welcher Lade- und Entladestrom überwacht aufbereitet und für die weiteren Verarbeitungszwecke wie z. B. Not-/Kurzschlussabschaltung, Kapazitätsauswertung aufbereitet.
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4. Ladeeinheit/Laderegler:
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Hier wird üblicherweise bei Anlegen einer äußeren Spannung über z. B. ein Netzteil der Ladealgorithmus der Zelle realisiert.
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5. Haupt-IC zur Steuerung
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Hier ist grundsätzlich die Gesamtfunktion/Überwachung und Ansteruerung der einzelnen Komponenten der Schaltung programmiert. Hier können auch User-spezifische Anforderungen umgesetzt werden welche über eine Kommunikationsschnittstelle eingegeben werden.
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6. Ansteuerung Leistungshalbleiter:
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Hier ist die Schaltstufe zur schnellen und sicheren Schaltung des Leistungsschalters realisiert.
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7. Leistungsschalter:
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Hier werden üblicherweise z. B. Mos-Fets oder Relais eingesetzt, um auch in einem Gefahrenfall die Zellen von dem Verbraucher, wie z. B. einem Motor oder einem Antrieb eines E-Bikes, abzuschalten.
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8. Kommunikationsbaustein:
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Hier wird die Kommunikation zur Applikation umgesetzt und relevante Parameter gesendet bzw. empfangen.
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9. Strommessung
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Der Stromsensor misst an dieser Stelle einen Gesamtstrom während der Entladung oder Ladung, je nach Verschaltung, aber auch Einzelströme der einzelnen Zellen wie z. B. Akku-Packs.
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Bisher werden die einzelnen Funktionalitäten eines solchen BMS durch die jeweiligen, meist vorkonfigurierten Bausteine zusammengesetzt. Dadurch ergibt sich gewöhnlicher Weise ein hoher Platzbedarf, ein relativ hohes Gewicht, und durch die vielen Schnittstellen auch ein großes Ausfallrisiko des Systems.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Lösung für ein Managementsystem für Energiespeicher, auch Batteriemanagementsystem oder BMS genannt, von dem vorgenannten grundsätzlichen Aufbau zu finden. Darüber hinaus soll ein Aufbau geschaffen werden, der mehre Zellen unter Aspekten der Sicherheit trennt oder hinsichtlich von Lade- und Entladezyklen optimal ansteuern kann. Dieses Ansteuern soll zum Beispiel durch einen Austausch von Informationen über ein Bedienterminal vereinfacht werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgaben werden mit einem Managementsystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Managementsystem für Energiespeicher mit zwei oder mehreren Zellen, das bevorzugt für mobile Geräte und elektrische Fortbewegungsmittel eingesetzt werden kann, umfasst mindestens die Funktionen Zellenüberwachung und einzelnes Ansteuern der Zellen, Auswerten eines optionalen Lade- oder Entladestroms, Ansteuern eines oder mehrerer Leistungsschalter und bidirektionale Kommunikation mit einem externen Interface. Das erfindungsgemäße Managementsystem enthält die Bauteile für die vorstehenden und optional für weitere Funktionen bzw. Funktionalitäten auf einem einzelnen Chip integriert. Diese Funktionen werden von einer auf dem Chip zentral gespeicherten Software überwacht und angesteuert. Chip im Sinne der Erfindung ist eine auf einem Halbleitersubstrat angeordnete elektronische Schaltung (IC), die eine oder mehrere Funktionen bzw. Funktionalitäten beinhaltet. Zu den vorgenannten, im Hauptanspruch mit aufgenommenen Funktionen kann die Schaltung weitere Funktionen umfassen.
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Das allgemeine Konzept der Erfindung ist es, alle Standartkomponenten eines BMS (Batteriemanagementsystems) integriert auf einem Chip bereitzustellen. Hierzu zählen hauptsächlich die Zellenüberwachung, die Laderegelung und ein Interface für die Kommunikation. Diese Kombination an Funktionen ist insbesondere für den Elektromobilitätsbereich, zum Beispiel für mobile Geräte oder elektronische Fortbewegungsmittel wie Elektrofahrräder, zweckmäßig. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Konzeptes ist es, dass hier die wichtigsten Komponenten für ein BMS leicht und auf kleinstem Raum verbaut werden können.
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Durch die Integration der vorstehend erwähnten Funktionalitäten in einem Chip ergeben sich für das erfindungsgemäße System die folgenden Vorteile:
- – Kleinere Leiterplatte und damit kompaktere Bauform,
- – Weniger Komponenten,
- – Robusteres System,
- – Niedrigere Ausfallrate,
- – Weniger Bestückungsaufwand bei der Herstellung,
- – Besseres Abführen von Abwärme.
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Wenn in der Anmeldung von Energiespeicher gesprochen wird, fallen darunter sowohl Primär als auch Sekundärzellen, die lediglich einmal entladen oder nach entsprechender Aufladung mehrmals entladen werden können. Das heißt der Begriff „Batterie” bezieht sich auf nicht wiederaufladbare als auch wiederaufladbare Zellen wie z. B. Akkus oder Akku-Packs.
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Um die gesamten Funktionsanforderungen eines BMS abzubilden, sind eine Vielzahl von einzelnen Komponenten nötig, von denen wieder eine Gruppe von Komponenten die einzelnen Funktionalitäten abbildet. Auf Grund der Vielzahl an Komponenten, welche bei herkömmlichen BMS auf eine Baugruppe bestückt werden mussten, wurden die Baugruppen sehr teuer. Das erfindungsgemäße Managementsystem ist auf einem einzigen Chip integriert. Diese hoch integrierte technologische Lösung macht das System gleichzeitig sehr robust im Einsatz, und wird höchsten Anforderungen an die Sicherheit gerecht. Aus Sicherheitstechnischen Gründen werden die einzelnen Zellen elektrisch getrennt verbaut und nur bei Anforderung von Energie kurzfristig zusammen geschaltet. Hier ist das erfindungsgemäße Managementsystem kostengünstig und robust.
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Das erfindungsgemäße System kann insbesondere bei langen Pausen, bei einer Lagerung des Energiespeichers wie z. B. eines Akkus im Winter, bei Unfällen oder sonstigen Ausnahmesituationen die Situation schnell erfassen und die einzelnen Zellen des Energiespeichers entsprechend ansteuern.
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Weitere Aufgaben und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Managementsystems werden aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen sowie aus den beigefügten abhängigen Ansprüchen ersichtlich.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Managementsystems für Energiespeicher wird die Gesamtkapazität des Energiespeichers aus einzelnen Zellen mit optionalen Subzellen oder Sub-Packs erzielt. In diesem Fall schaltet das Managementsystem bei Bedarf diese Zellen, Subzellen bzw. Sub-Packs zusammen. Der Bedarf richtet sich zum Beispiel an die benötigte Gesamtkapazität. Die einzelnen Zellen des Energiespeichers haben vorzugsweise eine maximale Kapazität von 100 W/h.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Managementsystems kann es über ein zentrales Steuer- und Bediengerät, welches optional ein Mobilgerät oder Mobiltelefon ist, angesteuert werden. Vorzugsweise findet die Kommunikation zwischen Steuer- und Bediengerät und dem Managementsystem über Funk statt.
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In einer Ausführungsform des Systems können die Kapazitäten der einzelnen Zellen dann voneinander getrennt werden, wenn ein Verlust oder die Nichtanwesenheit des zentralen Steuer- und Bediengeräts festgestellt wird. Alternativ kann die Trennung erfolgen, wenn über einen Beschleunigungssensor ein Unfall oder eine unsachgemäße oder unzulässige Stoßbeanspruchung des Energiespeichers festgestellt wird. In einer weiteren Alternative wreden die Kapazitäten der Zellen dann voneinander getrennt, wenn eine Überspannung, eine Unterspannung, eine unzulässige Temperatur durch einen Temperatursensor oder ein Überdruck an dem Energiespeicher oder einer Zelle davon oder an einer Komponente der Steuerung festgestellt wird oder aber wenn eine unzulässige Überlast, vorzugsweise durch einen Stromsensor, festgestellt wird.
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Desweiteren kann das erfindungsgemäße Managementsystem derart ausgestaltet sein, dass es den Energiespeicher über sein Impendanzspektrum auswerten kann. Die Auswertung kann dabei vorzugsweise durch ein hochfrequentes Pulsen im mHz- bis MHz-Bereich erfolgen.
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Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, dass das erfindungsgemäße Managementsystem einen Lage- oder Beschleunigungssensor zur Detektion einer längeren Stillstandszeit des mobilen Geräts oder des elektrischen Fortbewegungsmittels umfasst. Dadurch kann zum Beispiel bei einer bestimmten Stillstandszeit eine Wartungsmanagmentroutine zur Pflege des Energiespeichers gestartet werden ohne den Benutzer einzuschränken oder um die Laufzeit des Energiespeichers zu verlängern.
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Es ist aber ebenso möglich, dass in dem erfindungsgemäßen Managementsystem eine oder mehrere der im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Funktionen bzw. Funktionalitäten redundant ausgeführt sind. Auf spezielle Beispiele wird später detaillierter eingegangen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Managementsystems beträgt die Gesamtspannung des Energiespeichers, wie zum Beispiel eines Akkus oder Akku-Packs oder einer Lithium-Sekundärzelle, zwischen 24–48 V.
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Um die Laufzeit des Energiespeichers zu verlängern, weist das erfindungsgemäße Managementsystem vorzugsweise einen Ruhestromverbrauch unter 10 μA, weiter bevorzugt von weniger als 5 μA auf. Dieser Ruhestromverbrauch kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass das System in einer Ruhephase abschaltet und durch ein Signal, bevorzugt durch einen Bewegungssensor oder einen Taster, wieder in den Betriebszustand übergeht. Solche Ruhe- oder Schlafschaltungen, in denen ein Controller durch ein entsprechendes Signal wieder aufgeweckt wird, sind zum Beispiel aus dem Bereich der Computertechnologie bekannt.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System Funksende- und Empfangsmittel, welche über GPS oder Mobilfunkzellen eine Ortung des mit dem Energiespeicher angetriebenen mobilen Geräts oder des elektrischen Fortbewegungsmittels wie z. B. einem E-Bike erlauben, und worüber die Ortungsdaten über ein Funknetz an eine übergeordnete Stelle weitergegeben werden können.
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Alternativ dazu kann das System Funksende- und Empfangsmittel umfassen, welche die Kommunikation zu einer übergeordneten Stelle ermöglichen, von welcher das elektrische Fortbewegungsmittel analysiert und für bestimmte Benutzer freigeschaltet werden kann, und wobei das System derart angepasst ist, dass die Benutzer dann das elektrische Fortbewegungsmittel mit Ihrem Mobiltelefon orten, ansteuern und in Betrieb nehmen können. Dies ist zum Beispiel bei Leihsystemen für beispielsweise Leihräder zweckmäßig.
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Ebenfalls kann das Managementsystem, der Energiespeicher oder eine andere Komponente des Antriebssystems oder das elektrische Fortbewegungsmittel mit einem Quick-Response Matrix Code gekennzeichnet sein, welcher auf eine Website verlinkt und Informationen über das Fortbewegungsmittel oder den Zustand des Antriebssystem, des Energiespeichers oder des Managementsystems ermöglicht.
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Für ein automatisches Ermitteln des nächstens Standorts für eine Ladestation oder für eine Stelle zum Austauschen des Energiespeichers in einen Neuen kann das System zum Beispiel seine eigenen Ortungsdaten mit denen von einem Server übermittelten Geo-Daten oder mit vorgespeicherten Geo-Daten über Ladestellen oder Energiespeicheraustauschstellen vergleichen und danach Informationen hierüber unter Einbeziehung des Ladezustands des Energiespeichers über eine Kommunikationsschnittstelle dem Benutzer des elektrischen Fortbewegungsmittels bereitstellen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zeichnet das Managementsystem die Lade- und Entladezyklen des Energiespeichers auf, legt sie in einem dem Energiespeicher zugeordneten nicht löschbaren Speicher ab, und nimmt ein je nach Alter bzw. Anzahl der Ladezyklen bzw. je nach entnommenen Kapazitäten ein der Abnutzung des Akkus angepasstes Lade- und Entlademanagement bzw. angepasste Ladeprogramme vor.
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Eine weitere Ausführungsform sieht ein System vor, das Empfangsmittel umfasst, welche die Annäherung eines zugeordneten Benutzers über sein Mobilgerät/Mobiltelefon erkennt und die Aktivierung zur Benutzung über Leucht- und/oder Ton-Signal am elektrischen Fortbewegungsmittel signalisiert. Diese Signalisierung erfolgt vorzugsweise über Leuchtmittel die zur Verkehrssicherheit im Dunkeln am Fortbewegungsmittel montiert sind oder über eine Rundumleuchte am Heck. Die Signale können dann zum Beispiel über einen speziellen Sensor im Mobilgerät oder über die Kamerafunktion des Mobiltelefons empfangen werden.
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Um eine stufenlose Erweiterung der Leistung eines Energiespeichers zu ermöglichen kann das Managementsystem zum Beispiel mehrere Leistungsschalter umfassen, die parallel geschaltet sind. Dadurch kann die Stromtragfähigkeit erhöht werden.
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Um einen zweiten Sicherheits-Abschaltweg (second level protection) zu ermöglichen, kann in einem Managementsystem neben mindestens einem Leistungsschalter zum Beispiel ein zweiter Abschaltkreis eingebaut sein, der die Zellen untereinander, von einem Verbraucher oder von dem Managementsystem trennt. Vorzugsweise kann der zweite Abschaltkreis Abschaltwerte haben, die höher als die des mindestens einen Leistungsschalters liegen. Dieser zweite Abschaltkreis kann entweder auf einem eigenen Chip, der normal recht günstig ist und dessen Abschaltwerte etwas ungenauer und höher liegen, untergebracht sein, oder aber er kann im selben Chip wie der erst Leistungsschalter liegen. Der zweite Abschaltkreis kann alternativ auch eine Sicherung sein, die über ein Signal ausgelöst wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Managementsystems kann durch Sensoren am mobilen Fortbewegungsmittel die Anwesenheit einer Person am oder auf dem Fortbewegungsmittel ermittelt werden. Hiervon abhängig können dann die Zellen des Energiespeichers aktiviert und mit dem Managementsystem und/oder dem Verbraucher bzw. Motor zum Leistungsabruf verschaltet werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Systems ergibt sich daraus, dass das System über einen Blinkmodus eines Leuchtmittels Signale und Informationen über das Managementsystem bzw. das mobile Fortbewegungsmittel an ein Mobilgerät/Mobiltelefon, z. B. über die dort eingebaute Kamerafunktion, übermitteln kann.
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KURZBESCHREIBUNG ANHAND DER ZEICHNUNG
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, wobei die Figuren nur zur Veranschaulichung von bevorzugten Ausführungsformen gedacht sind, aber nicht die Erfindung hierauf beschränken sollen. In den Figuren zeigt:
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1 ein Batteriemanagementsystem BMS nach dem Stand der Technik, bei dem die verschiedenen Komponenten 1 bis 9 auf einer Leiterplatte verbaut worden sind.
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2 ein erfindungsgemäßes Managementsystem für Energiespeicher, bei dem die wichtigen Komponenten des BMS in einem Chip integriert sind.
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3 das Layout (Oberseite) der äußeren Beschaltung eines erfindungsgemäßen Managementsystems. Es sind die Bereiche der Schaltung markiert, welche die wichtigsten Funktionen diskret mit Bauteilen nach außen umsetzen.
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4 das Layout (Unterseite) der äußeren Beschaltung eines erfindungsgemäßen Managementsystems. Es sind die Bereiche der Schaltung markiert, welche die wichtigsten Funktionen diskret mit Bauteilen nach außen umsetzen.
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5 Funktionalitäten an einem E-Bike als exemplarischen Beispiel dargestellt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden ein paar bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Managementsystems anhand der Figuren näher erläutert.
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Bisher wurden die einzelnen Funktionalitäten wie in dem in 1 dargestellten BMS gezeigt, auf einer oder mehreren Leiterplatten aus verschiedenen vorgefertigten Komponenten zusammengestellt. Das hier gezeigte BMS setzt sich aus neun unterschiedlichen Bauteilen zusammen, die miteinander verschaltet sind. Die Ziffern 1 bis 9 geben die jeweiligen Baugruppe bzw. Bauteile nach ihren Funktionen an:
- 1. Baugruppe für „Ausgleich Zellen”
- 2. Baugruppe für „Überwachungs-IC Zellen”
- 3. Baugruppe für Auswertung und Aufbereitung des Stromsignals
- 4. Baugruppe für Ladeeinheit/Laderegler
- 5. Baugruppe für Haupt-IC zur Steuerung
- 6. Baugruppe für die Ansteuerung Leistungshalbleiter
- 7. Baugruppe für Leistungsschalter
- 8. Baugruppe für Kommunikationsbaustein
- 9. Baugruppe für Strommessung
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Die Pfeile zwischen den einzelnen Baugruppen geben an, wie die verschiedenen Komponenten der Steuerung ineinander greifen.
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Um die gesamten Grundfunktionsanforderungen eines BMS abzubilden, sind eine Vielzahl von einzelnen Komponenten nötig, von denen wieder eine Gruppe von Komponenten die einzelnen Funktionalitäten abbildet. Auf Grund der Vielzahl an Komponenten, welche auf eine Baugruppe bestückt werden müssen, sind beim diskreten Aufbau die Baugruppen und die bisher bekannten System sehr groß und sehr teuer.
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Die 2 zeigt die erfindungsgemäße Integration von wichtigen Komponenten eines erfindungsgemäßen Managementsystems bzw. BMS. Das hier gezeigte BMS setzt sich zusammen aus integrierten Schaltungen für die folgenden Funktionalitäten:
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1. Funktion „Ausgleich Zellen”:
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Hier werden die Zellen, Subzeleln buw. Sub-Packs oder Kapazitäten kontaktiert und über Ausgleichsschaltungen auf ein Niveau gebracht. Schwächere Zellen können über die Lebensdauer im Vergleich zu stärkeren während des Lade- oder Entladevorgangs entlastet werden. Zum Beispiel kann hierbei Energie von stärkeren Zellen auf schwächere umgeschichtet werden, um diese hinsichtlich der Kapazität auf die Restlebensdauer besser nutzen zu können. Hier können unterschiedlichste Lösungsprinzipien realisiert werden wie z. B. ein aktiver Energieausgleich (kapazitiv, induktiv) oder auch ein passiver Energieausgleich (resistiv).
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2. Funktion „Überwachungs-IC Zellen”:
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Hier können die physikalischen Werte, wie z. B. die Spannung, Temperatur oder der Strom eines Energiespeichers wie z. B. eines Gesamt-Akkupacks, oder auch von jeweils einzelnen, verschalteten Zellen, wie z. B. einzelnen Akku-Packs, überwacht werden. Auch können die Zellen vom BMS hinsichtlich der Erwärmung unterschiedlich be- und entlastet werden, um die Lade- bzw. Entladesteuerung zu verbessern. Dadurch kann zum Beispiel auch die Lebenserwartung eines Energiespeichers oder die Gesamtkapazität eines schon gebrauchten Energiespeichers verbessert werden.
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3. Auswertung und Aufbereitung des Stromsignals:
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Hier kann das Stromsignal der Stromsensors, welcher den Lade- und Entladestrom überwacht, aufbereitet und für die weiteren Verarbeitungszwecke, wie z. B. eine Not-/Kurzschlussabschaltung, Kapazitätsauswertung, usw., aufbereitet werden.
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4. Ladeeinheit/Laderegler:
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Hier wird z. B. bei Anlegen einer äußeren Spannung über z. B. ein Netzteil der Ladealgorithmus der Zelle realisiert. Je nach Situation, z. B. Alter oder Zustand des Energiespeichers bzw. Akku-Packs, können unterschiedliche Ladealgorithmen angewendet werden.
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5. Haupt-IC zur Steuerung:
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Hier ist die Gesamtfunktion, z. B. die Überwachung und Ansteuerung der einzelnen Komponenten der Schaltung programmiert. Hier können auch User-spezifische Anforderungen umgesetzt werden welche in einem Speicher eingelesen sind oder über eine Kommunikationsschnittstelle eingegeben werden können.
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6. Ansteuerung Leistungshalbleiter:
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Hier ist die Schaltstufe zur schnellen und sicheren Schaltung des Leistungsschalters realisiert.
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7. Leistungsschalter
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Hier können z. B. Mos-Fets oder Relais eingesetzt werden, um auch in einem Gefahrenfall die Zellen von dem Verbraucher, wie z. B. dem Antrieb eines E-Bikes, abzuschalten.
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8. Kommunikationsbaustein
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Hier wird die Kommunikation zur Applikation umgesetzt und relevante Parameter gesendet bzw. empfangen. Die Kommunikation kann z. B. auch drahtlos an eine Schnittstelle am Lenker eines E-Bikes oder aber über einen Sender/Empfänger am Heck des E-Bikes erfolgen. Hier kann z. B. ein mobiles Endgerät, wie z. B. ein Mobil-Telefon oder ein i-Phone, als Schlüsselsteuergerät eingesetzt werden.
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9. Strommessung
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Der Stromsensor kann an dieser Stelle einen Gesamtstrom während der Entladung oder Ladung messen, kann aber je nach Verschaltung auch Einzelströme der einzelnen Zellen des Energiespeichers oder der einzelnen Akku-Packs messen.
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Erfindungsgemäß sind die Komponenten wie in der Darstellung gezeigt auf einem Chip 10 integriert und von einer zentral laufenden Software angesteuert und überwacht. In einer Ausführungsform kann ein parallel anwesender Watchdog-Timer Algorythmus hierbei kontinuierlich die Abarbeitung der Steuerroutinen und sicherheitsrelevanten Routinen bzgl. des Akkus, wie Temperatur, Druck usw. überwachen. Hierbei steuert die Software das Ineinandergreifen der gezeigten Komponenten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein zweiter redundanter Abschaltkreis den Akku von dem BMS oder dem Verbraucher trennen, oder aber er kann erforderlichenfalls die verschalteten Zellen voneinander trennen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Kommunikation und Sensorik zum Energiespeicher bzw. Akku insbesondere galvanisch getrennt, um im Störfall ein Durchschlagen von Spannungen auf das BMS zu verhindern.
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In einer Ausführungsform erkennt das BMS selbstständig, welche und wie viele Zellen zusammengeschaltet sind bzw. anliegen. Der Baustein kann so universell für verschiedene Kapazitäten eingesetzt werden, wobei die Steuerung innerhalb des gleichen Bausteins integriert sein kann.
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Der Chip, der die vorstehend erwähnten integrierten Schaltungen für das erfindungsgemäße Managementsystem umfasst, kann zum Beispiel als ASIC realisiert werden, welcher mittels herkömmlicher Methoden über verschiedene Maskensätze aus einem Silizium-Kristall gefertigt werden kann.
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Insbesondere kann durch die in der 2 gezeigte integrierte Bauweise eines erfindungsgemäßen Systems der Ruhestrom minimiert werden. Bevorzugt liegt dieser bei kleiner 10 μA oder kleiner 5 μA (Mikroampere). Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass das System in einer Ruhephase abschaltet und durch ein Signal, bevorzugt durch einen Bewegungssensor oder einen Taster, wieder in den Betriebszustand übergehen kann. Dies nennt man häufig auch Schlaf- oder Ruhemodus.
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In der 3 und der 4 ist das Layout der äußeren Beschaltung eines erfindungsgemäßen BMS zu sehen. 3 zeigt die Schaltung von der Oberseite und die 4 von der Unterseite. Es sind die Bereiche mit den entsprechenden Bezugszeichen markiert, welche die oben aufgeführten Funktionalitäten 1 bis 9 diskret mit Bauteilen nach außen umsetzen.
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In 5 ist ein E-Bike als ein Beispiel eines elektrischen Fortbewegungsmittels gezeigt. In diesem exemplarischen Beispiel ist gezeigt, wie eine bidirektionale Kommunikation erfindungsgemäß ausgestaltet sein kann. Hierzu befinden sich zum Beispiel Sender bzw. Empfänger am Lenker oder im Heckbereich, die mit einem Mobilgerät/Mobiltelefon als externes Interface oder als Steuer- und Bediengerät kommunizieren können.
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Insbesondere ist auch denkbar, dass das mobile Gerät – das E-Bike – zum Beispiel per Mobiltelefon oder GPS-Gerät geortet werden kann. Alternativ oder zusätzlich können zum Beispiel vor Ort bei Annäherung des Benutzers oder Inhabers durch einen Blinkmodus einer Lampe an dem mobilen Gerät Informationen mittels der Blinkfrequenz, zum Beispiel über die Kamerafunktion des Mobilgeräts oder Mobiltelefons, übermittelt werden. Informationen können zum Beispiel Informationen über das Fortbewegungsmittel oder den Zustand des Antriebssystems, des Energiespeichers oder des Managementsystems sein.
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Alternativ können so beispielsweise diese Kommunikationswege zur Aktivierung des Fahrzeugs, mobilen Geräts oder des elektronischen Fortbewegungsmittels genutzt werden, zum Beispiel wenn dieses über ein webbasierendes System gebucht und zugeteilt wurde, insbesondere im Rahmen eines Leihsystems.
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Weitere Ausführungsformen, Alternativen und Modifikationen des erfindungsgemäßen Managementsystems für Energiespeicher mit zwei oder mehreren Zellen sind dem Fachmann bekannt und werden durch die Erfindung mit umfasst, solange sie unter die Ansprüche fallen.
