DE102011079292A1

DE102011079292A1 - Batteriemanagementsystem und dazugehöriges Verfahren zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, Batterie mit Batteriemanagementsystem und Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem

Info

Publication number: DE102011079292A1
Application number: DE102011079292A
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2011-07-18
Filing date: 2011-07-18
Publication date: 2013-01-24
Also published as: WO2013010832A3; WO2013010832A2

Abstract

Es wird ein Batteriemanagementsystem (21) offenbart, das aufweist: ein Steuergerät (15) und eine oder mehrere Zellüberwachungseinheiten (31) zur Überwachung von jeweils mehreren Batteriezellen (14) von mindestens einem Batteriemodul einer Batterie, wobei die Zellüberwachungseinheiten (31) jeweils einen Mikrocontroller (33) aufweisen, der durch eine erste Kommunikationsverbindung (19) mit dem Steuergerät (15) verbunden ist, sowie eine Messelektronik zur Erfassung von einer oder mehreren Messgrößen aus den Batteriezellen (14). Ferner ist die Messelektronik jeder Zellüberwachungseinheit (31) zumindest teilweise redundant ausgebildet, so dass in der Zellüberwachungseinheit (31) eine Messgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, mittels mehreren Messeinheiten (32, 34, 42, 43) mehrmals erfasst werden kann, und jede Zellüberwachungseinheit (31) weist Mittel zur Stromerfassung auf. Der Mikrocontroller (33) ist dazu ausgebildet, einen Ladezustand zu berechnen. Ferner wird ein Verfahren zur Überwachung einer Batterie bereitgestellt. Außerdem werden eine Batterie mit einem Batteriemanagementsystem und ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriemanagementsystem offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem, das ein Steuergerät und mehrere Zellüberwachungseinheiten aufweist, ein Verfahren zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie, eine Batterie mit dem Batteriemanagementsystem sowie ein Kraftfahrzeug mit dem Batteriemanagementsystem.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, in Fahrzeugen, wie zum Beispiel in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, als auch im Consumer-Bereich, wie zum Beispiel bei Laptops und Mobiltelefonen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich deren Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.
Für solche Aufgaben sind insbesondere Batterien mit Lithium-lonen-Technologie geeignet. Sie zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung aus. Definitionsgemäß bestehen Lithium-Ionen-Batterien aus zwei oder mehr Lithium-Ionen-Zellen, die miteinander verschaltet sind. Lithium-Ionen-Zellen können durch parallele oder serielle Verschaltung zu Modulen, und dann zu Batterien verschaltet werden. Typischerweise besteht ein Modul aus sechs oder mehr Zellen.
Bei einer Batterie ist die Überwachung der Zellspannungen sowie der Ströme und der Temperatur hinsichtlich Über- oder Unterschreitung bestimmter Grenzwerte ein wesentlicher Sicherheitsfaktor. ISO-Normen, insbesondere ISO 26262: Funktionale Sicherheit von E/E Systemen in KFZ, erfordern es, ein gewisses Sicherheitsniveau ASIL (Englisch: „automotive safety integrity level“) zu erreichen.
Im Folgenden wird anhand von 1 ein beispielhaftes Batteriesystem 10 gemäß dem Stand der Technik beschrieben, das ein Batteriemanagementsystem 11 mit einem zentralen Steuergerät 15 aufweist, welches mit mehreren Zellüberwachungseinheiten 16 (Englisch: „Cell Supervision Circuit“; CSC) kommuniziert, die jeweils mehreren Batteriezellen 14 oder Batteriemodulen zugeordnet sind. Im Folgenden kann je nach Zusammenhang die Gesamtheit der in Batteriemodule angeordneten Batteriezellen 14 mit oder ohne das dazugehörige Batteriemanagementsystem 11 als Batterie bezeichnet werden. Die Batteriezellen 14 sind in Batteriemodule gruppiert, wobei die genaue Aufteilung der Batteriezellen 14 in die Batteriemodule in 1 nicht gezeigt ist. Das Batteriemanagementsystem 11 kann mit Batteriezellen 14 oder Batteriemodulen in einem gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht sein. Die Batteriemodule können jeweils ein eigenes Gehäuse aufweisen. Mittels einer Anordnung der Batteriezellen 14 in Batteriemodule kann eine bessere Skalierbarkeit erreicht werden. Um die ordnungsgemäße Funktion der Batteriezellen 14 zu überwachen, werden die Batteriezellen 14 durch die mehreren Zellüberwachungseinheiten 16 überwacht. Dabei sind typischerweise einer Zellüberwachungseinheit 16 jeweils zwei Batteriemodule zugeordnet. Eine Zellüberwachungseinheit 16 beinhaltet eine Messelektronik, die die Spannung und weitere Parameter überwacht. Die mittels der Zellüberwachungseinheit 16 gewonnenen Informationen werden über einen Kommunikationsbus 19, beispielsweise einen CAN-Bus, an ein zentrales Steuergerät 15 gesendet, das die Daten aller Batteriezellen 14 auswertet und bei Abweichungen von definierten Parametern korrigierend eingreift oder notfalls die Schütze 17, 18 öffnet und das Batteriesystem 10 abschaltet.
Das Steuergerät 15 weist eine Niedervoltseite beziehungsweise ein niedervoltseitiges Teil 22 mit einem Mikrocontroller 23 und eine Hochvoltseite beziehungsweise ein hochvoltseitiges Teil 24 mit einem Mikrocontroller 25 auf.
Die Niedervoltseite 22 und die Hochvoltseite 24 sind über eine galvanische Trennung 29 miteinander verbunden. Die Niedervoltseite 22 ist mit einem Hall-Sensor 27 zum Messen des Batteriestroms verbunden, wobei die Hochvoltseite 24 mit einem Shunt 26 zur Messung des Batteriestroms verbunden ist. Das Steuergerät 15 kommuniziert mit der Fahrzeugelektronik mittels des Busses 28. Die elektrischen Anschlüsse 12, 13 dienen zur Energieversorgung für beispielsweise ein Kraftfahrzeug und/oder zur Wiederaufladung der Batterie.
Um die ordnungsgemäße Funktion der Batteriezellen 14 zu überwachen, werden bei dem Batteriemanagementsystem 11 typischerweise je zwei Module durch eine Zellüberwachungseinheit 16 überwacht. Um eine ausreichende funktionale Sicherheit für das Batteriesystem 10 zu gewährleisten, werden die Daten der Zellüberwachungseinheiten 16 sowohl auf der Hochvoltseite 24 als auch auf der Niedervoltseite 22 des Steuergerätes 15 in zwei redundanten Mikrocontrollern 23, 25 ausgewertet und miteinander verglichen. Der hochvoltseitige Mikrocontroller 25 verwendet dabei die Gesamtspannung des Packs, das heißt aller Batteriemodule sowie den Gesamtstrom, der beispielsweise mittels des Shunts 26 gemessen wird. Der niedervoltseitige Mikrocontroller 23 misst die Spannung der einzelnen Batteriezellen 14 sowie den Strom, der beispielsweise über den Hall-Sensor 27 ermittelt wird. Typischerweise wird auf der Niedervoltseite des Steuergeräts auch der Ladezustand (SOC) (Englisch: „State of Charge“) des Batteriepacks berechnet. Dazu werden durch das Steuergerät 15 zeitgleich Strom- und Spannungswerte der Batteriezellen abgefragt, die für die Berechnung des Ladezustands relevant sind.
Aus der DE 10 2009 046 567 A1 ist eine Batterie bekannt, die aus mehreren Batteriemodulen aufgebaut ist, wobei die Batteriemodule mittels eines zentralen Batteriemanagementsystems überwacht werden.
Nachteilig an den Batteriemanagementsystemen des Standes der Technik ist, dass zum Erreichen eines hohen ASIL-Levels eine aufwendige und komplexe Programmierung des Steuergeräts und ein hoher Rechenaufwand erforderlich sind. Dies verursacht hohe Kosten. Ferner laufen viele Daten über den Kommunikationsbus, so dass eine große Bandbreite beansprucht wird und dieser an seine Kapazitätsgrenzen stoßen kann.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Batteriemanagementsystem gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereitgestellt.
Erfindungsgemäß weist ein Batteriemanagementsystem ein Steuergerät und eine oder mehrere Zellüberwachungseinheiten zur Überwachung von jeweils mehreren Batteriezellen von mindestens einem Batteriemodul einer Batterie auf. Die Zellüberwachungseinheiten weisen jeweils einen Mikrocontroller, der durch eine erste Kommunikationsverbindung mit dem Steuergerät verbunden ist, sowie eine Messelektronik zur Erfassung von einer oder mehreren physikalischen Messgrößen aus den Batteriezellen auf. Die Messelektronik jeder Zellüberwachungseinheit ist zumindest teilweise redundant ausgebildet, so dass in der Zellspannungsüberwachungseinheit eine physikalische Messgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, mittels mehreren Messeinheiten mehrmals erfasst werden kann. Ferner hat jede Zellüberwachungseinheit Mittel zur Stromerfassung, und der Mikrocontroller ist dazu ausgebildet, einen Ladezustand zu berechnen.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist, dass der erforderliche zu steuernde Aufwand des Steuergeräts erheblich reduziert ist, wodurch die Berechnungen in den Mikrocontrollern des Steuergeräts maßgeblich vereinfacht werden. Bei Verwendung von mehreren Batteriemodulen macht sich dies besonders vorteilhaft bemerkbar, da das Steuergerät nicht mehr wie herkömmlich die Daten aller Zellüberwachungseinheiten synchronisieren und wieder zusammensetzen muss. Aber auch schon bei lediglich einer Zellüberwachungseinheit ist vorteilhaft der Berechnungsaufwand insgesamt reduziert. So muss das Steuergerät beispielsweise nicht mehr Daten aus der Zellüberwachungseinheit und einem Stromsensor sammeln, synchronisieren und auswerten. Dies wird auch deswegen erreicht, da der Aufgabenbereich des Mikrocontrollers der Zellüberwachungseinheit erfindungsgemäß gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft erweitert ist. So wird erfindungsgemäß ermöglicht, bereits in der Zellüberwachungseinheit den Ladezustand zu berechnen, was aufgrund der redundant vorhandenen Messelektronik zuverlässig und sicher mit Erreichung eines aufgrund der hohen funktionalen Sicherheit hohen ASIL-Levels durchgeführt werden kann. Im Unterschied dazu sollen im Steuergerät weniger Werte ausgewertet werden. Die Datenrate auf dem Bus ist ebenfalls maßgeblich reduziert. So müssen insbesondere die benötigten Daten zur Berechnung des Ladezustands nicht mehr über den Bus laufen.
Insgesamt wird daher vorteilhaft eine alternative Topologie zur Überwachung der Zellen geschaffen, welche ein hohes ASIL-Level bei geringerem zu steuerndem Aufwand hat, dabei die Datenrate im Bus reduziert und Kosten für Messeinheiten senkt.
Ferner wird ein Verfahren zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 geschaffen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Ladezustand zunächst modulweise unter Verwendung von mindestens einer der erfindungsgemäßen Zellüberwachungseinheiten bestimmt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf ein bestimmtes Bussystem beschränkt. Die erste Kommunikationsverbindung kann ein CAN-Bus sein.
Bevorzugt wird in den Zellüberwachungseinheiten jeweils eine Zellspannungsmesseinheit mit einer zweiten parallel geschaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung haben die Mikrocontroller der einen oder mehreren Zellüberwachungseinheiten jeweils eine Plausibilitätsfunktion zur Durchführung einer Plausibilisierung von erfassten Messdaten.
Dadurch wird vorteilhaft die Plausibilisierung der Daten im Steuergerät vereinfacht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Ausführungsform haben die Mikrocontroller jeweils eine Verarbeitungs- und Ausgabefunktion zur Generierung und Ausgabe von Informationen über die erfassten Messdaten an das Steuergerät.
Beispielsweise kann dadurch die Datenrate auf dem Bus weiter reduziert werden. Insbesondere können bei der Verarbeitung zusammengefasste Resultate erzeugt werden, wobei lediglich die Resultate an das Steuergerät ausgegeben werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Mikrocontroller ferner jeweils eine Alarmfunktion zur Generierung eines Alarmsignals, falls ein erfasster Messwert einen kritischen Wert, insbesondere einen Überspannungswert oder Unterspannungswert, annimmt.
Dadurch kann auf günstige Weise die Sicherheit erhöht werden.
Es wird erfindungsgemäß eine an sich sichere Hardware-redundante Zellüberwachungseinheit verwendet, so dass eine erhöhte funktionale Sicherheit vorhanden ist und beispielsweise ein ASIL-C/D-Level leichter erreichbar ist. Die Kosten beispielsweise für die Zellüberwachungseinheiten sind auch gut für unterschiedliche ASIL-Level skalierbar, ein sogenanntes „downgrade" ist einfach zu bewerkstelligen.
Es können vorteilhaft kostengünstige Messeinheiten verwendet werden, was aber nicht automatisch zu einem geringeren ASIL-Level führen muss.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die mehreren Messeinheiten in einer Zellüberwachungseinheit jeweils eine als Min-Max-Messeinheit ausgebildete Messeinheit auf, wobei die Min-Max-Messeinheit zum Ermitteln eines minimalen und eines maximalen Spannungswertes und zum Verwerfen von dazwischenliegenden Spannungswerten eingerichtet ist.
Ferner sind gemäß einer Ausführungsform die Zellüberwachungseinheiten derart gestaltet, dass mindestens eine der mehreren Messeinheiten Daten direkt, ohne eine Zwischenschaltung mit dem Mikrocontroller, an das Steuergerät ausgeben kann.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Min-Max-Messeinheiten verwendet werden, die von Haus aus nur zwei Datenwerte ausgeben. Bei geringer Streuung der Spannungswerte können daraus bereits hinreichend zuverlässige Rückschlüsse auf den Zustand der Zellen gezogen werden, beziehungsweise die Min-Max-Daten sind hinreichend, um eine Plausibilisierung durchzuführen oder zu vervollständigen.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Batteriemanagementsystem dabei eine zweite Kommunikationsverbindung, insbesondere eine zweite Kommunikationsleitung auf, die die Zellüberwachungseinheiten und das Steuergerät verbindet.
Dies ist eine besonders vorteilhafte Variante, da eine exklusive Leitung zur Verfügung steht, was eine erhöhte Sicherheit bedeutet, wobei eine Leitung ausreicht, die Leitung einfach ausgeführt und infolgedessen auch kostengünstig ist.
Es wird bevorzugt, dass die erste Kommunikationsverbindung die Mikrocontroller der Zellüberwachungseinheiten mit einer Niedervoltseite des Steuergeräts verbindet und die zweite Kommunikationsverbindung jeweils mindestens eine Messeinheit in jeder Zellüberwachungseinheit der einen oder mehreren Zellüberwachungseinheiten mit einer Hochvoltseite des Steuergeräts verbindet.
Dabei kann vorteilhaft eine zweite redundante Messeinheit die Spannung an die Hochvoltseite des Steuergeräts übertragen, wobei im Steuergerät die Daten der Niedervoltseite und der Hochvoltseite plausibilisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Mikrokontroller dazu eingerichtet, aus mindestens einer von den Messeinheiten Spannungswerte zu empfangen, den Ladezustand basierend auf die ausgegebenen Spannungswerte zu berechnen, und den Ladezustand, eine minimale Spannung und eine maximale Spannung, und eine erfasste Temperatur auszugeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die modulweise bestimmten Ladezustände von den Zellüberwachungseinheiten an ein zentrales Steuergerät des entsprechenden Batteriemanagementsystems übermittelt.
Die Ladezustände können vorteilhaft in dem Steuergerät weiter verarbeitet werden.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Batterie mit dem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem geschaffen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie.
Außerdem wird ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem geschaffen. Das Batteriemanagementsystem überwacht eine Batterie, die mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Batterie mit einem Batteriemanagementsystem gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Batterie mit einem Batteriemanagementsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 Komponenten einer Batterie und einer Zellüberwachungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und
4 Komponenten einer Batterie und einer Zellüberwachungseinheit gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 2 ist eine Batterie mit einem Batteriemanagementsystem 21 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
Das Batteriemanagementsystem 21 weist eine redundante Topologie zur Überwachung der Batteriezellen 14 auf. Genauer gesagt ist die Messelektronik redundant ausgelegt, und die Mikrocontroller 25, 23 in dem Steuergerät 15 werden mittels zweier separater Kommunikationsverbindungen 19, 35 angesteuert.
Eine erste Kommunikationsverbindung 19 kann die Kommunikationsleitung eines CAN-Busses sein. Eine zweite Kommunikationsverbindung 35 weist beispielsweise eine sogenannte Daisy-Chain-Topologie auf. Wie in 2 gezeigt, sind somit zwei Gruppen von Messeinheiten definiert: Die eine Gruppe von Messeinheiten, welche in dem Ausführungsbeispiel eine als CVM (Englisch: „Cell Voltage Monitor“) ausgebildete Zellspannungsmesseinheit 32 ist, kommuniziert über den Mikrocontroller 33 direkt mit der Hochvoltseite 24 des Steuergeräts beziehungsweise mit dem niedervoltseitigen Mikrocontroller 23, wohingegen eine andere Gruppe von als CVM ausgebildete Zellspannungsmesseinheiten 42 direkt mit der Hochvoltseite beziehungsweise mit dem hochvoltseitigen Mikrocontroller 25 des Steuergeräts 15 kommuniziert.
Es sind zwei oder mehr Zellüberwachungseinheiten 31 mit jeweils einem Paar aus einer niedervoltseitigen Zellspannungsmesseinheit 32 und einer hochvoltseitigen Zellspannungsmesseinheit 42 vorhanden. Außerdem weisen die Zellüberwachungseinheiten 31 jeweils einen Stromsensor (nicht gezeigt) auf. Der Mikrocontroller ist jeweils dazu ausgelegt, aus der Zellspannungsmesseinheit 32 Spannungswerte zu empfangen und Stromwerte von dem Stromsensor zu empfangen, und basierend darauf den Ladezustand und eine minimale und eine maximale Spannung auszugeben. Ferner gibt er einen gemessenen Temperaturwert aus.
Gemäß einer anderen Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, können auf dem hochvoltseitigen Strang als Messeinheiten 43 wahlweise CVM oder Min-Max-Messeinheiten verwendet werden. Genauer gesagt, gemäß 3 kann für die Ausgestaltung der Zellüberwachungseinheit 31 auf Messeinheiten zurückgegriffen werden, die nur die minimale und die maximale Spannung aller zugewiesenen Zellen an das Steuergerät oder den Mikrocontroller 33 in der Zellspannungsmesseinheit 31 melden. Die Min-Max-Messeinheiten 34 vergleichen dabei den Zustand einer zugewiesenen Batteriezelle 14 mit dem Zustand der vorgeschalteten Zelle 14. So kann bei der Ermittlung der maximalen Spannung aller Batteriezellen 14 die höhere Spannung der beiden Batteriezellen 14 an die nächste Messeinheit 34 übermittelt werden, wo sie wieder mit der Batteriezelle 14 verglichen werden. Am Ende kommuniziert die letzte Messeinheit nur den höchsten Spannungswert an das Steuergerät. Analog wird auch die minimale Spannung aller Zellen 14 ermittelt.
Die Berechnung 38 des Ladezustands SOC findet jedoch genauso wie gemäß 2 in dem Mikrocontroller 33 statt, und der Mikrocontroller 33 gibt ebenfalls lediglich den Batteriemodul-basierten SOC sowie eine minimale und eine maximale Spannung sowie eine Temperatur über die Kommunikationsverbindung 19 aus, wodurch die beispielsweise als CAN-Bus ausgelegte Kommunikationsverbindung 19 nur mit einer geringen Datenmenge beansprucht wird.
Gemäß dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird auf die zweite Kommunikationsverbindung 35 verzichtet, und die Zellüberwachungseinheit 31 sendet, durch den Mikrocontroller 33, insgesamt nur noch den Ladezustand des Batteriemoduls, minimale und maximale Spannung sowie die Temperatur an das Steuergerät, und zwar auf direkte Weise. Es werden im Vergleich zu beispielsweise 2 andere Bauteile verwandt, die in nochmals veränderter Topologie eingesetzt werden. Der Mikrocontroller 33 kann vorteilhaft die Plausibilisierung der Messdaten und die Berechnung des Modul-Ladezustands vornehmen.
Zusammenfassend wird ein Batteriesystem vorgestellt, mit dem auf günstige Weise ein Hardware-basiertes redundantes System geschaffen wird, das den Aufwand für die Software-basiert Plausibilisierung im Steuergerät reduziert und die Datenrate verringert. Aufgrund der Verwendung von modifizierten Bauteilen in der Zellspannungsüberwachungseinheit und aufgrund der besonderen Topologie der Zellspannungsmesseinheiten können die Kosten für das Batteriemanagementsystem verringert werden. Die Kosten sind insbesondere für verschiedene ASIL-Level skalierbar.
Ein Fachmann erkennt, dass die Erfindung auf vielerlei Art und Weise variiert werden kann, ohne den Rahmen der Patentansprüche zu verlassen. Obwohl die Erfindung in der Beschreibung im Wesentlichen in Zusammenhang mit einer Spannungserfassung und Stromerfassung erklärt wird, sind auch andere Kombinationen möglich. Beispielsweise eine Erfassung des Widerstands und des Stroms.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009046567 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 26262 [0004]

Claims

Batteriemanagementsystem (21), aufweisend: ein Steuergerät (15), und eine oder mehrere Zellüberwachungseinheiten (31) zur Überwachung von jeweils mehreren Batteriezellen (14) von mindestens einem Batteriemodul einer Batterie, die Zellüberwachungseinheiten (31) jeweils aufweisend einen Mikrocontroller (33), der durch eine erste Kommunikationsverbindung (19) mit dem Steuergerät (15) verbunden ist, sowie eine Messelektronik zur Erfassung von einer oder mehreren Messgrößen aus den Batteriezellen (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektronik jeder Zellüberwachungseinheit (31) zumindest teilweise redundant ausgebildet ist, so dass in der Zellüberwachungseinheit (31) eine Messgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, mittels mehreren Messeinheiten (32, 34, 42, 43) mehrmals erfasst werden kann, und jede Zellüberwachungseinheit (31) Mittel zur Stromerfassung aufweist und der Mikrocontroller (33) dabei jeweils ausgebildet ist, einen Ladezustand zu berechnen.
Batteriemanagementsystem (21) nach Anspruch 1, wobei die Mikrocontroller (33) der einen oder mehreren Zellüberwachungseinheiten (31) jeweils eine Plausibilitätsfunktion zur Durchführung einer Plausibilisierung von erfassten Messdaten aufweisen.
Batteriemanagementsystem (21) gemäß Anspruch 2, wobei die Mikrocontroller (33) jeweils eine Verarbeitungs- und Ausgabefunktion aufweisen zur Generierung und Ausgabe von Informationen über die erfassten Messdaten an das Steuergerät (15).
Batteriemanagementsystem (21) nach Anspruch 3, wobei die Mikrocontroller (33) ferner jeweils eine Alarmfunktion aufweisen zur Generierung eines Alarmsignals, falls ein erfasster Messwert einen kritischen Wert, insbesondere einen Überspannungswert oder Unterspannungswert annimmt.
Batteriemanagementsystem (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Messeinheiten jeweils eine als Min-Max-Messeinheit (34) ausgebildete Messeinheit zum Ermitteln eines minimalen und eines maximalen Spannungswertes und zum Verwerfen von dazwischenliegenden Spannungswerten aufweisen.
Batteriemanagementsystem (21) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellüberwachungseinheiten (31) derart gestaltet sind, dass mindestens eine der mehreren Messeinheiten (32, 34, 42, 43) Daten direkt, ohne eine Zwischenschaltung mit dem Mikrocontroller (33), an das Steuergerät (15) ausgeben kann.
Batteriemanagementsystem (21) gemäß Anspruch 6, ferner aufweisend eine zweite Kommunikationsverbindung (35), insbesondere eine zweite Kommunikationsleitung, die die Zellüberwachungseinheiten (31) und das Steuergerät (15) miteinander verbindet.
Batteriemanagementsystem (21) gemäß Anspruch 7, wobei die erste Kommunikationsverbindung (19) die Mikrocontroller (33) der Zellüberwachungseinheiten (31) mit einer Niedervoltseite (22) des Steuergeräts (15) verbindet und die zweite Kommunikationsverbindung (35) jeweils mindestens eine Messeinheit (32, 34, 42, 43) in jeder Zellüberwachungseinheit (31) der einen oder mehreren Zellüberwachungseinheiten (31) mit einer Hochvoltseite (24) des Steuergeräts (15) verbindet.
Batteriemanagementsystem (21) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrocontroller (33) dazu eingerichtet sind, aus mindestens einer von den Messeinheiten (32, 34, 42, 43) Spannungswerte zu empfangen, den Ladezustand basierend auf die ausgegebenen Spannungswerte zu berechnen, und den Ladezustand, eine minimale Spannung und eine maximale Spannung, und eine erfasste Temperatur auszugeben.
Verfahren zur Bestimmung des Ladezustands einer Batterie, bei dem der Ladezustand zunächst modulweise unter Verwendung von mindestens einer der in den vorhergehen Ansprüchen beschriebenen einer oder mehreren Zellüberwachungseinheiten (31) bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem die modulweise bestimmten Ladezustände von den Zellüberwachungseinheiten (31) an das Steuergerät (15) übermittelt werden.
Batterie mit einem Batteriemanagementsystem (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kraftfahrzeug mit einem Batteriemanagementsystem (21) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die von dem Batteriemanagementsystem (21) zu überwachende Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.