DE102012203017A1 - System for managing high voltage battery system mounted in vehicle, has control device to monitor voltages to individual battery cells of battery modules, and monitoring device to monitor electrical connection between battery modules - Google Patents

System for managing high voltage battery system mounted in vehicle, has control device to monitor voltages to individual battery cells of battery modules, and monitoring device to monitor electrical connection between battery modules Download PDF

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Abstract

The management system has several electrically interconnected battery modules that are provided with several electrically-connected battery cells (12). The control device is provided to monitor voltages to individual battery cells of battery modules. The monitoring device is provided to monitor electrical connection between battery modules. An independent claim is included for method for monitoring battery system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen eines Batteriesystems, insbesondere eines Hochvolt-Batteriesystems, das mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule aufweist, die jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen umfassen, wobei das Batteriemanagementsystem mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen oder Gruppen von parallelgeschalteten Batteriezellen der Batteriemodule aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Batteriegesamtsystem mit einem Batteriemanagementsystem und ein Verfahren zum Überwachen eines Batteriesystems.The invention relates to a battery management system for monitoring a battery system, in particular a high-voltage battery system having a plurality of electrically interconnected battery modules, each comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, wherein the battery management system at least one control and / or regulating device for monitoring the voltages to the individual battery cells or groups of parallel-connected battery cells of the battery modules. The invention further relates to a battery overall system with a battery management system and a method for monitoring a battery system.

Stand der TechnikState of the art

Batteriesysteme mit mehreren miteinander elektrisch verschalteten Batteriemodulen, die ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen umfassen, sind zum Beispiel als Batteriepacks von sogenannten Hochvolt-Batteriesystemen bekannt. Derartige Hochvolt-Batteriesysteme finden unter anderem als elektrische Energiespeicher bei Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb Anwendung. Unter dem Begriff Batterie (Batteriezelle, Batteriemodul, Batteriesystem, etc.) ist insbesondere eine wiederaufladbare Batterie (ein Akkumulator beziehungsweise eine Sekundärzelle) zu verstehen. Zur Überwachung und Regelung eines nachladbaren Batteriesystems, d.h. eines Akkumulatorsystems wird beispielsweise ein Batteriemanagementsystem (BMS) verwendet. Die mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen der Batteriemodule dieses Batteriemanagement-Systems ist zum Beispiel als Modulcontroller beziehungsweise als CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) des Batteriemanagement-Systems bekannt, die zur Überwachung und Regelung auf Modulebene genutzt wird. Battery systems with a plurality of electrically interconnected battery modules, which in turn each comprise a plurality of electrically interconnected battery cells, are known for example as battery packs of so-called high-voltage battery systems. Such high-voltage battery systems are used, inter alia, as electrical energy storage in vehicles with electric or hybrid drive application. The term battery (battery cell, battery module, battery system, etc.) is to be understood in particular as a rechargeable battery (an accumulator or a secondary cell). To monitor and control a rechargeable battery system, i. an accumulator system, for example, a battery management system (BMS) is used. The at least one control and / or regulating device for monitoring the voltages on the battery cells of the battery modules of this battery management system is known, for example, as a module controller or CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) of the battery management system, which is used for monitoring and control at the module level is being used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen, das erfindungsgemäße Batteriegesamtsystem mit den in Anspruch 9 genannten Merkmalen und das Überwachungsverfahren mit den in Anspruch 11 genannten Merkmalen bieten den Vorteil, dass das gesamte Batteriesystem mittels eines Batteriemanagementsystems überwachbar ist, das seinerseits Modulcontroller zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen der Batteriemodule nutzt.The battery management system according to the invention with the features mentioned in claim 1, the battery overall system according to the invention with the features mentioned in claim 9 and the monitoring method with the features mentioned in claim 11 offer the advantage that the entire battery system can be monitored by means of a battery management system, which in turn module controller for monitoring uses the voltages on the battery cells of the battery modules.

Das erfindungsbemäße Batteriemanagementsystem weist weiterhin mindestens eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von mindestens einer elektrischen Verbindung zwischen den Batteriemodulen bei deren elektrischer Verschaltung auf. Diese mindestens eine Überwachungseinrichtung ist entweder (i) in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung oder in mindestens einer der mehreren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen implementiert oder (ii) eine von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung separate Überwachungseinrichtung. Durch die Überwachung der mindestens einen elektrischen Verbindung zwischen den Batteriemodulen werden nicht nur modulinterne Betriebsgrößen überwacht, gesteuert und geregelt sowie modulinterne Funktionseinschränkungen, Funktionsverluste und Fehlfunktionen erkannt, angezeigt und/oder kompensiert, sondern auch modulübergreifende Funktionseinschränkungen, Funktionsverluste und Fehlfunktionen erkannt, angezeigt und/oder kompensiert. Die Batteriezellen sind insbesondere wiederaufladbare Batteriezellen (Akkumulatorzellen).The battery management system according to the invention furthermore has at least one monitoring device for monitoring at least one electrical connection between the battery modules in their electrical connection. This at least one monitoring device is either (i) implemented in the control and / or regulating device or in at least one of the plurality of control and / or regulating devices or (ii) is a monitoring device separate from the at least one control and / or regulating device. By monitoring the at least one electrical connection between the battery modules, not only module-internal operating variables are monitored, controlled and regulated, and module-internal functional restrictions, function losses and malfunctions are detected, displayed and / or compensated, but also module-spanning functional limitations, function losses and malfunctions are identified, displayed and / or displayed compensated. The battery cells are in particular rechargeable battery cells (accumulator cells).

Die mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen der Batteriemodule dieses Batteriemanagement-Systems sind zum Beispiel als Modulcontroller beziehungsweise als CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) des Batteriemanagement-Systems bekannt, die zur Überwachung und Regelung auf Modulebene genutzt werden. Die mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen der Batteriemodule ist bevorzugt eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen und anderer Kenngrößen der Batteriezellen der Batteriemodule. Insbesondere ist vorgesehen, dass je eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung die Spannungen an den Batteriezellen eines ihr zugeordneten Batteriemoduls überwacht.The at least one control and / or regulating device for monitoring the voltages on the battery cells of the battery modules of this battery management system are known, for example, as a module controller or as CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) of the battery management system for monitoring and control at the module level be used. The at least one control and / or regulating device for monitoring the voltages on the battery cells of the battery modules is preferably a control and / or regulating device for monitoring the voltages and other characteristics of the battery cells of the battery modules. In particular, it is provided that each control and / or regulating device monitors the voltages on the battery cells of a battery module assigned to it.

Das Batteriesystem ist insbesondere ein Hochvolt-Batteriesystem mit einer Gesamtspannung von mehr als 80 Volt, insbesondere von mehreren hundert Volt, wie es als Batterie-Pack in Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb Verwendung findet. The battery system is in particular a high-voltage battery system with a total voltage of more than 80 volts, in particular of several hundred volts, as it is used as a battery pack in vehicles with electric or hybrid drive.

Insbesondere weist die mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen mindestens ein Verbindungselement (einen Modulverbinder) auf. Dieses Verbindungselement ist zum Beispiel eine Leitung, die die äußeren Kontakte der Module innerhalb des Batteriesystems verschaltet. Im einfachsten Fall wird die elektrische Verbindung zwischen zwei Modulen durch das Verbindungselement und dessen jeweiligem elektrischen Kontakt zu den durch dieses Element verbundenen Modulen hergestellt.In particular, the at least one electrical connection between the battery modules has at least one connecting element (a module connector). This connection element is, for example, a line which connects the outer contacts of the modules within the battery system. In the simplest case, the electrical connection between two modules is made by the connecting element and its respective electrical contact with the modules connected by this element.

Mit Vorteil ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung eine Messvorrichtung zur Messung des aktuellen Spannungsabfalls über der elektrischen Verbindung zwischen den Batteriemodulen oder eines mit diesem aktuellen Spannungsabfall zusammenhängenden Kennwertes der elektrischen Verbindung aufweist. Ein solcher Kennwert ist beispielsweise der Übergangswiderstand zwischen den Anschlüssen der Batteriemodule.Advantageously, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the monitoring device is a measuring device for measuring the current voltage drop across the having electrical connection between the battery modules or one associated with this current voltage drop characteristic of the electrical connection. Such a characteristic value is, for example, the contact resistance between the terminals of the battery modules.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Vergleich zwischen dem aktuellen Spannungsabfall über der elektrischen Verbindung oder dem von diesem aktuellen Spannungsabfall abhängigen Wert mit einem entsprechenden Grenzwert durchzuführen. Die Überwachungseinrichtung wertet durch den Vergleich somit stets aktuelle Kennwerte (aktuelle Spannung, aktueller Widerstand, etc.) aus.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the monitoring device is set up to carry out a comparison between the current voltage drop across the electrical connection or the value dependent on this current voltage drop with a corresponding limit value. The monitoring device thus evaluates by the comparison always current characteristics (current voltage, current resistance, etc.).

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Überwachungseinrichtung einen Speicher zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Kennwerte auf. Die Überwachung ist somit nicht auf den jeweils aktuellen wert beschränkt, sondern kann die zeitliche Dynamik berücksichtigen.According to an advantageous development of the invention, the monitoring device has a memory for recording the time profile of the measured characteristic values. The monitoring is thus not limited to the current value, but can take into account the temporal dynamics.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung zur Extrapolation des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Kennwerte eingerichtet. Die Überwachungseinrichtung kann durch die Extrapolation des zeitlichen Verlaufs der Kennwerte eine zukünftige Entwicklung der Qualität der Verbindung zwischen den Batteriemodulen abschätzen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the monitoring device is set up to extrapolate the time profile of the measured characteristic values. The monitoring device can estimate the future development of the quality of the connection between the battery modules by extrapolating the time characteristic of the characteristic values.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung ein Modell, insbesondere ein mathematisches Modell, der mindestens einen elektrischen Verbindung aufweist. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Vergleich zwischen dem zeitlichen Verlauf der Messwerte mit einem entsprechenden Modell-Verlauf durchzuführen.According to a further advantageous development of the invention, it is provided that the monitoring device has a model, in particular a mathematical model, which has at least one electrical connection. In particular, it is provided that the monitoring device is set up to carry out a comparison between the time profile of the measured values and a corresponding model profile.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung einen Datenspeicher mit den Daten von Kennlinien des Spannungsabfalls und/oder des mindestens einen anderen Kennwerts aufweist. Dieser Datenspeicher ist insbesondere der zuvor genannte Speicher zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Kennwerte.According to yet another advantageous embodiment of the invention, it is provided that the monitoring device has a data memory with the data of characteristics of the voltage drop and / or the at least one other characteristic value. This data memory is in particular the aforementioned memory for recording the time profile of the measured characteristic values.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Vergleich zwischen dem zeitlichen Verlauf der Messwerte mit einem entsprechenden Modell-Verlauf und/oder einem Verlauf einer im Datenspeicher gespeicherten Kennlinie durchzuführen.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the monitoring device is set up to carry out a comparison between the time profile of the measured values with a corresponding model profile and / or a profile of a characteristic stored in the data memory.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Batteriegesamtsystem mit einem Batteriesystem, insbesondere Hochvolt-Batteriesystem, das mehrere miteinander elektrisch verschalteten Batteriemodule aufweist, die ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen umfassen. Das Batteriegesamtsystem weist weiterhin ein vorstehend genanntes Batteriemanagementsystem auf.The invention further relates to a battery overall system comprising a battery system, in particular a high-voltage battery system, which has a plurality of battery modules electrically interconnected to one another, each of which in turn comprises a plurality of battery cells electrically interconnected to one another. The battery overall system further includes an aforementioned battery management system.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gesamtsystems ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen zu deren elektrischer Verschaltung mindestens ein Verbindungselement (einen Modulverbinder) aufweist.According to a preferred embodiment of the overall system according to the invention, provision is made for the at least one electrical connection between the battery modules to have at least one connecting element (a module connector) to their electrical interconnection.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Überwachen eines Batteriesystems, insbesondere eines Hochvolt-Batteriesystems, mittels eines Batteriemanagementsystems, wobei das Batteriesystem mehrere mittels mindestens einer elektrischen Verbindung miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule aufweist, die jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen umfassen, wobei das Batteriemanagementsystem mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Überwachung der Spannungen an den einzelnen Batteriezellen oder Gruppen von parallelgeschalteten Batteriezellen der Batteriemodule aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen durch mindestens eine Überwachungseinrichtung überwacht wird, die (i) in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung oder in mindestens einer der mehreren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen implementiert ist oder (ii) eine von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung separate Überwachungseinrichtung ist.The invention further relates to a method for monitoring a battery system, in particular a high-voltage battery system, by means of a battery management system, wherein the battery system comprises a plurality of electrically interconnected at least one electrical connection battery modules, each comprising a plurality of electrically interconnected battery cells, wherein the battery management system at least a control and / or regulating device for monitoring the voltages at the individual battery cells or groups of parallel-connected battery cells of the battery modules. According to the invention, the at least one electrical connection between the battery modules is monitored by at least one monitoring device which is (i) implemented in the control and / or regulating device or in at least one of the plurality of control and / or regulating devices or (ii) is a separate from the at least one control and / or regulating device monitoring device.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to figures. Show it

1 eine schematische Darstellung der Möglichkeiten zur elektrischen Verschaltung von Batteriezellen zu einem Batteriesystem, 1 a schematic representation of the possibilities for the electrical interconnection of battery cells to a battery system,

2 eine schematische Darstellung einerAusgestaltung eines als Hochvolt-Batteriesystem ausgebildeten Batteriesystems basierend auf Batteriemodulen, und 2 a schematic representation of an embodiment of a designed as a high-voltage battery system battery system based on battery modules, and

3 ein Batteriegesamtsystem mit einem Batteriesystem und einem entsprechenden Batteriemanagementsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 3 a battery overall system with a battery system and a corresponding battery management system according to a preferred embodiment of the invention.

Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung zwei prinzipielle Möglichkeiten zum Aufbau eines Batteriesystems 10, insbesondere eines sogenannten Hochvolt-Batteriesystems, durch das elektrische Verschalten von einzelnen Batteriezellen 12. The 1 shows a schematic representation of two principal ways to build a battery system 10 , in particular a so-called high-voltage battery system, by the electrical interconnection of individual battery cells 12 ,

Nach aktuellem Stand der Technik werden derartige Batteriesysteme 10 wie folgt aufgebaut: Die kleinste Einheit bildet die eigentliche Batteriezelle (oder Elementarzelle) 12. Diese ist beispielsweise mit Li(NixCoyMnz)O2 gemischt mit LiMn2O4 oder LiFePO4 als Aktivmaterialien ausgeführt. Diese Batteriezelle (kurz Zelle) 12 liefert ihrer chemisch-physikalischen Natur nach eine Spannung in Spannungsbereich von 2,8 Volt bis 4,2 Volt. Wenn die Zelle voll aufgeladen ist, was einem Ladezustand (SOC: State Of Charge) von 100% entspricht (SOC = aktuelle Ladungsmenge [Ah] geteilt durch maximale Ladungsmenge die nach dem aktuellen Lebensdauer-Zustand der Zelle möglich ist [Ah]·100%), dann beträgt ihre Leerlaufspannung üblicherweise 4,2 V.According to the current state of the art, such battery systems 10 structured as follows: The smallest unit forms the actual battery cell (or unit cell) 12 , This is carried out, for example, with Li (Ni x Co y Mn z ) O 2 mixed with LiMn 2 O 4 or LiFePO 4 as active materials. This battery cell (short cell) 12 provides its chemical-physical nature, a voltage in voltage range from 2.8 volts to 4.2 volts. When the cell is fully charged, which corresponds to a state of charge (SOC) of 100% (SOC = actual charge amount [Ah] divided by maximum charge amount possible according to the current life state of the cell [Ah] × 100% ), then their open circuit voltage is usually 4.2 V.

Um eine hohe Spannung, üblicherweise im Bereich von etwa 400 Volt (~400V), welche für Hybridfahrzeug- und Elektrofahrzeugantriebe benötigt wird, zu generieren, werden die Batteriezellen 12 eines solchen Hochvolt-Batteriesystems elektrisch seriell verschalten. Um einen höheren Leistungs und Energieinhalt zu erreichen, können mehrere von diesen seriellen Stränge zueinander parallel geschalten werden (1 links). Eine weitere Möglichkeit ist es, mehrere Batteriezellen 12 zueinander parallel zu schalten und diese neue Einheit wiederum seriell mit weiteren Einheiten dieser Art zu verschalten (Matrixverschaltung – 1 rechts).To generate a high voltage, typically in the range of about 400 volts (~ 400V) needed for hybrid vehicle and electric vehicle drives, the battery cells 12 such a high-voltage battery system electrically connect in series. To achieve a higher power and energy content, several of these serial strings can be connected in parallel to each other ( 1 Left). Another option is to use multiple battery cells 12 parallel to each other and in turn connect this new unit in series with other units of this type (matrix interconnection - 1 right).

Die 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein als Hochvolt-Batteriesystem ausgebildetes Batteriesystem 10, das mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule 14 aufweist, die ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen 12 umfassen. Derartig aufgebaute Batteriesysteme 10 werden auch als Batteriepacks bezeichnet und werden in Kraftfahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb als Traktionsbatterien genutzt.The 2 shows a schematic representation of a designed as a high-voltage battery system battery system 10 , the several electrically interconnected battery modules 14 in turn, each having a plurality of electrically interconnected battery cells 12 include. Such constructed battery systems 10 are also referred to as battery packs and are used in motor vehicles with electric or hybrid drive as traction batteries.

Das in 2 gezeigte Batteriesystem 10 weist beispielsweise sieben elektrisch in Serie geschaltete Batteriemodule 14 auf. Jedes der Batteriemodule 14 weist seinerseits achtzehn Batteriezellen 12 auf. Je drei dieser Batteriezellen 12 sind in einer Gruppe 16 elektrisch zueinander parallel geschaltet. Diese Gruppen 16 von parallel geschalteten Batteriezellen 12 sind wiederum seriell miteinander verschaltet und bilden das jeweilige Batteriemodul 14 (von denen das in 2 gezeigte Batteriesystem 10 – wie erwähnt – sieben Module 14 aufweist).This in 2 shown battery system 10 has, for example, seven battery modules connected electrically in series 14 on. Each of the battery modules 14 in turn has eighteen battery cells 12 on. Three of these battery cells each 12 are in a group 16 electrically connected in parallel to each other. These groups 16 of parallel connected battery cells 12 are in turn connected in series with each other and form the respective battery module 14 (of which the in 2 shown battery system 10 - as mentioned - seven modules 14 having).

Mehrere Batteriezellen 12 beziehungsweise mehrere Gruppen 16 von parallel geschalteten Batteriezellen 12 werden dabei jeweils zu einem Batteriemodul 14 zusammengefasst. Diese Batteriemodule 14 sind Einheiten des Batteriesystems 10, die für einen modulweisen Austausch innerhalb des Batteriesystems 10 vorgesehen sein können. Die Batteriemodule 14 sind mittels einer elektrischen Verbindung 18 oder mehrerer elektrischer Verbindungen 18 zwischen den Batteriemodulen 12 miteinander elektrisch zu dem Batteriesystem 10 verschaltet. Diese elektrische(n) Verbindung(en) 18 wird/werden durch mindestens ein entsprechendes Verbindungselement (Modulverbinder) 20 hergestellt.Several battery cells 12 or several groups 16 of parallel connected battery cells 12 in each case become a battery module 14 summarized. These battery modules 14 are units of the battery system 10 for a module-wise replacement within the battery system 10 can be provided. The battery modules 14 are by means of an electrical connection 18 or more electrical connections 18 between the battery modules 12 electrically connected to the battery system 10 connected. This electrical connection (s) 18 is / are made by at least one corresponding connecting element (module connector) 20 produced.

Das jeweilige Batteriemodul 14 oder zumindest eine Modulgruppe von Batteriemodulen 14 eines Batteriesystems 10 besitzt im Normalfall eine als Modulcontroller oder auch CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) bezeichnete Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen 12 oder an den Gruppen 16 von parallel geschalteten Batteriezellen 12 des entsprechenden Batteriemoduls 14 bzw. der entsprechenden Batteriemodule 14. Eine solche Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 ist in 3 dargestellt. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 ist Teil eines Batteriemanagementsystems 24 zum Überwachen des Batteriesystems 10.The respective battery module 14 or at least one module group of battery modules 14 a battery system 10 normally has a control and / or regulating device designated as module controller or also CSC (CSC: Cell Supervisory Controller) 22 for monitoring the voltages on the battery cells 12 or at the groups 16 of parallel connected battery cells 12 of the corresponding battery module 14 or the corresponding battery modules 14 , Such a control and / or regulating device 22 is in 3 shown. The control and / or regulating device 22 is part of a battery management system 24 for monitoring the battery system 10 ,

Die 3 zeigt ein Batteriegesamtsystem 26 mit einem aus Batteriemodulen 14 aufgebauten Batteriesystem 10, von denen zumindest drei in Serie geschaltete Batteriemodule 14 dargestellt sind. The 3 shows a battery overall system 26 with one out of battery modules 14 built-up battery system 10 of which at least three series-connected battery modules 14 are shown.

Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 18 zur Überwachung der Spannungen an den Batteriezellen 14 der entsprechenden Batteriemodule 12 misst die (Zell-)Spannungen und die Zelltemperaturen der einzelnen zugeordneten Batteriezellen 12 oder Gruppen 16 von parallel geschalteten Batteriezellen 12 des entsprechenden Batteriemoduls 14 und führt erste Berechnungen durch. Mehrere Batteriemodule 14 werden wiederum miteinander zu dem als Batteriepack ausgebildeten Batteriesystem 10 verbunden. Das Batteriemanagementsystem 24 BCU (Battery Controll Unit) ist eingerichtet, die Daten der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 auszuwerten und die Kommunikationsschnittstelle zum (nicht gezeigten) Fahrzeug zu bilden. Weiterhin sind in dem als Batteriepack ausgebildeten Batteriesystem 10 auch Relais, Sicherungen, das Kühlsystem, das Entgasungssystem, die Niedervoltschnittstelle, Strommessungsinstanzen und/oder Sicherheitskreise wie eine Wartungslinie oder ein HV-lnterlock enthalten.The control and / or regulating device 18 for monitoring the voltages on the battery cells 14 the corresponding battery modules 12 measures the (cell) voltages and the cell temperatures of the individual associated battery cells 12 or groups 16 of parallel connected battery cells 12 of the corresponding battery module 14 and performs first calculations. Several battery modules 14 In turn, they are connected together to the battery system designed as a battery pack 10 connected. The battery management system 24 BCU (Battery Control Unit) is set up, the data of the at least one control and / or regulating device 22 evaluate and form the communication interface to the vehicle (not shown). Furthermore, in the battery system designed as a battery pack 10 also include relays, fuses, the cooling system, the degassing system, the low voltage interface, current measurement instances and / or safety circuits such as a maintenance line or HV interlock.

Die Verbindungselemente 20, welche die einzelnen Module 14 elektrisch leitend miteinander verbinden, bestehen vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium und sind beispielsweise in Form von massiven schienenartigen Verbindern oder in Form von flexiblen Kabeln ausgeführt. Massive Verbindungselemente 20 werden können durch Verschraubung an den Endpunkten kontaktiert werden oder durch Verschweißen mittels Industrielasern. Flexible kabelartige Verbindungselemente 20 werden zumeist verschraubt oder gequetscht kontaktiert.The connecting elements 20 which the individual modules 14 connect electrically conductive with each other, preferably made of copper or aluminum and are designed for example in the form of solid rail-like connectors or in the form of flexible cables. Massive fasteners 20 can be contacted by screwing at the end points or by welding using industrial lasers. Flexible cable-type connecting elements 20 are usually contacted screwed or squeezed.

Diese beschriebenen elektrischen Verbindungen 18 sind von hoher Güte, da der Gesamte Batteriestrom über sie fließen kann (bei serieller Verschaltung aller Module). Ist eine elektrische Verbindung 18 zwischen zwei Batteriemodulen 14 fehlerhaft oder schlecht leitend ausgeführt, dann liegt an dieser Stelle ein höherer elektrischer Widerstand vor als bei den anderen elektrische Verbindung 18. Dieser Widerstand kann bei den üblicherweise hohen Batterieströmen für einen merklichen Spannungsabfall an der fehlerhaften Verbindung 18 verantwortlich sein und die Gesamtleistung des Batteriesystems 10 herabsetzen. Auch kann die Verbindung 18 durch kleinste Lichtbögen und die sich dabei entwickelnde Hitze an der betreffenden Stelle zunehmend schlechter werden bis hin zu einem Totalausfall des Batteriesystems 10.These described electrical connections 18 are of high quality, since the entire battery current can flow over them (with serial connection of all modules). Is an electrical connection 18 between two battery modules 14 executed faulty or poorly conductive, then there is at this point a higher electrical resistance than in the other electrical connection 18 , This resistance can cause a significant voltage drop in the faulty connection in the usually high battery currents 18 be responsible and the overall performance of the battery system 10 decrease. Also, the connection can be 18 The smallest arcs and the resulting heat at the point in question are getting worse and worse, leading to a total failure of the battery system 10 ,

Das in der 3 gezeigte Batteriemanagementsystem 24 weist mindestens eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von mindestens einer elektrischen Verbindung 18 zwischen den Batteriemodulen 14 zu deren elektrischer Verschaltung auf, wobei diese mindestens eine Überwachungseinrichtung in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 beziehungsweise in mindestens einer der mehreren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 22 implementiert ist.That in the 3 shown battery management system 24 has at least one monitoring device for monitoring at least one electrical connection 18 between the battery modules 14 for their electrical connection, said at least one monitoring device in the control and / or regulating device 22 or in at least one of the several control and / or regulating devices 22 is implemented.

Alternativ kann die mindestens eine Überwachungseinrichtung aber auch eine von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 22 separate Überwachungseinrichtung des Batteriemanagementsystems 24 sein (nicht gezeigt).Alternatively, the at least one monitoring device but also one of the at least one control and / or regulating device 22 separate monitoring device of the battery management system 24 be (not shown).

Die Überwachungseinrichtung ist dabei eingerichtet, einen Vergleich zwischen dem aktuellen Spannungsabfall über der elektrischen Verbindung 18 oder einem von diesem aktuellen Spannungsabfall abhängigen Wert mit einem entsprechenden Grenzwert durchzuführen. Dadurch kann der Zustand der beschriebenen Verbindungselemente 20 mittels der Überwachungseinrichtung zuverlässig überwacht werden.The monitoring device is set up here, a comparison between the current voltage drop across the electrical connection 18 or a value dependent on this actual voltage drop with a corresponding limit value. This allows the condition of the fasteners described 20 be reliably monitored by means of the monitoring device.

Unter dem Begriff Batterie (Batteriezelle, Batteriemodul, Batteriesystem, etc.) ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere eine wiederaufladbare Batterie (ein Akkumulator beziehungsweise eine Sekundärzelle) zu verstehen. The term battery (battery cell, battery module, battery system, etc.) is to be understood in the context of the invention in particular a rechargeable battery (an accumulator or a secondary cell).

Die Batteriesysteme 10 finden unter anderem als elektrische Energiespeicher bei Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb Verwendung. Das Batteriemanagementsystem 24 mit der Überwachungseinrichtung macht es bei dieser Anwendung möglich, Aussagen zum physikalischen Zustand der Modulverbindungen zu treffen, insbesondere:

  • • im normalen Betrieb,
  • • während einem Unfall bei dem das Fahrzeug beschädigt wird und
  • • nach einem Unfall bei dem das Fahrzeug beschädigt wurde und der innere Zustand des Batteriesystems 10 sowie seiner einzelnen Module 14 und Zellen 12 unklar ist.
The battery systems 10 are used, inter alia, as electrical energy storage in vehicles with electric or hybrid drive use. The battery management system 24 The monitoring device makes it possible in this application to make statements about the physical state of the module connections, in particular:
  • • in normal operation,
  • • during an accident in which the vehicle is damaged and
  • • after an accident in which the vehicle has been damaged and the internal condition of the battery system 10 as well as its individual modules 14 and cells 12 is unclear.

Durch die Beobachtung der Modulverbindungen 18 können, bei eintretendem Fehlerfall oder sich andeutendem Fehlerfall, gefährliche Situationen im Straßenverkehr, durch rechtzeitige Warnung oder Eingriff der Steuerungselektronik, verhindert werden.By observing the module connections 18 In the event of a fault or faulty situation, dangerous situations in traffic, timely warning or intervention of the control electronics can be prevented.

Das Batteriemanagementsystem 24 ist somit ein Batteriemanagementsystem, das zusätzlich zu den Aufgaben eines herkömmlichen Batteriemanagementsystems auch zur Überwachung von mechanischen Verbindungen in Traktionsbatteriesystemen, insbesondere Lithium Hochvoltbatteriesysteme, durch Auswertung von Messgrößen elektrischer Systemzustände nutzbar ist.The battery management system 24 is thus a battery management system that can be used in addition to the tasks of a conventional battery management system for monitoring mechanical connections in traction battery systems, in particular lithium high-voltage battery systems, by evaluating measured variables of electrical system states.

Claims (11)

Batteriemanagementsystem (24) zum Überwachen eines Batteriesystems (10), insbesondere eines Hochvolt-Batteriesystems, das mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule (14) aufweist, die jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen (12) umfassen, wobei das Batteriemanagementsystem (24) mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) zur Überwachung der Spannungen (UC1 ... UCn) an den einzelnen Batteriezellen (12) oder Gruppen (16) von parallelgeschalteten Batteriezellen (12) der Batteriemodule (14) aufweist, gekennzeichnet durch mindestens eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung von mindestens einer elektrischen Verbindung (18) zwischen den Batteriemodulen (14) zu deren elektrischer Verschaltung, wobei diese mindestens eine Überwachungseinrichtung – in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) oder in mindestens einer der mehreren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen (22) implementiert ist oder – eine von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) separate Überwachungseinrichtung ist.Battery management system ( 24 ) for monitoring a battery system ( 10 ), in particular a high-voltage battery system, the plurality of electrically interconnected battery modules ( 14 ), each having a plurality of electrically interconnected battery cells ( 12 ), wherein the battery management system ( 24 ) at least one control and / or regulating device ( 22 ) for monitoring the voltages (U C1 ... U Cn ) at the individual battery cells ( 12 ) or groups ( 16 ) of parallel-connected battery cells ( 12 ) of the battery modules ( 14 ), characterized by at least one monitoring device for monitoring at least one electrical connection ( 18 ) between the battery modules ( 14 ) to the electrical interconnection, said at least one monitoring device - in the control and / or regulating device ( 22 ) or in at least one of the several control and / or regulating devices ( 22 ) or - one of the at least one control and / or regulating device ( 22 ) is separate monitoring device. Batteriemanagementsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine Messvorrichtung zur Messung des aktuellen Spannungsabfalls über der elektrischen Verbindung zwischen den Batteriemodulen (14) oder eines mit diesem aktuellen Spannungsabfall zusammenhängenden Kennwertes der elektrischen Verbindung (18) aufweist.Battery management system according to claim 1, characterized in that the monitoring device comprises a measuring device for measuring the current voltage drop across the electrical Connection between the battery modules ( 14 ) or a characteristic value of the electrical connection associated with this current voltage drop ( 18 ) having. Batteriemanagementsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Vergleich zwischen dem aktuellen Spannungsabfall über der elektrischen Verbindung (18) oder dem von diesem aktuellen Spannungsabfall abhängigen Wert mit einem entsprechenden Grenzwert durchzuführen. Battery management system according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring device is set up, a comparison between the current voltage drop across the electrical connection ( 18 ) or the value dependent on this current voltage drop with a corresponding limit value. Batteriemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung einen Speicher zum Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs der Messwerte aufweist.Battery management system according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device has a memory for recording the time profile of the measured values. Batteriemanagementsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung zur Extrapolation des zeitlichen Verlaufs der Messwerte eingerichtet ist. Battery management system according to claim 4, characterized in that the monitoring device is set up for extrapolation of the time profile of the measured values. Batteriemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung ein Modell, insbesondere ein mathematisches Modell, der mindestens einen elektrischen Verbindung aufweist.Battery management system according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device is a model, in particular a mathematical model having at least one electrical connection. Batteriemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung einen Datenspeicher mit den Daten von Kennlinien des Spannungsabfalls und/oder des mindestens einen anderen Kennwerts aufweist. Battery management system according to one of the preceding claims 4 to 6, characterized in that the monitoring device has a data memory with the data of characteristics of the voltage drop and / or the at least one other characteristic value. Batteriemanagementsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eingerichtet ist, einen Vergleich zwischen dem zeitlichen Verlauf der Messwerte mit einem entsprechenden Modell-Verlauf und/oder einem Verlauf einer im Datenspeicher gespeicherten Kennlinie durchzuführen. Battery management system according to claim 6 or 7, characterized in that the monitoring device is arranged to perform a comparison between the time course of the measured values with a corresponding model history and / or a course of a stored in the data memory characteristic. Batteriegesamtsystem (26) mit einem mehrere miteinander elektrisch verschalteten Batteriemodule (14) aufweisenden Batteriesystem (10), insbesondere Hochvolt-Batteriesystem, wobei die Batteriemodule (14) ihrerseits jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen (12) umfassen, gekennzeichnet durch ein Batteriemanagementsystem (24) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche. Overall battery system ( 26 ) with a plurality of electrically interconnected battery modules ( 14 ) having battery system ( 10 ), in particular high-voltage battery system, wherein the battery modules ( 14 ) in turn each have a plurality of electrically interconnected battery cells ( 12 ), characterized by a battery management system ( 24 ) according to at least one of the preceding claims. Batteriegesamtsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Verbindung (18) zwischen den Batteriemodulen (14) zu deren elektrischer Verschaltung mindestens ein Verbindungselement (20) aufweist. Battery overall system according to claim 9, characterized in that the at least one electrical connection ( 18 ) between the battery modules ( 14 ) to the electrical interconnection at least one connecting element ( 20 ) having. Verfahren zum Überwachen eines Batteriesystems (10), insbesondere eines Hochvolt-Batteriesystems, mittels eines Batteriemanagementsystems (24), wobei das Batteriesystem (10) mehrere mittels mindestens einer elektrischen Verbindung (18) miteinander elektrisch verschaltete Batteriemodule (14) aufweist, die jeweils mehrere miteinander elektrisch verschaltete Batteriezellen (12) umfassen, wobei das Batteriemanagementsystem (24) mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) zur Überwachung der Spannungen (UC1 ... UCn) an den einzelnen Batteriezellen (12) oder Gruppen (16) von parallelgeschalteten Batteriezellen (12) der Batteriemodule (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Verbindung (18) zwischen den Batteriemodulen (14) durch mindestens eine Überwachungseinrichtung überwacht wird, die – in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) oder in mindestens einer der mehreren Steuer- und/oder Regeleinrichtungen (22) implementiert ist oder – eine von der mindestens einen Steuer- und/oder Regeleinrichtung (22) separate Überwachungseinrichtung ist.Method for monitoring a battery system ( 10 ), in particular a high-voltage battery system, by means of a battery management system ( 24 ), the battery system ( 10 ) several by means of at least one electrical connection ( 18 ) electrically interconnected battery modules ( 14 ), each having a plurality of electrically interconnected battery cells ( 12 ), wherein the battery management system ( 24 ) at least one control and / or regulating device ( 22 ) for monitoring the voltages (U C1 ... U Cn ) at the individual battery cells ( 12 ) or groups ( 16 ) of parallel-connected battery cells ( 12 ) of the battery modules ( 14 ), characterized in that the at least one electrical connection ( 18 ) between the battery modules ( 14 ) is monitored by at least one monitoring device which - in the control and / or regulating device ( 22 ) or in at least one of the several control and / or regulating devices ( 22 ) or - one of the at least one control and / or regulating device ( 22 ) is separate monitoring device.
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