DE102012208350A1 - Battery system for use in motor vehicle, is formed by controlling current measuring unit and cell voltage measuring unit with synchronized trigger signals, where cell voltage measuring unit is provided for measuring battery current - Google Patents

Battery system for use in motor vehicle, is formed by controlling current measuring unit and cell voltage measuring unit with synchronized trigger signals, where cell voltage measuring unit is provided for measuring battery current Download PDF

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Stefan Butzmann
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Abstract

The battery system (300) is formed by controlling a current measuring unit (301) and a cell voltage measuring unit with the synchronized trigger signals (305,306). The cell voltage measuring unit is provided for measuring the battery current and a cell voltage or battery module voltage, where a cell voltage measuring unit is provided for voltage measurement at the battery cells (102) of a battery module. The current measuring unit is connected to a control unit through a communication bus (210). The communication bus is switched to a defined potential, particularly to earth. An independent claim is included for a method for the determination of cell voltages of a battery current and a battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mindestens einem Batteriemodul, das eine oder mehrere Batteriezellen umfasst, einer Strommesseinrichtung zum Ermitteln eines Batteriestroms, und mindestens einer Zellspannungsmesseinheit zur Spannungsmessung an den Batteriezellen eines der Zellspannungsmesseinheit zugeordneten Batteriemoduls. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung von Zellspannungen und eines Batteriestroms einer Batterie, wobei die Zellspannungen mittels einer oder mehrerer jeweils in einer Zellüberwachungseinheit, die von einem Steuergerät angesteuert wird, angeordneten Zellspannungsmesseinheiten ermittelt werden und zur Weiterverarbeitung an das Steuergerät übermittelt werden,The present invention relates to a battery system comprising at least one battery module, which comprises one or more battery cells, a current measuring device for determining a battery current, and at least one cell voltage measuring unit for voltage measurement at the battery cells of a battery module associated with the cell voltage measuring unit. In addition, the invention relates to a method for determining cell voltages and a battery current of a battery, wherein the cell voltages are determined by one or more in each cell monitoring unit, which is controlled by a control unit, arranged cell voltage measuring units and transmitted to the controller for further processing,

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie beispielsweise Windkraftanlagen, in Fahrzeugen, wie beispielsweise Hybrid- und Elektrofahrzeuge, als auch im Consumer-Bereich, wie beispielsweise bei Laptops und Mobiltelefonen, vermehrt neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen, an die erhöhte Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Für solche Aufgaben sind insbesondere Batterien mit Lithium-Ionen-Technologie geeignet. Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich unter anderem durch eine hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Einzelne Lithium-Ionen-Zellen können durch parallele oder serielle Verschaltung zu Modulen und dann zu Batterien verschaltet werden. Dabei besteht per Definition eine Lithium-Ionen-Batterie aus mindestens zwei verschalteten Lithium-Ionen-Zellen. Ein Batteriemodul umfasst typischerweise sechs Zellen.It is becoming apparent that in the future, both in stationary applications, such as wind turbines, in vehicles such as hybrid and electric vehicles, as well as in the consumer sector, such as laptops and mobile phones, more and more new battery systems are used increased demands are placed on reliability, safety, performance and service life. For such tasks in particular batteries with lithium-ion technology are suitable. Among other things, lithium-ion batteries are characterized by a high energy density and extremely low self-discharge. Individual lithium-ion cells can be connected by parallel or serial connection to modules and then to batteries. By definition, a lithium-ion battery consists of at least two interconnected lithium-ion cells. A battery module typically includes six cells.

Um die ordnungsgemäße Funktion von Batteriezellen zu überwachen, wird ein Batteriemanagementsystem (BMS) eingesetzt. Dieses überwacht die einzelnen Batteriezellen auf diverse Parameter, wie beispielsweise Spannung, Strom, Ladezustand (SOC) („State of Charge“), und Temperatur. Die ausgewerteten Daten können dann an Aktoren weitergegeben werden, die wiederum korrigierend auf die Zellen einwirken können, beispielsweise durch Ladungsausgleich, Temperierung, usw. Ferner versorgt das Batteriemanagementsystem (BMS) auch den Benutzer mit aktuellen Informationen bezüglich des Batteriezustands, beispielsweise in Form einer geschätzten Restreichweite des Fahrzeuges.To monitor the proper functioning of battery cells, a battery management system (BMS) is used. This monitors the individual battery cells for various parameters, such as voltage, current, state of charge (SOC), and temperature. The evaluated data may then be relayed to actuators, which may in turn correct the cells, for example by charge balance, temperature control, etc. Further, the battery management system (BMS) also provides the user with up-to-date information regarding the battery condition, for example in the form of estimated residual range of the vehicle.

Zur Ermittlung des Ladezustandes sind sowohl die Spannung der Batteriezellen als auch der Batteriestrom relevant. Die Spannungen der Batteriezellen werden in Zellüberwachungseinheiten (CSC) („Cell Supervision Circuit“) ermittelt. Dabei überwacht eine Zellüberwachungseinheit typischerweise jeweils zwei Batteriemodule. Der Batteriestrom wird mithilfe eines seriell verschalteten Strommessgeräts beziehungsweise mit einem Stromsensor oder einer Strommesseinrichtung gemessen. Eine in der Praxis übliche Methode ist die Verwendung eines sogenannten Shunts, der dauerhaft in der Schaltung verbaut, das heißt in einem Strompfad der Batterie angeordnet ist. Ein Shunt ist ein niederohmiger elektrischer Widerstand, der einen definierten Widerstandswert hat, wobei der Strom, der durch den Shunt fließt, einen zum Messwiderstand proportionalen Spannungsabfall verursacht, der gemessen wird. Bevorzugterweise wird für den Shunt ein Material gewählt, das einen nur geringen Temperaturkoeffizienten hat, wie beispielsweise Manganin oder andere geeignete Zusammensetzungen. Die Messung des Stroms ist aber auch auf anderer Art und Weise möglich, zum Beispiel mithilfe eines Hall-Sensors. Das Signal der Strommesseinrichtung wird mit einer definierten Verstärkung aufbereitet und mit einem A/D-Wandler eingelesen. Dann wird das Signal an eine ASIC geleitet und dort verarbeitet. Die ASIC übermittelt dann den Stromwert, beispielsweise über einen LIN-Bus, für eine Weiterverarbeitung an das Steuergerät der Batterie.To determine the state of charge, both the voltage of the battery cells and the battery current are relevant. The voltages of the battery cells are determined in cell monitoring units (CSC) ("Cell Supervision Circuit"). A cell monitoring unit typically monitors two battery modules each. The battery current is measured by means of a series-connected current measuring device or with a current sensor or a current measuring device. A common method in practice is the use of a so-called shunt, which permanently installed in the circuit, that is arranged in a current path of the battery. A shunt is a low resistance electrical resistor that has a defined resistance, with the current flowing through the shunt causing a voltage drop proportional to the sense resistor being measured. Preferably, for the shunt, a material is chosen which has only a low temperature coefficient, such as manganin or other suitable compositions. The measurement of the current is also possible in other ways, for example using a Hall sensor. The signal of the current measuring device is processed with a defined amplification and read in with an A / D converter. Then the signal is routed to an ASIC and processed there. The ASIC then transmits the current value, for example via a LIN bus, for further processing to the control unit of the battery.

In der 1 ist das Prinzip einer typischen Verschaltung eines Shunts 101, gezeigt, der mit Batteriezellen 102 einer Batterie in Reihe geschaltet ist. Der Spannungsabfall über den Shunt 101 wird mittels eines elektrischen Verstärkers 103 verstärkt, der an seinen Versorgungsanschlüssen mit beispielsweise +/–5 V Versorgungsspannung betrieben wird. Der Verstärker 103 ist mit einem A/D-Wandler 104 verbunden, der die von dem Verstärker 103 gelieferten Werte in digitale Signale umwandelt, die an das Batteriemanagementsystem 105 übermittelt werden. In the 1 is the principle of a typical interconnection of a shunt 101 , shown with battery cells 102 a battery is connected in series. The voltage drop across the shunt 101 is by means of an electric amplifier 103 amplified, which is operated at its supply terminals with, for example, +/- 5 V supply voltage. The amplifier 103 is with an A / D converter 104 connected to that of the amplifier 103 supplied values are converted into digital signals sent to the battery management system 105 be transmitted.

Bisher melden die bekannten Strommesseinrichtungen in regelmäßigen Abständen den Stromwert an das Steuergerät. Dort wird aus dem Stromwert und den ermittelten Zellspannungen ein Ladezustand (SOC) berechnet. Dabei müssen die Messwerte des Stroms und der Zellspannungen in dem Steuergerät mittels eines bestimmten Rechenalgorithmus, beispielsweise durch Interpolation, miteinander synchronisiert werden, um vergleichbare Werte zu erhalten, die einen gemeinsamen Messzeitpunkt für die Messungen des Batteriestroms und der Zellspannungen darstellen. Die Synchronisation der Daten erfordert jedoch einen hohen Aufwand.So far, the known current measuring devices report the current value to the control unit at regular intervals. There, a state of charge (SOC) is calculated from the current value and the determined cell voltages. In this case, the measured values of the current and of the cell voltages in the control unit must be synchronized with one another by means of a specific calculation algorithm, for example by interpolation, in order to obtain comparable values which represent a common measurement instant for the measurements of the battery current and the cell voltages. The synchronization of the data, however, requires a lot of effort.

Aus der EP 2 138 858 A2 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemanagementsystems einer Batterie bekannt, die ein Steuergerät und eine Detektionseinheit umfasst. Die Detektionseinheit weist ein Strommessteil und ein Spannungsmessteil auf, die mit Steuersignalen angesteuert werden. Das Strommessteil wird angesteuert, den Batteriestrom zu messen, nachdem eine gemessene Zellspannung in der Detektionseinheit gespeichert wurde.From the EP 2 138 858 A2 For example, a method for operating a battery management system of a battery is known, which comprises a control unit and a detection unit. The detection unit has a current measuring part and a voltage measuring part on, which are controlled by control signals. The current sensing part is driven to measure the battery current after a measured cell voltage has been stored in the detection unit.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit mindestens einem Batteriemodul, das eine oder mehrere Batteriezellen umfasst, einer Strommesseinrichtung zum Ermitteln eines Batteriestroms, und mindestens einer Zellspannungsmesseinheit zur Verfügung gestellt. Die Zellspannungsmesseinheit ist zur Spannungsmessung an den Batteriezellen eines der Zellspannungsmesseinheit zugeordneten Batteriemoduls vorgesehen. Ferner ist das Batteriesystem dazu eingerichtet, durch Ansteuerung der Strommesseinrichtung und der mindestens einen Zellspannungsmesseinheit mit synchronisierten Triggersignalen Messungen des Batteriestroms und mindestens einer Zellspannung oder Batteriemodulspannung zeitgleich zueinander durchzuführen.According to the invention, a battery system having at least one battery module, which comprises one or more battery cells, a current measuring device for determining a battery current, and at least one cell voltage measuring unit is provided. The cell voltage measuring unit is provided for voltage measurement at the battery cells of a battery module associated with the cell voltage measuring unit. Furthermore, the battery system is set up to carry out measurements of the battery current and at least one cell voltage or battery module voltage at the same time relative to one another by activating the current measuring device and the at least one cell voltage measuring unit with synchronized trigger signals.

Ferner wird ein zugehöriges vorteilhaftes Verfahren zur Ermittlung von Zellspannungen und eines Batteriestroms einer Batterie vorgeschlagen. Dabei werden erfindungsgemäß die Zellspannungen mittels einer oder mehrerer jeweils in einer Zellüberwachungseinheit angeordneten Zellspannungsmesseinheiten ermittelt. Die Zellüberwachungseinheiten werden von einem Steuergerät angesteuert. Die Zellspannungen werden dann zur Weiterverarbeitung an das Steuergerät übermittelt. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch Schritte, bei denen synchron an sowohl eine in einem Strompfad der Batterie angeordnete Strommesseinrichtung als auch an zumindest eine der Zellüberwachungseinheiten ein Triggersignal ausgegeben wird. Dazu wird ein Kommunikationsbus, der mit der Strommesseinrichtung verbunden ist, gegen ein definiertes Potenzial geschaltet, und die Strommesseinrichtung ermittelt den Batteriestrom auf das Schalten des Kommunikationsbusses hin. Furthermore, an associated advantageous method for determining cell voltages and a battery current of a battery is proposed. In this case, according to the invention, the cell voltages are determined by means of one or more cell voltage measuring units arranged in each case in a cell monitoring unit. The cell monitoring units are controlled by a control unit. The cell voltages are then transmitted to the controller for further processing. The method is characterized by steps in which a trigger signal is output synchronously to both a current measuring device arranged in a current path of the battery and to at least one of the cell monitoring units. For this purpose, a communication bus, which is connected to the current measuring device, is switched against a defined potential, and the current measuring device determines the battery current to the switching of the communication bus.

Gemäß der Erfindung wird es vorteilhafterweise ermöglicht, Strom und Spannungswerte derart zu messen, dass diese eine für eine Weiterverarbeitung zuverlässigere Grundlage bilden, um so nachfolgende Berechnungen zu vereinfachen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Ladezustand (SOC) der Batterie berechnet werden soll, bei dem typischerweise sowohl ein Stromwert als auch ein Spannungswert mit in die Berechnung einfließen. Erreicht wird dies insbesondere durch die erfindungsgemäßen synchronen Triggersignale, mit denen eine gleichzeitige Messung bereitgestellt wird. Eine gleichzeitige Messung eines Batteriestroms und einer Batteriespannung, wie sie gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelehrt wird, führt zu besseren Ergebnissen als bei zeitlich hintereinander oder zeitlich unabhängig voneinander durchgeführten Messungen. Erfindungsgemäß wird gewährleistet, dass die Ermittlungszeitpunkte der Strom- und Spannungswerte unabhängig sind von der speziellen Bauart und/oder Funktionsweise beziehungsweise Arbeitsweise der verwendeten Messeinrichtungen. Dabei kann gleichzeitig auf eine Programmierung des Steuergerätes, bei der mit einem hohen notwendigen Aufwand eine Verrechnung von Werten unterschiedlicher Zeitpunkte durchgeführt wird und mit der eine nachträgliche softwaremäßige Synchronisation erreicht werden soll, verzichtet werden. According to the invention, it is advantageously possible to measure current and voltage values such that they form a basis which is more reliable for further processing in order to simplify subsequent calculations. This is particularly the case when a state of charge (SOC) of the battery is to be calculated, in which typically both a current value and a voltage value are included in the calculation. This is achieved in particular by the synchronous trigger signals according to the invention, with which a simultaneous measurement is provided. A simultaneous measurement of a battery current and a battery voltage as taught according to the independent claims leads to better results than with measurements carried out in chronological succession or independently of one another. According to the invention, it is ensured that the determination times of the current and voltage values are independent of the specific type and / or mode of operation or mode of operation of the measuring devices used. At the same time, a programming of the control unit, in which a computation of values of different points in time is carried out with a high outlay necessary and with which a subsequent software-based synchronization is to be achieved, can be dispensed with at the same time.

Die Erfindung ist besonders von Vorteil bei Einsatz innerhalb von Anwendungen, bei denen der Batteriestrom starken zeitlichen Schwankungen beziehungsweise schnellen Veränderungen ausgesetzt ist, beispielsweise bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, bei dem ein zeitlicher Verlauf der bereitgestellten Batterieleistung eine hohe positive oder negative Steigung aufweisen kann. The invention is particularly advantageous for use within applications in which the battery current is subject to strong temporal fluctuations or rapid changes, for example in an electrically driven motor vehicle, in which a time course of the battery power provided can have a high positive or negative slope.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Strommesseinrichtung über einen Kommunikationsbus mit dem Steuergerät verbunden, wobei das Batteriesystem dazu eingerichtet ist, den Kommunikationsbus gegen ein definiertes Potenzial, insbesondere gegen Masse, zu schalten. Dabei kann der Kommunikationsbus über einen Schalter, beispielsweise einen Halbleiterschalter, mit Masse verbunden werden. Damit kann auf günstige Weise eine zuverlässige Antriggerung der Strommesseinrichtung erreicht werden.In a particular embodiment of the invention, the current measuring device is connected via a communication bus with the control unit, wherein the battery system is adapted to switch the communication bus against a defined potential, in particular to ground. In this case, the communication bus can be connected to ground via a switch, for example a semiconductor switch. This can be achieved in a favorable manner a reliable triggering of the current measuring device.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Strommesseinrichtung ferner einen mit dem Kommunikationsbus verbundenen Mikrocontroller auf. Der Mikrocontroller hat einen Speicher mit Befehlen, den Batteriestrom auf das Schalten des Kommunikationsbusses hin zu messen.In a further advantageous embodiment of the invention, the current measuring device further comprises a microcontroller connected to the communication bus. The microcontroller has a memory with commands to measure the battery current upon switching the communication bus.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Strommesseinrichtung ferner dazu ausgebildet, ununterbrochen in einem Leerlaufmodus betrieben zu werden. Dadurch können beispielsweise unnötige Reaktionszeiten vermieden werden, die ansonsten beispielsweise durch ein entsprechendes Delay insbesondere in den Zellspannungsmesseinheiten zu kompensieren sind. According to another embodiment, the current measuring device is further configured to be operated continuously in an idling mode. As a result, for example, unnecessary reaction times can be avoided, which otherwise have to be compensated, for example, by a corresponding delay, in particular in the cell voltage measuring units.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Zellspannungsmesseinheiten jeweils innerhalb einer jeweiligen Zellüberwachungseinheit angeordnet, die mit demselben Kommunikationsbus verbunden ist, mit dem auch die Strommesseinrichtung verbunden ist. Dadurch kann eine synchrone Antriggerung der Strommesseinrichtung und der Zellüberwachungseinheiten besonders einfach durchgeführt werden.According to one embodiment of the invention, the cell voltage measuring units are respectively arranged within a respective cell monitoring unit which is connected to the same communication bus to which the current measuring device is also connected. As a result, a synchronous triggering of the current measuring device and the cell monitoring units can be carried out particularly easily.

Die Strommesseinrichtung kann einen Shuntwiderstand und/oder einen Hall-Sensor aufweisen, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine solche Art von Strommesseinrichtung beschränkt. The current measuring device may comprise a shunt resistor and / or a Hall sensor, however, the invention is not limited to such a type of current measuring device.

Ferner ist der erfindungsgemäße Kommunikationsbus bevorzugt ein LIN-Bus. Jedoch kann das Batteriesystem alternativ oder zusätzlich auch einen CAN-Bus oder eine andere Art von Kommunikationsbus aufweisen. Furthermore, the communication bus according to the invention is preferably a LIN bus. However, alternatively or additionally, the battery system may also include a CAN bus or other type of communication bus.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kommunikationsbus, nachdem die Strommesseinrichtung den Batteriestrom ermittelt hat, freigegeben, um so nicht mehr gegen das definierte Potenzial geschaltet zu sein. Ein von der Strommesseinrichtung ermittelter Stromwert wird daraufhin an das Steuergerät übermittelt.According to one embodiment of the method according to the invention, after the current measuring device has ascertained the battery current, the communication bus is released so that it is no longer switched to the defined potential. A current value determined by the current measuring device is then transmitted to the control unit.

Erfindungsgemäß können die synchronen Triggersignale periodisch von dem Steuergerät ausgesendet werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform jedoch werden die synchronen Triggersignale nur zu Beginn eines vorbestimmten Zeitraums zur Initialisierung ausgesendet. Diese Ausführungsform erweist sich als besonders geeignet, wenn derartige Zellspannungsmesseinheiten und eine derartige Strommesseinrichtung verwendet werden, die jeweils dazu ausgestaltet sind, Messungen einer Zellspannung beziehungsweise Messungen eines Batteriestroms automatisch beziehungsweise selbsttätig periodisch durchzuführen. Die Länge des vorbestimmten Zeitraums kann an die Toleranzen der verwendeten Sensoren angepasst werden. According to the invention, the synchronous trigger signals can be transmitted periodically by the control unit. However, according to another embodiment, the synchronous trigger signals are sent out only at the beginning of a predetermined period for initialization. This embodiment proves to be particularly suitable when such cell voltage measuring units and such a current measuring device are used, which are each designed to perform measurements of a cell voltage or measurements of a battery current automatically or automatically periodically. The length of the predetermined period of time can be adapted to the tolerances of the sensors used.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem geschaffen, das in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. According to another aspect of the invention, a motor vehicle is provided with the battery system according to the invention, which is arranged in a drive train of the motor vehicle.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Batteriesystem eine Lithium-Ionen-Batterie. The battery system according to the invention preferably comprises a lithium-ion battery.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Prinzipschaltbild der Verschaltung einer Strommesseinrichtung mit einem Shuntwiderstand in einem herkömmlichen Batteriesystem, 1 FIG. 3 is a block diagram of the connection of a current measuring device with a shunt resistor in a conventional battery system, FIG.

2 eine schematische Darstellung der Architektur einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems, und 2 a schematic representation of the architecture of an embodiment of the battery system according to the invention, and

3 eine Prinzipdarstellung der Ansteuerung von Zellüberwachungseinheiten und einer Strommesseinrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung. 3 a schematic diagram of the control of cell monitoring units and a current measuring device according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 2 ist eine schematische Darstellung der Architektur einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems gezeigt. Ein Batteriesystem 200 weist einen Batteriestrang 201 mit mehreren Batteriezellen 102 auf. Die Batteriezellen 102 des Batteriestrangs 201 können in mehrere Batteriemodule (nicht gekennzeichnet) eingeteilt sein. Die Batteriezellen 102 stellen an den Batterieterminals 202, 203 eine Batteriespannung zu Verfügung, wobei die Batteriezellen 102 mittels Leistungsschaltern 204, 205 von den Batterieterminals 202, 203 entkoppelt werden können, so dass die Batterieterminals 202, 203 spannungsfrei geschaltet sind. Die Batterie und der Zustand der Batteriezellen 102 werden von einer Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten 206 auf verschiedene Parameter hin, wie elektrische Spannung, Temperatur, usw. überwacht, die den Batteriezellen 102 entnommen werden. Die Zellüberwachungseinheiten (CSC) 206 weisen Zellspannungsmesseinheiten 207 auf, durch die die Zellspannungen von Batteriezellen 102 des Batteriesystems 200 bestimmt werden. Das Batteriesystem 200 hat außerdem eine Strommesseinrichtung zum Bestimmen des Batteriestroms beziehungsweise des durch einen Batteriestrang 201 des Batteriesystems 200 fließenden Stroms. Die Strommesseinrichtung weist einen Hall-Sensor 208 und einen Shunt 101 auf, mit denen der Batteriestrom redundant bestimmt werden kann. Ein Steuergerät 209 des Batteriesystems 200 steuert sowohl die Zellüberwachungseinheiten 206 als auch den Shunt 101 und den Hall-Sensor 208 an. Dazu wird ein Kommunikationsbus 210, beispielsweise ein LIN-Bus verwendet. Außerdem kommuniziert das Steuergerät 209 mit einer zentralen Fahrzeugsteuereinheit (nicht dargestellt) über einen Kommunikationsbus 211. In the 2 is a schematic representation of the architecture of an embodiment of the battery system according to the invention shown. A battery system 200 has a battery string 201 with several battery cells 102 on. The battery cells 102 of the battery string 201 can be divided into several battery modules (not marked). The battery cells 102 put on the battery terminals 202 . 203 a battery voltage available, the battery cells 102 by means of circuit breakers 204 . 205 from the battery terminals 202 . 203 can be decoupled, so that the battery terminals 202 . 203 are disconnected from the power supply. The battery and the condition of the battery cells 102 are from a plurality of cell monitoring units 206 monitored for various parameters, such as electrical voltage, temperature, etc., affecting the battery cells 102 be removed. The cell monitoring units (CSC) 206 have cell voltage measuring units 207 on, by which the cell voltages of battery cells 102 of the battery system 200 be determined. The battery system 200 also has a current measuring device for determining the battery current or by a battery string 201 of the battery system 200 flowing electricity. The current measuring device has a Hall sensor 208 and a shunt 101 on, with which the battery current can be determined redundantly. A control unit 209 of the battery system 200 controls both the cell monitoring units 206 as well as the shunt 101 and the Hall sensor 208 at. This is a communication bus 210 , for example, a LIN bus used. In addition, the controller communicates 209 with a central vehicle control unit (not shown) via a communication bus 211 ,

In 3 ist eine Prinzipdarstellung der Ansteuerung von Zellüberwachungseinheiten und einer Strommesseinrichtung 301 nach einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In der 3 umfasst die Strommesseinrichtung 301 einen Shuntwiderstand 101, einen Verstärker 103 und einen Mikrocontroller 302, der eine digitale Logik mit dem LIN-Protokoll aufweist, wobei eine Kommunikation mit dem Steuergerät 303 über den LIN-Bus 304 erfolgt. In 3 sind außerdem die Batteriezellen 102 dargestellt, in deren Strompfad der Shunt 101 angeordnet ist. Das Steuergerät 303 fragt synchron sowohl die Zellüberwachungseinheiten (CSC) (in 3 nicht dargestellt) nach den aktuellen Zellspannungen und die Strommesseinrichtung 301 nach dem aktuellen Batteriestrom. Letzteres wird erreicht, indem die Strommesseinrichtung 301 ununterbrochen im Leerlaufmodus (Idle-Mode) betrieben wird und von dem Steuergerät 303 über den vorhandenen Kommunikationsbus 210 ein Signal bekommt, den Batteriestrom zu messen. Dies wird erreicht, indem der Kommunikationsbus 210 gegen Masse geschaltet wird, was in dem Ausführungsbeispiel nach 3 durch Antriggerung 306 eines Halbleiterschalters 304 geschieht. Die Zellüberwachungseinheiten (nicht dargestellt) werden durch einen Trigger 305 angesteuert, was bei einer Variante dieser Ausführungsform über denselben Kommunikationsbus 210, gemäß einer anderen Variante jedoch separat geschehen kann. Der Mikrocontroller 302 der Strommesseinrichtung 301 wird für den Moment des Kurzschlusses programmiert, den Strom zu messen. Danach wird der Kommunikationsbus 210 wieder freigegeben und die Strommesseinrichtung 301 meldet den Stromwert an das Steuergerät 303 zurück. Hier wird der gemessene Batteriestrom nun mit einer Zellspannung aus den Zellüberwachungseinheiten (nicht dargestellt) verrechnet.In 3 is a schematic diagram of the control of cell monitoring units and a current measuring device 301 according to an embodiment of the invention. In the 3 includes the current measuring device 301 a shunt resistor 101 , an amplifier 103 and a microcontroller 302 having a digital logic with the LIN protocol, wherein a communication with the controller 303 over the LIN bus 304 he follows. In 3 are also the battery cells 102 represented in the current path of the shunt 101 is arranged. The control unit 303 asks in sync both the cell monitoring units (CSC) (in 3 not shown) according to the actual cell voltages and the current measuring device 301 after the current battery power. The latter is achieved by the current measuring device 301 is operated continuously in idle mode (idle mode) and by the controller 303 over the existing communication bus 210 gets a signal to measure the battery current. This is achieved by the communication bus 210 is switched to ground, which in the embodiment according to 3 by triggering 306 a semiconductor switch 304 happens. The cell monitoring units (not shown) are triggered by a trigger 305 controlled, which in a variant of this embodiment via the same communication bus 210 However, according to another variant can be done separately. The microcontroller 302 the current measuring device 301 is programmed for the moment of short circuit to measure the current. After that, the communication bus 210 released again and the current measuring device 301 reports the current value to the control unit 303 back. Here, the measured battery current is now charged with a cell voltage from the cell monitoring units (not shown).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2138858 A2 [0007] EP 2138858 A2 [0007]

Claims (10)

Batteriesystem (200, 300) mit mindestens einem Batteriemodul, das eine oder mehrere Batteriezellen (102) umfasst, einer Strommesseinrichtung (301) zum Ermitteln eines Batteriestroms, und mindestens einer Zellspannungsmesseinheit (207) zur Spannungsmessung an den Batteriezellen (102) eines der Zellspannungsmesseinheit (207) zugeordneten Batteriemoduls, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (200, 300) ausgebildet ist, durch Ansteuerung der Strommesseinrichtung (301) und der mindestens einen Zellspannungsmesseinheit (207) mit synchronisierten Triggersignalen (305, 306) Messungen des Batteriestroms und mindestens einer Zellspannung oder Batteriemodulspannung zeitgleich zueinander durchzuführen.Battery system ( 200 . 300 ) with at least one battery module which has one or more battery cells ( 102 ), a current measuring device ( 301 ) for determining a battery current, and at least one cell voltage measuring unit ( 207 ) for voltage measurement at the battery cells ( 102 ) one of the cell voltage measuring unit ( 207 ) battery module, characterized in that the battery system ( 200 . 300 ) is formed, by driving the current measuring device ( 301 ) and the at least one cell voltage measuring unit ( 207 ) with synchronized trigger signals ( 305 . 306 ) Carry out measurements of the battery current and at least one cell voltage or battery module voltage at the same time. Batteriesystem (200, 300) nach Anspruch 1, wobei die Strommesseinrichtung (301) über einen Kommunikationsbus (210) mit einem Steuergerät (209, 303) verbunden ist und wobei das Batteriesystem (200, 300) dazu eingerichtet ist, den Kommunikationsbus (210) gegen ein definiertes Potenzial, insbesondere gegen Masse, zu schalten.Battery system ( 200 . 300 ) according to claim 1, wherein the current measuring device ( 301 ) via a communication bus ( 210 ) with a control device ( 209 . 303 ) and wherein the battery system ( 200 . 300 ) is adapted to the communication bus ( 210 ) against a defined potential, in particular against mass. Batteriesystem (200, 300) nach Anspruch 2, wobei die Strommesseinrichtung (301) ferner einen mit dem Kommunikationsbus (210) verbundenen Mikrocontroller (302) aufweist, der einen Speicher mit Befehlen, den Batteriestrom auf das Schalten des Kommunikationsbusses (210) hin zu messen, umfasst.Battery system ( 200 . 300 ) according to claim 2, wherein the current measuring device ( 301 ) one with the communication bus ( 210 ) connected microcontroller ( 302 ), which has a memory with commands to change the battery current to the switching of the communication bus ( 210 ) to measure. Batteriesystem (200, 300) nach Anspruch 3, wobei die Strommesseinrichtung (301) ausgestaltet ist, ununterbrochen in einem Leerlaufmodus betrieben zu werden. Battery system ( 200 . 300 ) according to claim 3, wherein the current measuring device ( 301 ) is configured to operate continuously in an idle mode. Batteriesystem (200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellspannungsmesseinheiten (207) jeweils innerhalb einer jeweiligen Zellüberwachungseinheit (206) angeordnet sind, die mit demselben Kommunikationsbus (210) verbunden ist, mit dem auch die Strommesseinrichtung (301) verbunden ist und/oder wobei die Strommesseinrichtung (301) einen Shuntwiderstand (101) und/oder einen Hall-Sensor (208) aufweist und/oder wobei der Kommunikationsbus (210) einen LIN-Bus und/oder einen CAN-Bus aufweist.Battery system ( 200 . 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the cell voltage measuring units ( 207 ) within each respective cell monitoring unit ( 206 ) which are connected to the same communication bus ( 210 ), with which the current measuring device ( 301 ) and / or wherein the current measuring device ( 301 ) a shunt resistor ( 101 ) and / or a Hall sensor ( 208 ) and / or wherein the communication bus ( 210 ) has a LIN bus and / or a CAN bus. Verfahren zur Ermittlung von Zellspannungen und eines Batteriestroms einer Batterie, wobei die Zellspannungen mittels einer oder mehrerer jeweils in einer Zellüberwachungseinheit (206), die von einem Steuergerät (303) angesteuert wird, angeordneten Zellspannungsmesseinheiten (207) ermittelt werden und zur Weiterverarbeitung an das Steuergerät (209, 303) übermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass synchron an sowohl eine in einem Strompfad der Batterie angeordnete Strommesseinrichtung (301) als auch an zumindest eine der Zellüberwachungseinheiten (206) ein Triggersignal (305, 306) ausgegeben wird, wobei ein Kommunikationsbus (210), der mit der Strommesseinrichtung (301) verbunden ist, gegen ein definiertes Potenzial geschaltet wird, und die Strommesseinrichtung (301) den Batteriestrom auf das Schalten des Kommunikationsbusses (210) hin ermittelt.Method for determining cell voltages and a battery current of a battery, wherein the cell voltages are determined by means of one or more cells in each case in a cell monitoring unit ( 206 ), which is controlled by a control unit ( 303 ), arranged cell voltage measuring units ( 207 ) and for further processing to the control unit ( 209 . 303 ), characterized in that synchronously to both a in a current path of the battery arranged current measuring device ( 301 ) as well as to at least one of the cell monitoring units ( 206 ) a trigger signal ( 305 . 306 ) is output, wherein a communication bus ( 210 ) connected to the current measuring device ( 301 ), is switched against a defined potential, and the current measuring device ( 301 ) the battery current to the switching of the communication bus ( 210 ). Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren ferner Schritte umfasst, bei denen der Kommunikationsbus (210), nachdem die Strommesseinrichtung (301) den Batteriestrom ermittelt hat, freigegeben wird, um so nicht mehr gegen das definierte Potenzial geschaltet zu sein, und ein von der Strommesseinrichtung (301) ermittelter Stromwert auf das Freigeben des Kommunikationsbusses (210) hin an das Steuergerät übermittelt wird.Method according to claim 6, wherein the method further comprises steps in which the communication bus ( 210 ) after the current measuring device ( 301 ) has detected the battery power is released so as not to be switched to the defined potential, and one of the current measuring device ( 301 ) determined current value on the release of the communication bus ( 210 ) is transmitted to the control unit. Verfahren nach Anspruch 6 oder7, wobei für ein Triggersignal (305), das an eine Zellüberwachungseinheit (206) zu senden ist, derselbe Kommunikationsbus (210) verwendet wird wie für ein an die Strommesseinrichtung (301) zu sendendes Triggersignal (306). Method according to claim 6 or 7, wherein for a trigger signal ( 305 ) connected to a cell monitoring unit ( 206 ), the same communication bus ( 210 ) is used as for a to the current measuring device ( 301 ) to be sent trigger signal ( 306 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die synchronen Triggersignale (305, 306) periodisch von dem Steuergerät (209, 303) ausgesendet werden oder wobei die synchronen Triggersignale (305, 306), insbesondere wenn derartige Zellspannungsmesseinheiten (207) und eine derartige Strommesseinrichtung (301) verwendet werden, die jeweils dazu ausgestaltet sind, Messungen einer Zellspannung beziehungsweise Messungen eines Batteriestroms automatisch periodisch durchzuführen, nur zu Beginn eines vorbestimmten Zeitraums zur Initialisierung ausgesendet werden. Method according to one of claims 6 to 8, wherein the synchronous trigger signals ( 305 . 306 ) periodically from the controller ( 209 . 303 ) or the synchronous trigger signals ( 305 . 306 ), in particular if such cell voltage measuring units ( 207 ) and such a current measuring device ( 301 ), each of which is configured to automatically periodically perform measurements of a cell voltage or measurements of a battery current, are only sent out at the beginning of a predetermined period of time for initialization. Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem (200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Batteriesystem (200, 300) in einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Motor vehicle with a battery system ( 200 . 300 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the battery system ( 200 . 300 ) is arranged in a drive train of the motor vehicle.
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