DE102012209174A1 - Battery connected with propulsion system of motor vehicle, has battery control unit which is provided with current sensor that is connected between battery modules for detecting current of battery - Google Patents

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Abstract

The battery is comprised by a series connection of several battery modules (204). The battery module is comprised of a battery cell. A battery control unit (400) is provided with a current sensor (302) for detecting the current of the battery which is connected to the battery control unit through the lines (306,408). The current sensor is connected between the battery modules. The battery control unit is provided to control a battery separation unit for disconnecting or connecting with a load. An independent claim is included for a motor vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Reihenschaltung mehrerer Batteriemodule, wobei ein Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle umfasst; einer Batteriesteuereinheit, und einem Stromsensor. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der Batterie.The present invention relates to a battery with a series connection of a plurality of battery modules, wherein a battery module comprises at least one battery cell; a battery control unit, and a current sensor. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with the battery.

Stand der TechnikState of the art

Batteriesysteme zum Einsatz in Kraftfahrzeugen für das Bereitstellen von Antriebsenergie werden zur Unterscheidung von Anlasserbatterien für das Starten eines Verbrennungsmotors „Hochvoltbatterien“ genannt. Solche Hochvoltbatterien verfügen über eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen zur Erzeugung der gewünschten hohen Ausgangsspannung. Die einzelnen Batteriezellen werden mittels Zellüberwachungseinheiten etwa hinsichtlich ihrer lokalen Zellenspannung überwacht. Eine solche Hochvoltbatterie weist ferner als übergeordnete Überwachungseinheit eine Batteriesteuereinheit auf, die die Batteriegesamtspannung erfasst und über eine Kommunikationsschnittstelle mit einem Stromsensor kommuniziert. Der Stromsensor ist zusammen mit einem oder mehreren Schützen in einer Batterietrenneinheit an einem Ende der Reihenschaltung der Batteriezellen, das heißt an den Polen der Hochvoltbatterie angeordnet, wie etwa aus DE 10 2009 054 943 A1 und DE 10 2009 046 564 A1 bekannt ist.Battery systems for use in motor vehicles for providing drive energy are called "high-voltage batteries" for the purpose of distinguishing starter batteries for starting an internal combustion engine. Such high-voltage batteries have a plurality of series-connected battery cells for generating the desired high output voltage. The individual battery cells are monitored by means of cell monitoring units with regard to their local cell voltage. Such a high-voltage battery also has, as a higher-level monitoring unit, a battery control unit which detects the battery total voltage and communicates with a current sensor via a communication interface. The current sensor is arranged together with one or more contactors in a battery disconnection unit at one end of the series connection of the battery cells, that is, at the poles of the high-voltage battery, such as out DE 10 2009 054 943 A1 and DE 10 2009 046 564 A1 is known.

Die am Stromsensor angeschlossene Batteriesteuereinheit überwacht dabei üblicherweise die ordnungsgemäße Funktion der Hochvoltbatterie dahingehend, ob unzulässig hohe Batterieströme bei der Batterieladung oder der Batterieentladung auftreten. Im Fehlerfall steuert die Batteriesteuereinheit die Schütze derart an, dass sie die Hochvoltbatterie vom Verbraucher trennen.The battery control unit connected to the current sensor usually monitors the proper function of the high-voltage battery to determine whether inadmissibly high battery currents occur during battery charging or battery discharge. In the event of a fault, the battery control unit controls the contactors in such a way that they disconnect the high-voltage battery from the consumer.

Eine bekannte Batteriesteuereinheit 100 ist in der 1 gezeigt, sie umfasst einen Niederspannungsteil 102, der einen Mikrocontroller und eine Ansteuerelektronik 104 für die Schütze aufweist. Des Weiteren umfasst die bekannte Batteriesteuereinheit 100 einen Hochspannungsteil 106, in dem die Gesamtspannung des Batteriesystems erfasst wird und in dem eine Feldbus-Kommunikationsschnittelle 108 angeordnet ist, die einen entfernt angeordneten Stromsensor über einen Feldbus ausliest. A known battery control unit 100 is in the 1 shown, it comprises a low voltage part 102 that includes a microcontroller and drive electronics 104 for the shooter. Furthermore, the known battery control unit comprises 100 a high voltage part 106 in which the total voltage of the battery system is detected and in which a fieldbus communication section 108 is arranged, which reads a remote current sensor via a fieldbus.

Die bekannte Batteriesteuereinheit 100 kommt in einem herkömmlichen Batteriesystem 200 zum Einsatz, wie in der 2 gezeigt ist. Das herkömmliche Batteriesystem 200 weist einen quaderförmigen Batteriepack 202 auf, der seinerseits eine Reihenschaltung von mehreren Batteriemodulen 204 umfasst. Die Batteriemodule 204 weisen jeweils mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen und eine Zellüberwachungseinheit, auch CSC genannt, auf. An einem ersten Ende des Batteriepacks 202 ist die bekannte Batteriesteuereinheit 100 angeordnet, an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende des Batteriepacks 202 ist eine Batterietrenneinheit 206 angeordnet, die ein Schütz aufweist. Meist aus Platzgründen sind die Batteriesteuereinheiten und die Batterietrenneinheiten getrennt voneinander angeordnet. Die Batterietrenneinheit 206 ist mit dem ersten und dem letzten Batteriemodul 204 der Reihenschaltung verbunden, das heißt mit dem Pluspol und dem Minuspol des Batteriepacks 202. Die Batterietrenneinheit 206 weist ein Schütz zum Trennen des Batteriepacks 202 von einem Verbraucher und den Stromsensor zum Erfassen von Batterieströmen auf. Das Schütz und der Stromsensor werden bekanntermaßen nahe den Batteriepack-Polen angeordnet, um den Gesamtstrom der Batterie schalten bzw. messen zu können; sie sind deshalb in der Batterietrenneinheit angeordnet.The known battery control unit 100 comes in a conventional battery system 200 used, as in the 2 is shown. The conventional battery system 200 has a cuboid battery pack 202 which in turn is a series connection of several battery modules 204 includes. The battery modules 204 each have a plurality of lithium-ion battery cells and a cell monitoring unit, also called CSC on. At a first end of the battery pack 202 is the known battery control unit 100 arranged at a second end opposite the first end of the battery pack 202 is a battery disconnect unit 206 arranged, which has a contactor. Usually for reasons of space, the battery control units and the battery separator units are arranged separately. The battery disconnecting unit 206 is with the first and the last battery module 204 connected in series, ie with the positive pole and the negative pole of the battery pack 202 , The battery disconnecting unit 206 has a contactor for disconnecting the battery pack 202 from a consumer and the current sensor for detecting battery currents. The contactor and the current sensor are known to be located near the battery pack poles in order to switch the total current of the battery or can measure; they are therefore arranged in the battery disconnection unit.

Die Steuerung des Schützes erfolgt üblicherweise mittels der Batteriesteuereinheit 100, die Ansteuersignale für das Schütz über eine Leitung 208 an die entfernt angeordnete Batterietrenneinheit 206 überträgt. Die Leitung 208 und eine weitere Leitung 210 sind quer durch den Batteriepack 202 verlegt. Die weitere Leitung 210 dient zum Übertragen des mit dem Stromsensor gemessenen Batteriestroms. Der Stromsensor wird häufig von einem Shunt-Widerstand gebildet, der am Pluspol oder Minuspol des Batteriepacks 202 angeordnet ist. Die weitere Leitung 210 überträgt dabei entweder die gemessene Spannung oder ein entsprechendes Datensignal. Die Leitung 210 ist beispielsweise eine Feldbusleitung.The control of the contactor is usually carried out by means of the battery control unit 100 , the control signals for the contactor via a line 208 to the remotely located battery disconnect unit 206 transfers. The administration 208 and another line 210 are across the battery pack 202 laid. The further line 210 serves to transmit the battery current measured by the current sensor. The current sensor is often formed by a shunt resistor at the positive pole or negative pole of the battery pack 202 is arranged. The further line 210 transmits either the measured voltage or a corresponding data signal. The administration 210 is for example a fieldbus line.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batterie bereitgestellt, welche eine Reihenschaltung mehrerer Batteriemodule umfasst, wobei ein Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle umfasst, sowie eine Batteriesteuereinheit und einen Stromsensor zur Erfassung des Stroms der Batterie, der über eine Leitung mit der Batteriesteuereinheit verbunden ist. Der Stromsensor ist dabei zwischen zwei der mehreren Batteriemodule geschaltet.According to the invention, a battery is provided, which comprises a series connection of a plurality of battery modules, wherein a battery module comprises at least one battery cell, and a battery control unit and a current sensor for detecting the current of the battery, which is connected via a line to the battery control unit. The current sensor is connected between two of the several battery modules.

Die erfindungsgemäße Batterie ermöglicht, dass ihr Stromsensor nicht mehr am Batteriepol der Batterie angeordnet sein muss, sondern zwischen zwei Batteriemodule geschaltet sein kann. Dies bietet den Vorteil, den Stromsensor überall in der Reihenschaltung der Batteriemodule anordnen zu können, dadurch kann die Länge der Leitung zwischen Batteriesteuereinheit und Stromsensor auf vorteilhafte Weise kurz gewählt werden.The battery according to the invention makes it possible that its current sensor no longer needs to be arranged at the battery terminal of the battery, but can be connected between two battery modules. This offers the advantage of being able to arrange the current sensor everywhere in the series connection of the battery modules, thereby the length of the line between the battery control unit and the current sensor can advantageously be chosen to be short.

Bei herkömmlichen Batterien führt die Leitung zwischen dem Stromsensor und der Batteriesteuereinheit durch einen ganzen Batteriepack, ist also wenigstens so lang wie eine Längsausdehnung des Batteriepacks. Durch die Länge der Leitung ist sie hoher elektromagnetischer Einstrahlung ausgesetzt, die Signale auf der Leitung stört. Wenn die Leitung kurz ist, insbesondere kürzer als eine Längsausdehnung eines Batteriepacks, kann die darauf wirkende elektromagnetische Einstrahlung verringert werden. Das heißt, die elektromagnetische Verträglichkeit in der Batterie kann verbessert werden. Ist die Leitung insbesondere als Eindrahtbus ausgelegt, z. B. als Local Interconnect Network (LIN) Bus, kann die erfindungsgemäße Batterie eine sichere und ungestörte Kommunikation zwischen Stromsensor und Batteriesteuereinheit gewährleisten. In conventional batteries, the line between the current sensor and the battery control unit passes through a whole battery pack, so is at least as long as a longitudinal extension of the battery pack. The length of the line exposes it to high levels of electromagnetic radiation that interfere with signals on the line. If the line is short, in particular shorter than a longitudinal extent of a battery pack, the electromagnetic radiation acting thereon can be reduced. That is, the electromagnetic compatibility in the battery can be improved. If the line is designed in particular as a single-wire bus, z. As a Local Interconnect Network (LIN) bus, the battery of the invention can ensure safe and undisturbed communication between the current sensor and battery control unit.

In einer bevorzugten Weiterbildung kann die Batterie eine Batterietrenneinheit umfassen, die wenigstens ein Schaltelement zum Trennen oder zum Verbinden der Batterie mit einer Last oder mit einer Ladeeinrichtung umfasst, wobei die Batteriesteuereinheit das Schaltelement steuert. Die Batterietrenneinheit ist vorzugsweise am Plus- oder Minuspol der Batterie angeordnet und verbindet den Plus- oder Minuspol beispielsweise mit einem Elektromotor als Last oder trennt den Plus- oder Minuspol davon. Es ist bevorzugt, ein Schütz als Schaltelement zu verwenden. Das Schütz kann von der Batteriesteuereinheit mittels eines Ansteuersignals geschaltet werden.In a preferred development, the battery may comprise a battery disconnection unit comprising at least one switching element for disconnecting or connecting the battery to a load or to a charging device, wherein the battery control unit controls the switching element. The battery disconnect unit is preferably located at the positive or negative pole of the battery and connects the plus or minus pole, for example, with an electric motor as a load or disconnects the plus or minus pole thereof. It is preferable to use a contactor as a switching element. The contactor can be switched by the battery control unit by means of a drive signal.

Eine räumlich getrennte Anordnung von Batteriesteuereinheit und Batterietrenneinheit kann vorteilhaft sein, um elektromagnetische Störungen zwischen den Einheiten zu verringern. Auch können Platzgründe dafür sprechen, die Einheiten räumlich getrennt anzuordnen, etwa um zusammen mit den Batteriemodulen eine besonders flache Batterie herstellen zu können. A spatially separate arrangement of battery control unit and battery disconnect unit may be advantageous to reduce electromagnetic interference between the units. Space reasons can also be used to arrange the units spatially separated, for example in order to be able to produce a particularly flat battery together with the battery modules.

Bekannte Batterietrenneinheiten umfassen den Stromsensor. Ist die Batterietrenneinheit von der Batteriesteuereinheit räumlich getrennt angeordnet, kann die erfindungsgemäße Batterie dafür sorgen, dass der Stromsensor jedoch an beliebiger Stelle zwischen den Batteriemodulen angeordnet ist. Bevorzugt ist der Stromsensor nahe der Batteriesteuereinheit angeordnet oder näher an der Batteriesteuereinheit als an der Batterietrenneinheit angeordnet.Known battery disconnect units include the current sensor. If the battery disconnection unit is arranged spatially separated from the battery control unit, the battery according to the invention can ensure that the current sensor is arranged at any point between the battery modules. Preferably, the current sensor is disposed near the battery control unit or closer to the battery control unit than to the battery disconnect unit.

Die Länge einer ersten Kommunikationsleitung von der Batteriesteuereinheit zum Stromsensor ist dabei kürzer als die Länge einer zweiten Kommunikationsleitung von der Batteriesteuereinheit zur Batterietrenneinheit, bevorzugt weist sie weniger als 50 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung auf, noch bevorzugter weniger als 20 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung, höchst bevorzugt weniger als 10 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung. The length of a first communication line from the battery control unit to the current sensor is shorter than the length of a second communication line from the battery control unit to the battery disconnection unit, preferably it has less than 50% of the length of the second communication line, more preferably less than 20% of the length of the second communication line , most preferably less than 10% of the length of the second communication line.

Ist die Reihenschaltung der Batteriemodule U-förmig angeordnet, so ist die Batterietrenneinheit bevorzugt an den U-Enden der Reihenschaltung angeschlossen. Der Stromsensor ist bevorzugt am U-Bogen angeordnet.If the series connection of the battery modules is arranged in a U-shape, then the battery disconnection unit is preferably connected to the U-ends of the series connection. The current sensor is preferably arranged on the U-bend.

Vorteilhaft ist auch die Anordnung des Stromsensors in der Mitte einer geraden Anzahl von Batteriemodulen, also beispielsweise zwischen dem sechsten und siebten Batteriemodul von zwölf Batteriemodulen oder dergleichen.Also advantageous is the arrangement of the current sensor in the middle of an even number of battery modules, that is, for example, between the sixth and seventh battery module of twelve battery modules or the like.

Die Batteriesteuereinheit umfasst einen Niederspannungsteil sowie einen Hochspannungsteil mit einer Sensorkommunikationsschnittstelle. Ein Strang aus den in Reihe geschalteten Batteriemodulen ist bevorzugt in zwei sich nicht überlappende Abschnitte unterteilbar, wobei der der Batteriesteuereinheit am nächsten gelegene Abschnitt des Strangs das dem Strang in Reihe geschaltete Mittel zur Strommessung aufweist, und ein Anschluss des Mittels zur Strommessung mit der Sensorkommunikationsschnittstelle des Hochspannungsteils verbunden ist. Der am nächsten gelegene Abschnitt des Strangs weist höchstens 50 % der Gesamtlänge des Strangs auf, bevorzugt höchstens 20 %, noch bevorzugter höchstens 10 %.The battery control unit comprises a low voltage part and a high voltage part with a sensor communication interface. A string of the serially connected battery modules is preferably subdivided into two non-overlapping portions, with the portion of the string closest to the battery control unit having the current-measuring means connected in series with the string, and a terminal of the current-measuring means with the sensor communication interface of the High voltage part is connected. The nearest portion of the strand has at most 50% of the total length of the strand, preferably at most 20%, more preferably at most 10%.

Mit anderen Worten umfasst die Batteriesteuereinheit einen Niederspannungsteil, der Steuerelektronik umfasst, und einen Hochspannungsteil, der mit dem höchsten Spannungspotenzial und dem niedrigsten Spannungspotenzial der Batterie zum Messen eines Parameters der Batterie verbunden ist und einen lokalen Masseanschluss aufweist, wobei der lokale Masseanschluss des Hochspannungsteils mit einem Eingang des Stromsensors der Batterie verbunden ist, welcher auf einem Potenzial liegt, welches niedriger als die Batteriespannung ist.In other words, the battery control unit includes a low voltage part including control electronics and a high voltage part connected to the highest voltage potential and the lowest voltage potential of the battery for measuring a parameter of the battery and having a local ground terminal, the local ground terminal of the high voltage part having a high voltage part Input of the current sensor of the battery is connected, which is at a potential which is lower than the battery voltage.

Die erfindungsgemäße Batterie hat den Vorteil, dass der Hochspannungsteil auf einem zusätzlichen Spannungspotenzial, nämlich einem Zwischenspannungspotenzial der Batterie betreibbar ist. Bevorzugt entspricht das Zwischenspannungspotenzial beispielsweise etwa der halben Batteriespannung. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Batteriesteuereinheit mit einem weiteren Sensorelement, z. B. einem Stromsensor, verbunden ist, das auf Höhe des Zwischenspannungspotenzials arbeitet.The battery according to the invention has the advantage that the high-voltage part can be operated on an additional voltage potential, namely an intermediate voltage potential of the battery. For example, the intermediate voltage potential preferably corresponds to approximately half the battery voltage. This is particularly advantageous if the battery control unit with another sensor element, for. B. a current sensor connected, which operates at the level of the intermediate voltage potential.

Insbesondere misst die Batteriesteuereinheit die Batteriegesamtspannung bipolar am niedrigsten Batteriespannungspotenzial, am Zwischenspannungspotenzial und am höchsten Batteriespannungspotenzial. Dies umfasst insbesondere ein Messen einer Teilspannung zwischen niedrigstem Batteriespannungspotenzial und dem Zwischenspannungspotenzial und ein Messen einer weiteren Teilspannung zwischen höchstem Batteriespannungspotenzial und dem Zwischenspannungspotenzial.In particular, the battery control unit measures the battery total voltage bipolar at the lowest battery voltage potential, the intermediate voltage potential, and the highest battery voltage potential. In particular, this includes measuring a partial voltage between lowest Battery voltage potential and the intermediate voltage potential and measuring a further partial voltage between the highest battery voltage potential and the intermediate voltage potential.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batterie kann die Batteriesteuereinheit neben der bipolaren Messung der Batteriespannung auch mit dem Stromsensor kommunizieren, der auf einem Zwischenspannungspotenzial liegt.Due to the configuration of the battery according to the invention, the battery control unit can also communicate with the current sensor, which is at an intermediate voltage potential, in addition to the bipolar measurement of the battery voltage.

Herkömmliche Batteriesteuereinheiten sind nur mit dem höchsten und niedrigsten Batteriespannungspotenzial verbunden und können deshalb nicht mit Sensorelementen, die auf einem Zwischenspannungspotenzial arbeiten, verbunden werden.Conventional battery control units are associated with only the highest and lowest battery voltage potential and therefore can not be connected to sensor elements operating on an intermediate voltage potential.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die Batteriesteuereinheit einen Gleichspannungswandler, der mit dem höchsten Spannungspotenzial und mit dem niedrigsten Spannungspotenzial der Batterie verbunden ist und der den Hochspannungsteil mit Energie aus der Batterie versorgt. Der Hochspannungsteil benötigt vorzugsweise keine zusätzliche Energiequelle, sondern kann aus der Batterie mitversorgt werden. Der Gleichspannungswandler kann insbesondere einen Sperrwandler, auch Flyback Konverter oder Hoch-Tiefsetzsteller genannt, umfassen. Solche Wandler sind einfach aufgebaut und bieten einen hohen Wirkungsgrad.According to a preferred development, the battery control unit comprises a DC-DC converter which is connected to the highest voltage potential and to the lowest voltage potential of the battery and which supplies the high-voltage part with energy from the battery. The high voltage part preferably does not require an additional power source, but may be co-powered from the battery. The DC-DC converter may in particular comprise a flyback converter, also called flyback converter or step-up converter. Such transducers are simple and offer high efficiency.

Der Stromsensor umfasst vorzugweise einen Shunt-Widerstand. Er kann jedoch auch andere Sensortypen umfassen, wie magneto-resistive Sensoren auf Basis nicht-magnetischer Materialien, z. B. einen Hallsensor, oder auf Basis magnetischer Materialien.The current sensor preferably comprises a shunt resistor. However, it may include other types of sensors, such as magneto-resistive sensors based on non-magnetic materials, eg. As a Hall sensor, or based on magnetic materials.

Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie vorgeschlagen, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Further, a motor vehicle is proposed with a battery according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.

Außerdem wird ein Verfahren zum Messen einer Batteriespannung mittels der erfindungsgemäßen Batteriesteuereinheit zur Verfügung gestellt, wobei die Batteriespannung bipolar am höchsten Spannungspotenzial, am Zwischenspannungspotenzial und am niedrigsten Spannungspotenzial gemessen wird.In addition, a method for measuring a battery voltage is provided by means of the battery control unit according to the invention, wherein the battery voltage is bipolar measured at the highest voltage potential, the intermediate voltage potential and the lowest voltage potential.

Es wird insbesondere bevorzugt, dass die Batteriesteuereinheit an einem ersten Batterieende angeordnet ist und dass die Batterietrenneinheit an einem dem ersten Batterieende gegenüberliegenden zweiten Batterieende angeordnet ist. Ist die Batterie beispielsweise quaderförmig, so können einander gegenüberliegende Abschnitte an den zwei kleinsten Quaderflächen die Batterieenden bilden.It is particularly preferred that the battery control unit is arranged at a first battery end and that the battery disconnection unit is arranged at a second battery end opposite the first battery end. If the battery is cuboid, for example, opposing sections on the two smallest cuboid surfaces can form the battery ends.

Der Stromsensor ist bevorzugt am ersten Batterieende angeordnet oder näher am ersten Batterieende als am zweiten Batterieende angeordnet. Dadurch kann die Länge der Leitung zwischen Stromsensor und Batteriesteuereinheit vorteilhaft kurz gewählt werden.The current sensor is preferably arranged at the first battery end or arranged closer to the first battery end than at the second battery end. As a result, the length of the line between the current sensor and the battery control unit can advantageously be chosen to be short.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie ist.Further, it is preferable that the battery is a lithium ion battery.

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 eine bekannte Batteriesteuereinheit, 1 a known battery control unit,

2 eine bekannte Batterie, 2 a known battery,

3 eine Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 3 a battery according to an embodiment of the invention, and

4 eine Batteriesteuereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 a battery control unit according to an embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 3 ist eine Batterie 300 gezeigt, die einen quaderförmigen Batteriepack 202 umfasst. Der Batteriepack 202 umfasst seinerseits eine Reihenschaltung aus acht Batteriemodulen 204, die U-förmig miteinander verbunden sind. Die Anzahl der Batteriemodule 204 ist beispielhaft und kann auch zwölf, vierundzwanzig oder sechzig und dergleichen umfassen. Da jedes Batteriemodul 204 eine bestimmte Spannung liefert, ist durch die Anzahl der Batteriemodule 204 die Ausgangsspannung des Batteriepacks 202 bzw. der Batterie 300 bestimmbar.In the 3 is a battery 300 shown a cuboid battery pack 202 includes. The battery pack 202 For its part, it comprises a series arrangement of eight battery modules 204 which are U-shaped with each other. The number of battery modules 204 is exemplary and may also include twelve, twenty-four or sixty and the like. As every battery module 204 delivering a certain voltage is determined by the number of battery modules 204 the output voltage of the battery pack 202 or the battery 300 determinable.

Die Batteriemodule 204 umfassen jeweils wenigstens eine Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, und eine Zellüberwachungseinheit. Das erste Batteriemodul 204 bildet den Pluspol+ des Batteriepacks 202 bzw. der Batterie 300 und das achte, also letzte Batteriemodul 204 bildet den Minuspol– des Batteriepacks 202 bzw. der Batterie 300.The battery modules 204 each comprise at least one battery cell, preferably a lithium-ion battery cell, and a cell monitoring unit. The first battery module 204 forms the plus pole + of the battery pack 202 or the battery 300 and the eighth, so last battery module 204 forms the negative pole of the battery pack 202 or the battery 300 ,

Zwischen dem vierten und fünften Batteriemodul 204, also in der Mitte der Reihenschaltung, ist ein Shunt-Widerstand 302 in die Reihenschaltung geschaltet, der einen Stromsensor bildet. Der Shunt-Widerstand 302 wird vom Gesamtstrom des Batteriepacks 202 durchflossen und ruft einen dazu proportionalen Spannungsabfall hervor. Der Spannungsabfall wird über eine Leitung 306 an eine Batteriesteuereinheit 400 übertragen. Die Leitung 306 kann entweder als Einzelleitung, Mehrfachleitung oder Datenleitung, z. B. als Local Interconnect Network (LIN) Bus, ausgebildet sein. Ferner kann die Leitung 306 den Spannungsabfall des Shunt-Widerstands 302 direkt übertragen oder ein entsprechendes Datensignal.Between the fourth and fifth battery module 204 , ie in the middle of the series connection, is a shunt resistor 302 connected in series, forming a current sensor. The shunt resistor 302 is determined by the total current of the battery pack 202 flows through and causes a proportional to voltage drop. The voltage drop is via a line 306 to a battery control unit 400 transfer. The administration 306 can either be a single line, multiple line or data line, z. B. as Local Interconnect Network (LIN) bus, be formed. Furthermore, the line 306 the Voltage drop of the shunt resistor 302 directly transmitted or a corresponding data signal.

An den Pluspol+ und den Minuspol– ist eine Batterietrenneinheit 304 angeschlossen. Die Batterietrenneinheit 304 umfasst ein Schütz, das ein Schaltelement bildet, um den Batteriepack 202 bzw. die Batterie 300 von einer Last zu trennen oder mit der Last zu verbinden. In gleicher Weise kann das Schütz den Batteriepack 202 mit einer Ladeeinrichtung verbinden oder davon trennen. Die Batteriesteuereinheit 400 generiert dazu ein Ansteuersignal, das über eine weitere Leitung 208 von der Batteriesteuereinheit 400 an die Batterietrenneinheit 304 übertragen wird. Die weitere Leitung 208 führt dabei durch den Batteriepack 202.To the plus pole + and the minus pole- is a battery disconnection unit 304 connected. The battery disconnecting unit 304 includes a contactor, which forms a switching element to the battery pack 202 or the battery 300 to disconnect from a load or to connect to the load. In the same way, the contactor can use the battery pack 202 connect to or disconnect from a charger. The battery control unit 400 generates a drive signal for this purpose via another line 208 from the battery control unit 400 to the battery disconnecting unit 304 is transmitted. The further line 208 leads through the battery pack 202 ,

Die Seite, an der der Stromsensor 302 angeordnet ist, bildet ein erstes Ende der Batterie 300 bzw. des Batteriepacks 202. Am ersten Ende ist die Batteriesteuereinheit 400 angeordnet. Somit ist die Leitung 306 zwischen den Stromsensor 302 und der Batteriesteuereinheit 400 kurz, elektromagnetische Einstrahlung auf die Leitung 306 wird so effizient verringert. Die Seite, an der der Pluspol+ und der Minuspol– angeordnet sind, bildet ein zweites Ende der Batterie 300, das dem ersten Ende gegenüberliegt. Am zweiten Ende ist die Batterietrenneinheit 304 angeordnet. Bekannte Batterietrenneinheiten umfassen auch den Stromsensor, wobei die Leitung zwischen Stromsensor und der Batteriesteuereinheit in diesem Fall durch den ganzen Batteriepack führt. Herkömmliche Leitungen zwischen dem Stromsensor und der Batteriesteuereinheit sind länger als die Leitung 306 und erfahren dadurch eine höhere elektromagnetische Einstrahlung, das heißt Störung.The side where the current sensor 302 is arranged forms a first end of the battery 300 or the battery pack 202 , At the first end is the battery control unit 400 arranged. Thus, the line 306 between the current sensor 302 and the battery control unit 400 short, electromagnetic radiation on the line 306 is reduced so efficiently. The side on which the positive pole + and the negative pole are arranged forms a second end of the battery 300 opposite the first end. At the second end is the battery disconnect unit 304 arranged. Known battery disconnect units also include the current sensor, in which case the line between the current sensor and the battery control unit leads through the entire battery pack. Conventional lines between the current sensor and the battery control unit are longer than the line 306 and thus experience a higher electromagnetic radiation, that is, interference.

Mit anderen Worten kann der Strang von in Reihe geschalteten Batteriemodulen 204 in zwei Abschnitte 502 und 504 unterteilt werden, die sich nicht überlappen. Der Abschnitt 502, der näher an der Batteriesteuereinheit 400 liegt als der andere Abschnitt 504, umfasst dann erfindungsgemäß den Stromsensor 302. In other words, the string of series-connected battery modules 204 in two sections 502 and 504 be divided, which do not overlap. The section 502 closer to the battery control unit 400 lies as the other section 504 , then according to the invention comprises the current sensor 302 ,

In der 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batteriesteuereinheit 400 gezeigt. Die Batteriesteuereinheit 400 umfasst einen Niederspannungsteil 402 und einen Hochspannungsteil 404. Der Hochspannungsteil 404 umfasst seinerseits einen Flyback-Konverter 406, der einen Gleichspannungswandler bildet. Der Flyback-Konverter 406 ist mit dem Pluspol+ und dem Minuspol– der Batterie verbunden. Er wandelt die Batteriespannung in eine Versorgungsspannung für den Hochspannungsteil 404 um. Der Hochspannungsteil 404 ist ferner über die Leitung 306 mit dem Shunt-Widerstand 302 verbunden, um den Gesamtstrom der Batterie ermitteln zu können.In the 4 is an embodiment of a battery control unit according to the invention 400 shown. The battery control unit 400 includes a low voltage part 402 and a high voltage part 404 , The high voltage part 404 in turn includes a flyback converter 406 making a DC-DC converter. The flyback converter 406 is connected to the plus pole + and the minus pole- of the battery. It converts the battery voltage into a supply voltage for the high voltage part 404 around. The high voltage part 404 is also over the line 306 with the shunt resistor 302 connected to determine the total current of the battery can.

Ferner ist der Hochspannungsteil 404 mit dem höchsten Batteriespannungspotenzial der Batterie verbunden, das heißt in diesem Fall mit dem Pluspol+, und mit niedrigstem Spannungspotenzial der Batterie, das heißt in diesem Fall mit dem Minuspol– der Batterie, sowie über eine Leitung 408 mit einem Zwischenspannungspotenzial, das beispielsweise am Massepotenzial des Shunt-Widerstands 302 anliegt. Das Zwischenspannungspotenzial liegt beispielsweise auf etwa der halben Batteriespannung. Die Leitung 306 und die Leitung 408 können den Spannungsabfall am Shunt-Widerstand 302 übertragen, oder zusammen eine Datenleitung bilden, die ein dem Spannungsabfall entsprechendes Datensignal übertragen. Zum Ermitteln des Gesamtstroms der Batterie arbeitet die Elektronik im Hochspannungsteil 404 auf dem Zwischenspannungspotenzial der Batterie. Um dennoch auch die Gesamtspannung der Batterie messen zu können, wird die Gesamtspannung bipolar gemessen, wobei das Zwischenspannungspotenzial ein lokales Massepotenzial bildet, gegenüber dem eine Teilspannung zum Pluspol+ und eine weitere Teilspannung zum Minuspol– gemessen wird. Die Kenntnis beider Teilspannungen ermöglicht das Ermitteln der Gesamtspannung der Batterie.Furthermore, the high voltage part 404 connected to the highest battery voltage potential of the battery, that is in this case with the positive pole +, and with the lowest voltage potential of the battery, in this case with the negative pole of the battery, and via a line 408 with an intermediate voltage potential, for example at the ground potential of the shunt resistor 302 is applied. The intermediate voltage potential is for example about half the battery voltage. The administration 306 and the line 408 can reduce the voltage drop across the shunt resistor 302 transmit, or together form a data line, which transmit a data signal corresponding to the voltage drop. To determine the total current of the battery, the electronics operates in the high voltage part 404 on the intermediate voltage potential of the battery. However, in order to be able to measure the total voltage of the battery, the total voltage is measured bipolar, wherein the intermediate voltage potential forms a local ground potential, against which a partial voltage to the positive pole + and another partial voltage to the negative pole- is measured. The knowledge of both partial voltages makes it possible to determine the total voltage of the battery.

Der Hochspannungsteil 404 weist einen lokalen Masseanschluss 410 auf. Der lokale Masseanschluss 410 ist mit einem Eingang des Stromsensors der Batterie verbunden und liegt auf einem Potenzial, welches niedriger als die Batteriespannung ist.The high voltage part 404 has a local ground connection 410 on. The local ground connection 410 is connected to an input of the current sensor of the battery and is at a potential lower than the battery voltage.

Die Batteriesteuereinheit ermöglicht eine störungsfreiere Strommessung und zugleich die Messung der Batteriespannung auf bipolare Weise. Die Batterie mit der Batteriesteuereinheit kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug Anwendung finden, wobei die Batterie dort mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.The battery control unit allows trouble-free current measurement and at the same time the measurement of the battery voltage in a bipolar manner. The battery with the battery control unit can be used for example in a motor vehicle application, wherein the battery is connected there to a drive system of the motor vehicle.

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Claims (10)

Batterie (202, 300) mit: – einer Reihenschaltung mehrerer Batteriemodule (204), wobei ein Batteriemodul (204) wenigstens eine Batteriezelle umfasst; – einer Batteriesteuereinheit (400), und – einem Stromsensor (302) zur Erfassung des Stroms der Batterie (202, 300), der über eine Leitung (306, 408) mit der Batteriesteuereinheit (400) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromsensor (302) zwischen zwei der mehreren Batteriemodule (204) geschaltet ist.Battery ( 202 . 300 ) with: - a series connection of several battery modules ( 204 ), wherein a battery module ( 204 ) comprises at least one battery cell; A battery control unit ( 400 ), and - a current sensor ( 302 ) for detecting the current of the battery ( 202 . 300 ), which via a line ( 306 . 408 ) with the battery control unit ( 400 ), characterized in that the current sensor ( 302 ) between two of the several battery modules ( 204 ) is switched. Batterie (202, 300) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Batterietrenneinheit (304), die wenigstens ein Schaltelement zum Trennen oder zum Verbinden der Batterie (202, 300) mit einer Last oder mit einer Ladeeinrichtung umfasst, wobei die Batteriesteuereinheit (400) das Schaltelement steuert.Battery ( 202 . 300 ) according to claim 1, further comprising a battery disconnection unit ( 304 ), which at least one switching element for disconnecting or connecting the battery ( 202 . 300 ) with a load or with a charging device, wherein the battery control unit ( 400 ) controls the switching element. Batterie (202, 300) nach Anspruch 1, wobei die Länge einer ersten Kommunikationsleitung von der Batteriesteuereinheit (400) zum Stromsensor (302) kürzer ist als die Länge einer zweiten Kommunikationsleitung von der Batteriesteuereinheit (400) zur Batterietrenneinheit (304), bevorzugt weniger als 50 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung aufweist, noch bevorzugter weniger als 20 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung, höchst bevorzugt weniger als 10 % der Länge der zweiten Kommunikationsleitung. Battery ( 202 . 300 ) according to claim 1, wherein the length of a first communication line from the battery control unit ( 400 ) to the current sensor ( 302 ) is shorter than the length of a second communication line from the battery control unit ( 400 ) to the battery disconnection unit ( 304 ), preferably less than 50% of the length of the second communication line, more preferably less than 20% of the length of the second communication line, most preferably less than 10% of the length of the second communication line. Batterie (202, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriesteuereinheit (400) einen Niederspannungsteil (402) sowie einen Hochspannungsteil (404) mit einer Sensorkommunikationsschnittelle aufweist, und ein Strang aus den in Reihe geschalteten Batteriemodulen (204) in zwei sich nicht überlappende Abschnitte unterteilbar ist, wobei der der Batteriesteuereinheit (400) am nächsten gelegene Abschnitt des Strangs das dem Strang in Reihe geschaltete Mittel zur Strommessung aufweist, und ein Anschluss des Mittels zur Strommessung mit der Sensorkommunikationsschnittstelle des Hochspannungsteils (404) verbunden ist.Battery ( 202 . 300 ) according to one of the preceding claims, wherein the battery control unit ( 400 ) a low voltage part ( 402 ) and a high voltage part ( 404 ) having a sensor communication section, and a string of the serially connected battery modules ( 204 ) is subdivided into two non-overlapping sections, wherein the battery control unit ( 400 ) nearest the section of the string comprising the current measuring means connected in series with the string, and a terminal of the current measuring means with the sensor communication interface of the high voltage part ( 404 ) connected is. Batterie nach Anspruch 4, wobei der am nächsten gelegene Abschnitt des Strangs höchstens 50 % der Gesamtlänge des Strangs ausmacht, bevorzugt höchstens 20 %, noch bevorzugter höchstens 10 %.A battery according to claim 4, wherein the nearest portion of the strand is at most 50% of the total length of the strand, preferably at most 20%, more preferably at most 10%. Batterie (202, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die Batteriesteuereinheit (400) umfasst: – einen Niederspannungsteil (402), der Steuerelektronik umfasst, und – einen Hochspannungsteil (404), der mit dem höchsten Spannungspotenzial(+) und dem niedrigsten Spannungspotenzial(–) der Batterie (202, 300) zum Messen eines Parameters der Batterie (202, 300) verbunden ist und einen lokalen Masseanschluss (410) aufweist, wobei der lokale Masseanschluss (410) des Hochspannungsteils (404) mit einem Eingang des Stromsensors (302) der Batterie (202, 300) verbunden ist, welcher auf einem Potenzial liegt, welches niedriger als die Batteriespannung ist.Battery ( 202 . 300 ) according to one of the preceding claims 1 to 3, wherein the battery control unit ( 400 ) comprises: - a low voltage part ( 402 ) comprising control electronics, and - a high voltage part ( 404 ) with the highest voltage potential (+) and the lowest voltage potential (-) of the battery ( 202 . 300 ) for measuring a parameter of the battery ( 202 . 300 ) and a local ground connection ( 410 ), wherein the local ground connection ( 410 ) of the high voltage part ( 404 ) with an input of the current sensor ( 302 ) of the battery ( 202 . 300 ), which is at a potential lower than the battery voltage. Batterie (202, 300) nach Anspruch 6, wobei die Batteriesteuereinheit (400) einen Gleichspannungswandler (406) umfasst, der mit dem höchsten Spannungspotenzial(+) und mit dem niedrigsten Spannungspotenzial(–) der Batterie (202, 300) verbunden ist und der den Hochspannungsteil (404) mit Energie aus der Batterie (202, 300) versorgt. Battery ( 202 . 300 ) according to claim 6, wherein the battery control unit ( 400 ) a DC-DC converter ( 406 ) with the highest voltage potential (+) and the lowest voltage potential (-) of the battery ( 202 . 300 ) and the high voltage part ( 404 ) with energy from the battery ( 202 . 300 ) provided. Batterie (202, 300) nach Anspruch 7, wobei der Gleichspannungswandler (406) als Sperrwandler (406) ausgeführt ist.Battery ( 202 . 300 ) according to claim 7, wherein the DC-DC converter ( 406 ) as a flyback converter ( 406 ) is executed. Batterie (202, 300) nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher der Stromsensor (302) als Shunt-Widerstand (302) ausgeführt ist. Battery ( 202 . 300 ) according to one of the preceding claims, in which the current sensor ( 302 ) as a shunt resistor ( 302 ) is executed. Kraftfahrzeug mit einer Batterie (202, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Batterie (202, 300) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Motor vehicle with a battery ( 202 . 300 ) according to one of claims 1 to 9, wherein the battery ( 202 . 300 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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