DE102012214953A1

DE102012214953A1 - Batteriemodul mit Alarmleitung

Info

Publication number: DE102012214953A1
Application number: DE102012214953.8A
Authority: DE
Inventors: Stefan Butzmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-02-27
Also published as: US20140057143A1; US10312495B2

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul (18) für ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt, welches zwei Anschlüsse (21, 22) umfasst, über welche das Batteriemodul (18) elektrisch mit einem Batteriesystem verbindbar ist. Ferner weist das Batteriemodul (18) einen Batteriestrang (20) auf, der die beiden Anschlüsse (21, 22) miteinander verbindet und mindestens eine zu dem Batteriestrang (20) in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezelle (16) aufweist. Das Batteriemodul (18) umfasst eine Batteriemodulschaltung (14), welche bei Empfang eines Alarm-Signals dazu ausgelegt ist, das Batteriemodul (18) über dessen Anschlüsse (21, 22) zu überbrücken, wobei die mindestens eine Batteriezelle (16) mit einer zu der Batteriezelle (16) zugehörigen Überwachungsschaltung (15) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Überwachungsschaltung (15) über eine elektrische Verbindung (4) mit einer Alarmleitung (1) verbunden, wobei die Alarmleitung (1) mit dem Eingang der Batteriemodulschaltung (14) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Alarmleitung, welches mindestens eine Batteriezelle aufweist und dazu ausgelegt ist, sich im Falle des Vorliegens eines kritischen Zustandes der mindestens einen Batteriezelle selbst zu überbrücken.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Batteriemodule aus mehreren identischen Speicherelementen zusammenzusetzen. Als Speicherelemente kommen dabei insbesondere wiederaufladbare elektrochemische Zellen beziehungsweise Batteriezellen in Betracht. Sofern die Batteriemodule eine höhere Spannung aufweisen sollen als ein einzelnes Speicherelement, so wird die Spannung des Batteriemoduls durch Serienschaltung einzelner Speicherelemente erhöht. Sofern das Batteriemodul eine höhere Gesamtkapazität oder eine höhere Stromlieferfähigkeit aufweisen soll als ein einzelnes Speicherelement, so werden mehrere Speicherelemente parallel miteinander verschaltet. Weiterhin sind Kombinationen aus Serien- und Parallelverschaltung gebräuchlich, bei welchen beispielsweise drei seriell miteinander verschaltete Elemente zu drei weiteren seriell miteinander verschalteten Elementen parallel geschaltet sind (3s2p-Konfiguration). Ein solches Batteriemodul weist die dreifache Spannung und die doppelte Kapazität eines einzelnen Speicherelementes auf.
Ferner sind dem Stand der Technik Überwachungsschaltungen bekannt, welche im Falle des Vorliegens eines nicht erlaubten beziehungsweise kritischen Zustandes der Batteriezelle eines Batteriemoduls beziehungsweise eines Batteriesystems ein Alarm-Signal generieren. Liegt ein solcher kritischer Zustand einer Batteriezelle vor, wird diese meist innerhalb des Batteriemoduls beziehungsweise innerhalb des Batteriesystems, in dem sie in Reihe beziehungsweise zu dem sie parallel geschaltet ist, überbückt. Dabei sind dem Stand der Technik viele Ansätze zur Überbrückung einzelner Batteriezellen bei einem Fehlverhalten derselben bekannt. Allerdings sind dem Stand der Technik bislang keine Ansätze bekannt, wie die Überbrückung ganzer Batteriemodule, beispielsweise innerhalb eines Batteriesystems als Reaktion auf das Fehlverhalten einer beliebigen Batteriezelle innerhalb eines Batteriemoduls realisiert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul für ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt, welches zwei Anschlüsse umfasst, über welche das Batteriemodul elektrisch mit einem Batteriesystem verbindbar ist. Ferner weist das Batteriemodul einen Batteriestrang auf, der die beiden Anschlüsse miteinander verbindet und mindestens eine zu dem Batteriestrang in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezelle aufweist. Das Batteriemodul umfasst eine Batteriemodulschaltung, welche bei Empfang eines Alarm-Signals dazu ausgelegt ist, das Batteriemodul über dessen Anschlüsse zu überbrücken, wobei die mindestens eine Batteriezelle mit einer zu der Batteriezelle zugehörigen Überwachungsschaltung verbunden ist. Erfindungsgemäß ist die Überwachungsschaltung über eine elektrische Verbindung mit einer Alarmleitung verbunden, wobei die Alarmleitung mit dem Eingang der Batteriemodulschaltung verbunden ist.
Durch die Bereitstellung solcher Batteriemodule ist es möglich, Batteriesysteme mit eigensicheren Batteriemodulen zu erhalten, welche sich im Falle des Vorliegens eines kritischen Zustands, beispielsweise einer fehlerhaften Batteriezelle innerhalb des Batteriemoduls, selbst überbrücken, beziehungsweise dazu in der Lage sind, sich von den Anschlüssen, mit denen sie mit einem Batteriesystem verbindbar sind, zu entkoppeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Überwachungsschaltung dazu ausgebildet, die Alarmleitung mit einem Alarm-Signal zu beaufschlagen, wenn sich die mit der Überwachungsschaltung verbundene Batteriezelle in einem kritischen Zustand befindet.
Dadurch kann die Überbrückung des gesamten Batteriemoduls, beispielsweise innerhalb eines Batteriesystems beziehungsweise die Entkopplung des gesamten Batteriemoduls von einem Batteriesystem in Abhängigkeit von dem Zustand lediglich einer einzelnen Batteriezelle eigenständig von dem Batteriemodul vorgenommen werden. Dabei ist die Überwachungsschaltung auch zu der Erkennung eines derartigen, kritischen Zustandes einer Batteriezelle in der Lage.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform befindet sich die Batteriezelle genau dann in einem kritischen Zustand, wenn ein Überstrom durch die Batteriezelle fließt und/oder die Batteriezelle eine Überspannung und/oder eine Unterspannung und/oder eine Übertemperatur aufweist. Somit kann die Überbrückung des gesamten Batteriemoduls von dem Vorliegen einer bestimmten Fehlerart einer einzelnen Batteriezelle abhängig gemacht werden.
Vorzugsweise weist die elektrische Verbindung zwischen der Überwachungsschaltung und der Alarmleitung einen Isolator sowie ein Schaltmittel auf. Durch den Isolator sind die elektrischen Signale der Überwachungsschaltung beziehungsweise die in oder auf der Batteriezelle integrierte Überwachungsschaltung selbst, besser vor Störeinflüssen durch die internen Schaltungen des Batteriemoduls geschützt. Durch das Schaltmittel kann die Ansteuerung der Batteriemodulschaltung auf optimierte Art und Weise erfolgen.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist das Schaltmittel als Halbleiterbauelement ausgeführt. Besonders bevorzugt ist das Schaltmittel als MOSFET, als IGBT oder als Thyristor ausgeführt.
Bevorzugt ist das Schaltmittel als Bipolartransistor in Open-Collector-Schaltung ausgeführt, wobei die Basis des Bipolartransistors elektrisch mit der Überwachungsschaltung und der Collector des Bipolartransistors elektrisch mit der Alarmleitung verbunden ist. Bipolartransistoren weisen eine hohe Spannungsfestigkeit sowie hohe Schaltgeschwindigkeiten auf. Ferner sind ihre Leitverluste linear proportional zu dem sie durchfließenden Strom sowie zu der Collector-Emitter-Sättigungsspannung. Durch die Open-Collector-Schaltung ist es möglich, den Spannungsabfall über der Emitter-Collector-Strecke durch ein Signal an der Basis des Bipolartransistors zu verändern.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batteriemodulschaltung eine Halbbrückenschaltung auf, über welche das Batteriemodul über dessen Anschlüsse überbrückbar ist.
Über eine Halbbrückenschaltung kann das Batteriemodul per Ansteuerung der beiden Schaltmittel der Halbbrückenschaltung auf einfache Weise zu einem Batteriesystemstrang, mit dem das Batteriemodul beispielsweise extern innerhalb eines Batteriesystems verschaltet sein kann, hinzugeschaltet beziehungsweise von diesem entkoppelt werden. Eine Überbrückung des Batteriemoduls innerhalb des Batteriesystemstrangs eines Batteriesystems ist somit auf einfache Art und Weise möglich, in dem das Batteriemodul über seine Anschlüsse überbrückt wird. Ist das Batteriemodul mit seinen beiden Anschlüssen mit einem Batteriesystem verbunden, sind die beiden Anschlüsse des Batteriemoduls über die Halbbrückenschaltung zur Überbrückung beziehungsweise Entkopplung des Batteriemoduls miteinander verbindbar, während gleichzeitig der Batteriestrang innerhalb des Batteriemoduls von der Halbbrückenschaltung unterbrechbar ist.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform sind die Schaltmittel der Halbbrückenschaltung als Halbleiterschalter ausgeführt. Halbleiterschalter sind kostengünstig und sehr kompakt, das heißt in einer hohen Integrationsdichte realisierbar. Ferner weisen Halbleiterschalter, zum Beispiel im Vergleich zu elektromechanischen Schaltmitteln, eine schnelle Schaltzeit sowie stabile Verstärkungs- und Antwortzeiten auf.
Bevorzugt umfasst die Batteriemodulschaltung eine Logik- und -Treiber-Schaltung, welche einen mit der Alarmleitung verbundenen Eingang und einen ersten, mit einer Steuerelektrode des ersten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung verbundenen Ausgang und einen zweiten, mit einer Steuerelektrode des zweiten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung verbundenen Ausgang aufweist.
Ein Treiberschalter fungiert als Schnittstelle zwischen einem logischen Signal und einem Leistungsschalter. Eine Logikschaltung dient der logischen Auswertung eines an ihrem Eingang anliegenden Eingangssignals. Durch die Logik- und -Treiberschaltung werden die von der Überwachungsschaltung übermittelten Alarm-Signale verarbeitet und verstärkt.
Vorzugsweise weist die Batteriemodulschaltung eine Steuer-Einheit auf, über welche mindestens ein Schütz eines mit dem Batteriemodul verbindbaren Batteriesystems ansteuerbar ist und/oder welche dazu ausgelegt ist, die Überbrückung des Batteriemoduls über dessen Anschlüsse zu veranlassen. Durch das zusätzliche Verbauen einer Steuer-Einheit innerhalb des Batteriemoduls zur Ansteuerung des Schützes eines Batteriesystems kann die Sicherheit eines Batteriesystems, in welchem das Batteriemodul verbaut ist, insgesamt erhöht werden. Im Fehlerfall einer Batteriezelle des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann dann auch die Verbindung, beispielsweise zwischen den Anschlüssen eines Batteriesystems und dessen Batteriesystemsträngen, durch Ansteuerung eines Schützes, unterbrochen werden. Die Verbindung zwischen dem Batteriesystem und beispielsweise einer Last ist somit also über die Steuer-Einheit des Batteriemoduls unterbrechbar. Des Weiteren kann unter Verwendung einer verbauten Steuer-Einheit eine Überbrückung des Batteriemoduls über dessen Anschlüsse beispielsweise auch dann vorgenommen werden, wenn die Überwachungsschaltung einer zugehörigen Batteriezelle versagt hat.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung dieser Ausführungsform ist die Steuer-Einheit als Mikrocontroller ausgeführt. Mikrocontroller sind sehr gut in Leistung und Ausstattung auf die jeweilige, für sie vorgesehene Anwendung anpassbar. Des Weiteren sind sie gegenüber anderen Rechensystemen sehr kostengünstig.
Ferner wird eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, und
2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls mit Halbbrückenschaltung.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 dargestellt, welches zwei Anschlüsse 21, 22 aufweist, die über einen Batteriestrang 20 miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Der Batteriestrang 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel zu Anschauungszwecken lediglich eine zu dem Batteriestrang 20 in Reihe geschaltet Batteriezelle 16 auf. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 18 mit einer großen Vielzahl an zu dem Batteriestrang 20 des Batteriemoduls 18 in Reihe und alternativ oder ergänzend parallel geschalteten Batteriezellen 16 realisiert sein. Die Batteriezelle 16 des Batteriemoduls 18 ist mit einer zu der Batteriezelle 16 zugehörigen Überwachungsschaltung 15 verbunden. Diese Überwachungsschaltung 15 kann beispielsweise in oder auf der Batteriezelle 16 integriert sein. Dabei ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 ein erster Eingang der Überwachungsschaltung 15 direkt mit der Anode der Batteriezelle 16 und ein zweiter Eingang der Überwachungsschaltung 15 direkt mit der Kathode der Batteriezelle 16 verbunden. Der Ausgang der Überwachungsschaltung 15 ist über eine elektrische Verbindung 4 mit einer Alarmleitung 1 verbunden.
Ferner ist die Überwachungsschaltung 15 in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgelegt, die Alarmleitung 1 mit einem Alarm-Signal zu beaufschlagen, wenn sich die mit der Überwachungsschaltung 15 verbundene Batteriezelle 16 in einem kritischen Zustand befindet. Detektiert die Überwachungsschaltung 15 also einen kritischen Zustand, welcher in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft dann vorliegt, wenn ein Überstrom durch die Batteriezelle 16 fließt und/oder die Batteriezelle 16 eine Überspannung und/oder eine Unterspannung und/oder eine Übertemperatur aufweist, dann beaufschlagt die Überwachungsschaltung 15 die Alarmleitung 1 mit einem Alarm-Signal. Dabei kann ein kritischer Zustand auch bei Vorliegen einer anderen, sonstigen Situation, wie beispielsweise dem Vorliegen eines Überdrucks der Batteriezelle 16 gegeben sein. Das Batteriemodul 18 weist ferner eine Batteriemodulschaltung 14 auf, welche bei Empfang eines Alarm-Signals dazu ausgelegt ist, das Batteriemodul 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 zu überbrücken. Die Batteriemodulschaltung 14 ist mit beiden Anschlüssen 21, 22 des Batteriemoduls 18 verbunden und dazu ausgelegt, die beiden Anschlüsse 21, 22 direkt miteinander zu verbinden und gleichzeitig den Batteriestrang 20 zwischen einem Anschluss 21, 22 und der Batteriezelle 16 zu unterbrechen. Über die elektrische Verbindung 4 sowie die Alarmleitung 1 ist der Ausgang der mit der Batteriezelle 16 verbundenen und zu dieser zugehörigen Überwachungsschaltung 15 mit dem Eingang der Batteriemodulschaltung 14 verbunden.
Detektiert die Überwachungsschaltung 15 rein beispielhaft einen durch die Batteriezelle 16 fließenden Überstrom, so beaufschlagt sie die Alarmleitung 1 mit einem Alarm-Signal, welches über die Alarmleitung 1 an den Eingang der Batteriemodulschaltung 14 übermittelt wird. Daraufhin überbrückt die Batteriemodulschaltung 14 das gesamte Batteriemodul 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 und unterbricht den Batteriestrang 20 zwischen einem der Anschlüsse 21, 22 sowie der Batteriezelle 16. Ist das Batteriemodul 18 also mit einem Batteriesystem beziehungsweise einem Batteriesystemstrang verbunden, kann die Batteriemodulschaltung 14 des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 Selbiges innerhalb des Batteriesystemstrangs überbrücken beziehungsweise von dem Batteriesystemstrang entkoppeln.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 mit Halbbrückenschaltung 11. Der prinzipielle Aufbau der in der 2 dargestellten Ausführungsform ist dabei ähnlich dem der Ausführungsform des in 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18. Wie in 1 weist das Batteriemodul 18 zwei Anschlüsse 21, 22 auf, die über einen Batteriestrang 20 miteinander verbunden sind. Der Batteriestrang 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine nicht weiter definierte Anzahl an in Reihe geschalteten Batteriezellen 16 auf, von denen in 2 drei ausgestaltet dargestellt sind, während die verbleibenden Batteriezellen 16 über eine Punktlinie lediglich angedeutet sind. Mit jeder Batteriezelle 16 des Batteriestrangs 20 ist eine zu der Batteriezelle 16 zugehörige Überwachungsschaltung 15, wie in der Beschreibung zu der 1 dargelegt, verbunden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Überwachungsschaltungen 15 der Batteriezellen 16 ebenfalls untereinander verbunden. So sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Eingang einer ersten und ein Eingang einer zweiten, zur ersten benachbarten Überwachungsschaltung 15 mit dem gleichen Potenzialpunkt, zwischen den zwei jeweils zugehörigen, in Reihe geschalteten Batteriezellen 16, miteinander und mit dem Batteriestrang 20 verbunden. Mit anderen Worten ausgedrückt ist ein erster Eingang einer ersten Überwachungsschaltung 15 mit einem zweiten Eingang einer zweiten, zu der ersten Überwachungsschaltung 15 benachbarten Überwachungsschaltung 15, an dem gleichen Potenzial des Batteriestrangs 20 zwischen den zwei zugehörigen Batteriezellen 16 an den Batteriestrang 20 angeschlossen. Die Art der Überwachungsschaltung 15 als auch die Art derer jeweiligen Verbindung mit jeweils einer Batteriezelle 16 sowie deren Verbindung untereinander ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft gewählt. Es können auch Überwachungsschaltungen 15 realisiert sein, die beispielsweise nur mit einer Elektrode einer Batteriezelle 16 verbunden oder ganz anders mit dieser verknüpft und ausgestaltet sind.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die elektrischen Verbindungen 4 zwischen den Überwachungsschaltungen 15 und der Alarmleitung 1 jeweils einen Isolator 5 sowie jeweils ein Schaltmittel 10 auf. Mit anderen Worten ausgedrückt, führt eine elektrische Verbindung 4 zwischen einer Überwachungsschaltung 15 und der Alarmleitung 1 jeweils über einen zu der elektrischen Verbindung 4 in Reihe geschalteten Isolator 5. Die elektrischen Verbindungen 4 verbinden die Ausgänge der Überwachungsschaltungen 15 in diesem Ausführungsbeispiel über den jeweiligen Isolator 5 mit jeweils einer Steuerelektrode eines als Bipolartransistors ausgeführten Schaltmittels 10. In diesem Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Bipolartransistor dabei in einer Open-Collector-Schaltung ausgeführt, wobei wie bereits erwähnt, die Steuerelektrode beziehungsweise die Basis-Elektrode, also die Basis des Bipolartransistors, elektrisch mit der zugehörigen Überwachungsschaltung 15 und der Collector des jeweiligen Bipolartransistors elektrisch mit der Alarmleitung 1 verbunden ist. Die Emitter der Bipolartransistoren sind in diesem Ausführungsbeispiel alle mit demselben Potenzial innerhalb des Batteriemoduls 18 verbunden, in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Potenzial des Anschlusses 22. Die elektrische Verbindung 4 zwischen dem Ausgang einer Überwachungsschaltung 15 und der Alarmleitung 1 führt in diesem Ausführungsbeispiel also jeweils über den Collector eines Bipolartransistors. Sowohl der Verbau von Isolatoren 5 als auch von Schaltmitteln 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel rein optional. Auch die Ausführung der Schaltmittel 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft gewählt. Es können auch erfindungsgemäße Batteriemodule 18 ohne diese Komponenten beziehungsweise mit anders ausgeführten Schaltmitteln 10, beispielsweise unter Verwendung von Halbleiterschaltern, realisiert sein.
Wie in der Beschreibung zu der 1 ausgeführt, ist die Alarmleitung 1 mit dem Eingang der Batteriemodulschaltung 14 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Batteriemodulschaltung 14 eine Halbbrückenschaltung 11 auf, über welche das Batteriemodul 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 überbrückbar beziehungsweise entkoppelbar ist. Die Halbbrückenschaltung 11 weist zu diesem Zweck ein erstes und ein zweites Schaltmittel auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Halbleiterschalter ausgeführt sind. Das zweite Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 ist dabei direkt zwischen den beiden Anschlüssen 21, 22 des Batteriemoduls 18 und das erste Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 zwischen einem Anschluss 21, 22 und den Batteriezellen 16 angeordnet. Ist das erste Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 geschlossen und das zweite Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 geöffnet, ist das erfindungsgemäße Batteriemodul 18 nicht überbrückt. Die Anschlüsse 21, 22 sind dann über den Batteriestrang 20 miteinander verbunden. Ist hingegen das erste Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 geöffnet und das zweite Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 geschlossen, sind die beiden Anschlüsse 21, 22 des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 direkt miteinander verbunden, während der Batteriestrang 20 über das geöffnete erste Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 unterbrochen ist.
Ferner weist die Batteriemodulschaltung 14 eine Logik- und -Treiber-Schaltung 12 auf, welche einen mit der Alarmleitung 1 verbundenen Eingang und einen ersten, mit einer Steuerelektrode des ersten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung 11 verbundenen Ausgang und einen zweiten, mit einer Steuerelektrode des zweiten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung 11 verbundenen Ausgang aufweist. Mit anderen Worten sind in diesem Ausführungsbeispiel also die Steuerelektroden der beiden als Halbleiterschalter ausgeführten Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 mit den Ausgängen der Logik- und -Treiber-Schaltung 12 verbunden. Die Logik- und -Treiber-Schaltung 12 dient in diesem Ausführungsbeispiel zum einen der logischen Auswertung eines an ihrem Eingang anliegenden Alarm-Signals sowie zum anderen der Übermittlung von Steuersignalen an die Steuerelektroden der Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11. Dabei korrespondieren die von der Logik- und -Treiber-Schaltung 12 generierten Steuersignale zu dem Ergebnis der logischen Auswertung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Logik-Schaltung für die Auswertung eines Alarm-Signals sowie die Treiber-Schaltung für die beiden Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 in einer Schaltung integriert. Es können aber auch erfindungsgemäße Batteriemodule 18 realisiert sein, in denen diese beiden Komponenten voneinander getrennt sind. Beispielsweise können Alarm-Signale auch zunächst in einer vorgeschalteten Logik-Schaltung ausgewertet werden und das Ergebnis dieser Auswertung dann einer Treiber-Schaltung zum Betrieb der Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 übermittelt werden.
Ferner weist die Batteriemodulschaltung 14 eine Steuer-Einheit 25 auf, über welche mindestens ein Schütz eines mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul 18 verbindbaren Batteriesystems ansteuerbar ist und/oder welche dazu ausgelegt ist, die Überbrückung des Batteriemoduls 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 zu veranlassen. Mit anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht es diese Steuer-Einheit 25, bei Einsatz des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 in einem Batteriesystem, beispielsweise über eine zusätzliche Verbindung des Batteriemoduls 18 mit einem Bussystem des Batteriesystems, ein Schütz des Batteriesystems anzusteuern. Bei einem solchen Schütz kann es sich zum Beispiel um ein, in einer Lade- und/oder Trenneinrichtung eines Batteriesystems verbautes Schütz handeln, über welches sich das Batteriesystem von mindestens einem seiner Anschlüsse beziehungsweise einer mit dem Batteriesystem verbundenen Last abtrennten lässt. Ferner ist diese Steuer-Einheit 25 dazu ausgelegt, eine Überbrückung des Batteriemoduls 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 zu veranlassen, ohne dass dazu ein durch eine Überwachungsschaltung 15 generiertes Alarm-Signal vorzuliegen hat.
Wird von einer beliebigen Überwachungsschaltung 15 beispielsweise eine Überspannung der zugehörigen Batteriezelle 16 innerhalb des Batteriestrangs 20 festgestellt beziehungsweise gemessen, so steuert diese Überwachungsschaltung 15 über die elektrische Verbindung 4 die Steuerelektrode des als Bipolartransistor ausgeführten, zugehörigen Schaltmittels 10 an. Daraufhin ändert sich der Spannungsabfall über der Collector-Emitter-Strecke des zu der Überwachungsschaltung 15 zugehörigen Bipolartransistors. Diese Änderung des Spannungsabfalls führt zu der Beaufschlagung der Alarmleitung 1 mit einem Alarm-Signal. Über die Alarmleitung 1 wird das Alarm-Signal an den Eingang der Logik- und -Treiber-Schaltung 12 übermittelt. In dieser Logik- und -Treiber-Schaltung 12 wird das Alarm-Signal verarbeitet. Daraufhin werden Treiber- beziehungsweise Steuersignale für die Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 generiert und an die Steuerelektroden der Schaltmittel der Halbbrückenschaltung 11 übermittelt. Über die Halbbrückenschaltung 11 wird dann eine Überbrückung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 18 über dessen Anschlüsse 21, 22 vorgenommen. Das Batteriemodul 18 ist so vor einer Beschädigung durch die Batteriezelle 16, welche die Überspannung aufweist, geschützt, da diese nicht mehr an die Versorgungsspannung angeschlossen ist.

Claims

Batteriemodul (18) für ein Batteriesystem, umfassend – zwei Anschlüsse (21, 22), über welche das Batteriemodul (18) elektrisch mit einem Batteriesystem verbindbar ist, – einen Batteriestrang (20), der die beiden Anschlüsse (21, 22) miteinander verbindet und mindestens eine zu dem Batteriestrang (20) in Reihe und/oder parallel geschaltete Batteriezelle (16) aufweist, – eine Batteriemodulschaltung (14), welche bei Empfang eines Alarm-Signals dazu ausgelegt ist, das Batteriemodul (18) über dessen Anschlüsse (21, 22) zu überbrücken, wobei die mindestens eine Batteriezelle (16) mit einer zu der Batteriezelle (16) zugehörigen Überwachungsschaltung (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung (15) über eine elektrische Verbindung (4) mit einer Alarmleitung (1) verbunden ist, wobei die Alarmleitung (1) mit dem Eingang der Batteriemodulschaltung (14) verbunden ist.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 1, wobei die Überwachungsschaltung (15) dazu ausgebildet ist, die Alarmleitung (1) mit einem Alarm-Signal zu beaufschlagen, wenn sich die mit der Überwachungsschaltung (15) verbundene Batteriezelle (16) in einem kritischen Zustand befindet.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 2, wobei sich die Batteriezelle (16) genau dann in einem kritischen Zustand befindet, wenn ein Überstrom durch die Batteriezelle (16) fließt und/oder die Batteriezelle (16) eine Überspannung und/oder eine Unterspannung und/oder eine Übertemperatur aufweist.
Batteriemodul (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Verbindung (4) zwischen der Überwachungsschaltung (15) und der Alarmleitung (1) einen Isolator (5) sowie ein Schaltmittel (10) aufweist.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 4, wobei das Schaltmittel (10) als Halbleiterbauelement ausgeführt ist.
Batteriemodul (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodulschaltung (14) eine Halbbrückenschaltung (11) aufweist, über welche das Batteriemodul (18) über dessen Anschlüsse (21, 22) überbrückbar ist.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 6, wobei die Schaltmittel der Halbbrückenschaltung (11) als Halbleiterschalter ausgeführt sind.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Batteriemodulschaltung (14) eine Logik- und -Treiber-Schaltung (12) umfasst, welche einen mit der Alarmleitung (1) verbundenen Eingang und einen ersten, mit einer Steuerelektrode des ersten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung (11) verbundenen Ausgang und einen zweiten, mit einer Steuerelektrode des zweiten Schaltmittels der Halbbrückenschaltung (11) verbundenen Ausgang aufweist.
Batteriemodul (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodulschaltung (14) eine Steuer-Einheit (25) aufweist, über welche mindestens ein Schütz eines mit dem Batteriemodul (18) verbindbaren Batteriesystems ansteuerbar ist und/oder welche dazu ausgelegt ist, die Überbrückung des Batteriemoduls (18) über dessen Anschlüsse (21, 22) zu veranlassen.
Batteriemodul (18) nach Anspruch 9, wobei die Steuer-Einheit (25) als Mikrocontroller ausgeführt ist.
Batterie mit einem Batteriemodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 11, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.