DE102013007704B4 - Battery protection by means of an active current sensor - Google Patents

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Abstract

Batterieschutz für eine Batterie (2) eines Fahrzeugs, umfassend:eine Steuerung (7), die dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand der Batterie (2) zu erkennen, gekennzeichnet durcheinen aktiven Stromsensor (1) zur Messung eines Stromes (IMess) der Batterie (2), wobei der aktive Stromsensor (1) ein erstes Widerstandselement (4a) und ein zweites Widerstandselement (4b) aufweist, an welchen eine Spannung zur Messung des durch das Widerstandselement (4a) fließenden Stromes (IMess) der Batterie (2) erfasst wird unddie gesperrt werden können, wobei das erste Widerstandselement (4a) und das zweite Widerstandselement (4b) parallel zueinander geschaltet sind und der Strom (IMess) der Batterie (2) beim Entladen der Batterie (2) durch das erste Widerstandselement (4a) und beim Laden der Batterie (2) durch das zweite Widerstandselement (4b) fließt, wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, das erste Widerstandselement (4a) zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie (2) einen Tiefentladeschwellwert unterschreitet, sodass ein Entladestrom (IEntiadung) der Batterie (2) durch das erste Widerstandselement (4a) gesperrt ist, und wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, das zweite Widerstandselement (4b) zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie (2) einen Überladeschwellwert überschreitet, sodass ein Ladestrom (ILadung) der Batterie (2) durch das zweite Widerstandselement (4b) gesperrt ist.Battery protection for a battery (2) of a vehicle, comprising: a controller (7) which is designed to detect a state of charge of the battery (2), characterized by an active current sensor (1) for measuring a current (IMess) of the battery ( 2), wherein the active current sensor (1) has a first resistance element (4a) and a second resistance element (4b), at which a voltage for measuring the current (IMess) of the battery (2) flowing through the resistance element (4a) is detected andwhich can be blocked, wherein the first resistive element (4a) and the second resistive element (4b) are connected in parallel to one another and the current (IMess) of the battery (2) when the battery (2) is discharged through the first resistive element (4a) and when Charging the battery (2) flows through the second resistance element (4b), the controller (7) being designed to block the first resistance element (4a) when the state of charge of the battery (2) falls below a deep discharge threshold value, so that a discharge current ( Discharge) of the battery (2) is blocked by the first resistance element (4a), and wherein the controller (7) is designed to block the second resistance element (4b) when the state of charge of the battery (2) exceeds an overcharging threshold value, so that a charging current (Icharge) of the battery (2) is blocked by the second resistance element (4b).

Description

Die Erfindung betrifft einen Batterieschutz für eine Batterie eines Fahrzeugs und die Verwendung eines derartigen Batterieschutzes in einem Batteriedatenmodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to battery protection for a battery in a vehicle and the use of such a battery protection in a battery data module for a battery in a motor vehicle.

In Kraftahrzeugen ist es üblich, eine Batterie zur Versorgung eines elektrischen Bordnetzes oder in Form von Traktionsbatterien zur Stromversorgung eines elektrischen Antriebs einzusetzen. Außerdem ist es im Fahrzeugbereich bekannt, Batterien in Hochvoltbordnetzen mit Spannungen oberhalb von 14 Volt und in Niedervoltbordnetzen mit Spannungen unterhalb von 14 Volt einzusetzen. Bei solchen Niedervolt-Bordnetz-und Hochvolt-Bordnetz-Batterien oder Traktionsbatterien ist während ihres Einsatzes in Fahrzeugen aufgrund möglicher Fehlbedienungen eine Tiefentladung möglich. Eine Tiefentladung hat eine erhebliche Schädigung der Batterie zur Folge, verbunden mit einer starken Funktionsbeeinträchtigung, die sogar zu einer Funktionsuntüchtigkeit nach der Wiederaufladung der Batterie führen kann.In motor vehicles, it is customary to use a battery to supply an on-board electrical system or, in the form of traction batteries, to supply power to an electrical drive. In addition, it is known in the vehicle sector to use batteries in high-voltage vehicle electrical systems with voltages above 14 volts and in low-voltage vehicle electrical systems with voltages below 14 volts. With such low-voltage vehicle electrical system and high-voltage vehicle electrical system batteries or traction batteries, a deep discharge is possible when they are used in vehicles due to possible operating errors. A deep discharge results in significant damage to the battery, combined with a severe functional impairment, which can even lead to inoperability after the battery has been recharged.

Ein Tiefentladeschutz wurde in der Vergangenheit zwar bereits angedacht, allerdings wurde er aufgrund der vergleichsweise geringen Kosten der bisher im Fahrzeugbereich eingesetzten Bleibatterien kaum verwendet bzw. sogar verworfen.Deep discharge protection was already considered in the past, but due to the comparatively low cost of the lead-acid batteries previously used in vehicles, it was hardly ever used or was even discarded.

Aus dem Dokument WO 2011/151124 A1 ist eine Stromversorgung bekannt, die eine Steuerung und einen Leistungsteil umfasst. An einem ersten Ausgang des Leistungsteils ist eine Ausgangsgleichspannung angelegt, an welche eine Last mit variablem Stromverbrauch anschließbar ist. Ein zweiter Ausgang des Leistungsteils ist über eine Strommessevorrichtung geführt, die als Shuntwiderstand ausgebildet sein kann, wobei an diesem zweiten Ausgang ein Akkumulator über eine Akkumulatorleitung angeschlossen ist. Zudem ist ein mittels Strommesservorrichtung gemessener Ladestrom oder Entladestrom des Akkumulators durch Steuern der Ausgangsgleichspannung eingestellt. Dadurch ist der Ladestrom bzw. Entladestrom des Akkumulators auch ohne eigene unterbrechungsfreie Stromversorgung bestimmbar. Die Last ist mittels eines Leistungs-MOSFET-Schalters an den Akkumulator geschaltet. Der Akkumulator selbst kann zum Schutz vor einer Tiefentladung mittels eines weiteren Schalters, der in der Akkumulatorleitung angeordnet ist, abgeschaltet werden.From the document WO 2011/151124 A1 a power supply is known that includes a controller and a power section. A DC output voltage is applied to a first output of the power unit, to which a load with variable power consumption can be connected. A second output of the power unit is routed via a current measuring device, which can be in the form of a shunt resistor, with a battery being connected to this second output via a battery line. In addition, a charging current or discharging current of the accumulator measured by means of an ammeter device is set by controlling the output DC voltage. As a result, the charging current or discharging current of the accumulator can also be determined without its own uninterruptible power supply. The load is switched to the accumulator by means of a power MOSFET switch. To protect against deep discharge, the accumulator itself can be switched off by means of a further switch, which is arranged in the accumulator line.

Aus dem europäischen Patent EP 2 022 155 B1 ist eine Schutzschaltung gegen Überladung und Tiefentladung für eine sekundäre Lithium-Ionen-Batterie bekannt. Die Schaltung hat einen Schaltkreis zur Erkennung einer Überladung und einer Tiefentladung und einen Steuer-Feld-Effekt-Transistor, der ausgeschaltet wird, wenn eine Überladung erkannt wird. Außerdem hat die Schaltung einen Tiefentladung-Steuer-Feldeffekttransistor, der ausgeschaltet wird, wenn eine Tiefentladung erkannt wird. Die Steuerung der beiden Feldeffekttransistoren wird durch eine entsprechende Schaltung realisiert.From the European patent EP 2 022 155 B1 a protection circuit against overcharging and overdischarging for a secondary lithium-ion battery is known. The circuit has overcharge and overdischarge detection circuitry and a control field effect transistor that turns off when overcharge is detected. In addition, the circuit has a deep discharge control field effect transistor that is turned off when a deep discharge is detected. The two field effect transistors are controlled by a corresponding circuit.

Aus der deutschen Patentschrift DE 101 46 556 B4 ist ein Batterieschutzsystem bekannt, das eine Last von einer Fahrzeugbatterie durch entsprechendes Ansteuern eines Feldeffekttransistors trennen kann.From the German patent specification DE 101 46 556 B4 a battery protection system is known which can disconnect a load from a vehicle battery by appropriately driving a field effect transistor.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 078 548 A1 offenbart einen Stromsensor, umfassend wenigstens ein Widerstandselement, an welchem eine Spannung zur Messung des durch das Widerstandselement fließenden Stroms erfasst wird, wobei das Widerstandselement so ausgebildet ist, dass zumindest innerhalb eines definierten Messbereichs des Stromsensors der elektrische Widerstand des Widerstandselements abnimmt, wenn der Strom durch das Widerstandselement zunimmt.The German Offenlegungsschrift DE 10 2011 078 548 A1 discloses a current sensor, comprising at least one resistance element, at which a voltage for measuring the current flowing through the resistance element is detected, the resistance element being designed in such a way that at least within a defined measuring range of the current sensor, the electrical resistance of the resistance element decreases when the current flows through the resistance element increases.

Die deutsche Übersetzung DE 60 2004 001 216 T2 offenbart ein Leistungs-Managementsystem mit einem Leistungsgenerator, der ein Versorgungssignal an eine Last für einen potenzialfreien steuerbaren bidirektionalen Stromsensor bereitstellt, der über eine erste Verbindung mit dem Leistungsgenerator und über eine zweite Verbindung mit der Last verbunden ist, um einen positiven Strom, der von dem Leistungsgenerator zu der Last fließt, und einen negativen Strom von der Last zu dem Leistungsgenerator zu detektieren.The German translation DE 60 2004 001 216 T2 discloses a power management system with a power generator that provides a supply signal to a load for a floating controllable bidirectional current sensor that is connected to the power generator via a first connection and to the load via a second connection to generate a positive current generated by the Power generator flows to the load, and to detect a negative current from the load to the power generator.

Die europäische Patentschrift EP 0 972 327 B1 offenbart ein Batterieschutzsystem mit einem ersten Anschluss, einem zweiten Anschluss, einer ersten Batterieelektrode und einer zweiten Batterieelektrode, welches Folgendes enthält: einen ersten Schalter, der eine Steuerelektrode aufweist, eine erste Stromleiterelektrode, die mit dem ersten Anschluss des Batterieschutzsystems gekoppelt ist, und eine zweite Stromleiterelektrode, einen Induktor mit einer ersten Elektrode, die mit der zweiten Stromleiterelektrode des ersten Schalters verbunden ist und einer zweiten Elektrode, die mit der ersten Batterieelektrode des Batterieschutzsystems gekoppelt ist, einen Widerstand, dessen erste Elektrode mit der zweiten Batterieelektrode des Batterieschutzsystems gekoppelt ist und dessen zweite Elektrode mit dem zweiten Anschluss des Batterieschutzsystems verbunden ist, einen Gleichrichter, dessen erste Elektrode mit der zweiten Elektrode des Widerstandes verbunden ist, und dessen zweite Elektrode mit der ersten Elektrode des Induktors gekoppelt ist, einen ersten Komparator, dessen erster Eingang mit der ersten Elektrode des Widerstandes gekoppelt ist, und dessen zweiter Eingang mit der zweiten Elektrode des Widerstandes verbunden ist, und dessen Ausgang mit der Steuerelektrode des ersten Schalters gekoppelt ist, und eine Batterieüberwachungsschaltung, die eine Mehrzahl von Eingängen und einen ersten Ausgang enthält, wobei ein erster Eingang der Mehrzahl von Eingängen mit der zweiten Elektrode des Induktors verbunden ist, ein zweiter Eingang der Mehrzahl von Eingängen mit der ersten Elektrode des Widerstandes gekoppelt ist, und der erste Ausgang mit der Steuerelektrode des ersten Schalters gekoppelt ist.The European patent specification EP 0 972 327 B1 discloses a battery protection system having a first terminal, a second terminal, a first battery electrode and a second battery electrode, including: a first switch having a control electrode, a first current conductor electrode coupled to the first terminal of the battery protection system, and a second current conductor electrode, an inductor having a first electrode connected to the second current conductor electrode of the first switch and a second electrode coupled to the first battery electrode of the battery protection system, a resistor whose first electrode is coupled to the second battery electrode of the battery protection system and whose second electrode is connected to the second terminal of the battery protection system, a rectifier whose first electrode is connected to the second electrode of the resistor and whose second electrode is coupled to the first electrode of the inductor, a first comparator whose first input is connected to the first electrode of the resistor is coupled, and its second input with the second electrode of the resistor and the output of which is coupled to the control electrode of the first switch, and a battery monitor circuit including a plurality of inputs and a first output, a first input of the plurality of inputs being connected to the second electrode of the inductor a second input of the plurality of inputs is coupled to the first electrode of the resistor, and the first output is coupled to the control electrode of the first switch.

Nachteilig an den Lösungen des obigen Standes der Technik ist, dass sie aufwendig und folglich auch teuer sind.A disadvantage of the above prior art solutions is that they are complicated and consequently also expensive.

In Zukunft ist mit einem zunehmenden Einsatz von Bordnetzbatterien auf Lithium-Ionen-Basis insbesondere im Niedervoltbereich zu rechnen. Dies ist besonders vor dem Hintergrund einer umzusetzenden EU-Richtlinie zu erwarten, nach der die Verwendung von Blei auch bei Batterien bzw. Akkumulatoren eingeschränkt wird. Ein Tiefentladeschutz von Lithium-Ionen-Batterien ist entsprechend wünschenswert. Man könnte daran denken, einen Tiefentladeschutz mittels eines elektronischen Schalters oder elektromechanischen Schützes zu realisieren. Dies würde allerdings aufgrund der hohen Anforderungen an die Stromtragfähigkeit des elektronischen Schalters oder elektromechanischen Schützes zu hohen Kosten führen, da ein Startstrom in der Höhe von ca. 1000 A und ein Bordnetzstrom im Fahrbetrieb von bis zu 200 A zu verkraften wäre.In the future, an increasing use of on-board batteries based on lithium-ion is to be expected, especially in the low-voltage range. This is particularly to be expected against the background of an EU directive to be implemented, according to which the use of lead is also restricted in batteries and accumulators. A deep discharge protection of lithium-ion batteries is therefore desirable. One could think of implementing deep discharge protection using an electronic switch or electromechanical contactor. However, due to the high demands on the current carrying capacity of the electronic switch or electromechanical contactor, this would lead to high costs, since a starting current of around 1000 A and an on-board power supply current of up to 200 A when driving would have to be tolerated.

Zur Überwachung des Batteriezustands ist ein Steuergerät zur Batteriezustandserkennung, das auch Batteriedatenmodul („BDM“) genannt wird, bekannt. In Verbindung mit Bleibatterien ist es bekannt, das Batteriedatenmodul zur Ermittlung von Parametern wie den Ladungszustand, den Gesundheitszustand (engl. „State of Health“), den Batterieinnenwiderstand oder die Elektrolyttemperatur unter Berücksichtigung der gemessenen Batteriespannung und Batteriepoltemperatur sowie des Batteriestromes zu ermitteln. Dabei ist es bekannt, dass die Strommessung durch einen passiven Messshunt erfolgt. Der passive Messshunt ist typischerweise aus einem metallischen Werkstoff mit einer Charakteristik gebildet, die es erlaubt, sowohl den Ruhestrom in der Größenordnung von mA als auch den Startstrom im Bereich von ca. 1000 A mit der erforderlichen Genauigkeit zu erfassen.A control device for battery status detection, which is also called a battery data module (“BDM”), is known for monitoring the battery status. In connection with lead-acid batteries, it is known that the battery data module is used to determine parameters such as the state of charge, the state of health, the internal battery resistance or the electrolyte temperature, taking into account the measured battery voltage and battery terminal temperature as well as the battery current. It is known that the current is measured by a passive measurement shunt. The passive measuring shunt is typically made of a metallic material with a characteristic that allows both the quiescent current in the order of mA and the starting current in the range of approx. 1000 A to be recorded with the required accuracy.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Batterieschutz für eine Batterie eines Fahrzeugs bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.The object of the present invention is to provide improved battery protection for a battery in a vehicle, which at least partially overcomes the disadvantages mentioned above.

Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Batterieschutz für eine Batterie eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 und seine Verwendung in einem Batteriedatenmodul nach Anspruch 10 gelöst.This object is achieved by the battery protection according to the invention for a battery of a vehicle according to claim 1 and its use in a battery data module according to claim 10.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.Further advantageous refinements of the invention result from the dependent claims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.

Ein erfindungsgemäßer Batterieschutz für eine Batterie eines Fahrzeugs umfasst eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand der Batterie zu erkennen, wie es dem Fachmann bekannt ist. Die Batterie kann eine Stütz-, Bordnetz-, Traktionsbatterie oder sonstige Batterie sein, die bei Fahrzeugen eingesetzt wird und einer Tiefentladung und/oder Überladung ausgesetzt sein kann. Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug, kann aber auch ein anderes Landfahrzeug oder Wasser- oder Luftfahrzeug sein.A battery protection according to the invention for a battery of a vehicle includes a controller that is designed to detect a state of charge of the battery, as is known to those skilled in the art. The battery can be a backup battery, vehicle electrical system battery, traction battery or any other battery that is used in vehicles and can be subject to deep discharge and/or overcharging. The vehicle is in particular a motor vehicle, but can also be another land vehicle or watercraft or aircraft.

Außerdem umfasst der Batterieschutz einen aktiven Stromsensor, auch aktiver Messshunt genannt, der zur Messung eines Stromes der Batterie ausgebildet ist und der bspw. aus DE 10 2011 078 548 A1 in seiner grundsätzlichen Funktionalität bekannt ist. Der aktive Stromsensor der vorliegenden Erfindung weist ein Widerstandselement auf, an dem eine Spannung zur Messung des durch das Widerstandselement fließenden Stromes der Batterie erfasst wird. Anhand dieser Spannung kann bspw. die Steuerung den Ladezustand der Batterie ermitteln. Die Steuerung kann den Ladezustand zum Beispiel durch Messung bzw. Erkennen des Batterielade- und/oder Batterieentladestroms ermitteln. Der aktive Stromsensor kann direkt mit dem Pluspol oder Minuspol verbunden sein, ohne dass eine Last zwischen dem Pol der Batterie und dem aktiven Stromsensor vorhanden ist.In addition, the battery protection includes an active current sensor, also known as an active measurement shunt, which is designed to measure a current in the battery and which, for example, DE 10 2011 078 548 A1 is known in its basic functionality. The active current sensor of the present invention has a resistance element at which a voltage for measuring the current of the battery flowing through the resistance element is detected. The controller can use this voltage, for example, to determine the state of charge of the battery. The controller can determine the state of charge, for example, by measuring or recognizing the battery charging and/or battery discharging current. The active current sensor can be connected directly to the positive or negative pole without there being a load between the battery terminal and the active current sensor.

Das Widerstandselement des aktiven Stromsensors bzw. der aktive Stromsensor ist derart ausgebildet, dass es bzw. er in einer Stromrichtung gesperrt werden kann. Außerdem ist das Widerstandselement bzw. der aktive Stromsensor derart ausgestaltet, dass wenigstens in einem definierten Messbereich des aktiven Stromsensors der elektrische Widerstand des Widerstandselements abnimmt, wenn der Strom der Batterie, der durch das Widerstandselement fließt, zunimmt. Daher ist der Stromsensor auch „aktiv“, da er im Gegensatz zum passiven Stromsensor, seinen elektrischen Widerstand aktiv an den durch ihn fließenden Strom anpasst. Dadurch kann mit einem solchen aktiven Stromsensor ein hoher Dynamikumfang des zu messenden Stromes erreicht werden, wie es insbesondere auch bei der Messung von Ruhe- und Betriebsströmen und/oder bei der Messung des Batteriestroms von Lithium-Ionen Batterien erforderlich ist.The resistance element of the active current sensor or the active current sensor is designed in such a way that it can be blocked in one current direction. In addition, the resistance element or the active current sensor is designed such that the electrical resistance of the resistance element decreases at least in a defined measuring range of the active current sensor when the battery current flowing through the resistance element increases. Therefore, the current sensor is also "active" because, in contrast to the passive current sensor, it actively adapts its electrical resistance to the current flowing through it. As a result, with such an active current sensor, a high dynamic range of the current to be measured can be achieved, as is also the case in particular when measuring quiescent and operating currents and/or when measuring the battery power from lithium-ion batteries is required.

Wie erwähnt, ist das Widerstandselement so ausgebildet, dass es gesperrt werden kann, sodass praktisch kein Strom mehr durch es hindurchfließt. Dadurch ist der aktive Stromsensor auch gleichzeitig als Schalter ausgebildet. Die Sperrung des Widerstandselements geschieht bspw. durch Anlegen einer Sperrspannung, wie es bei Transistoren bekannt ist.As mentioned, the resistive element is designed in such a way that it can be blocked so that practically no current flows through it. As a result, the active current sensor is also designed as a switch at the same time. The resistance element is blocked, for example, by applying a blocking voltage, as is known for transistors.

Die Steuerung des Batterieschutzes ist dazu ausgelegt, das Widerstandselement zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie einen Tiefentladeschwellwert unterschreitet oder einen Überladeschwellwert überschreitet, sodass ein Entladestrom bzw. Ladestrom der Batterie durch das Widerstandselement gesperrt ist. Der Tiefentladeschwellwert bzw. Überladeschwellwert kann in der Steuerung fest gespeichert sein, z.B. in einem Festwertspeicher, und/oder er kann einstellbar sein. Durch die Sperrung des Widerstandselements sind die Lasten, die von der Batterie aus gesehen nach dem Batterieschutz angeordnet sind, von der Batterie und folglich von dem Entladestrom abgeschaltet. Entsprechend können diese Lasten in der Batterie keinen Entladestrom mehr erzeugen und eine weitere Entladung der Batterie aufgrund dieser Lasten wird verhindert oder es fließt kein weiterer Ladestrom mehr und die Batterie wird vor einer Überladung geschützt. Der Ladestrom kann von einem Bordnetzgenerator, z.B. bei konventionellen Fahrzeugen, oder einem DC/DC-Wandler, wie er bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt, erzeugt werden. Die Steuerung kann als integrierte Schaltung, bspw. einen Mikrocontroller oder dergleichen ausgestaltet sein.The control of the battery protection is designed to block the resistance element when the state of charge of the battery falls below a deep discharge threshold value or exceeds an overcharging threshold value, so that a discharge current or charging current of the battery is blocked by the resistance element. The deep discharge threshold or overcharge threshold can be permanently stored in the controller, e.g. in a read-only memory, and/or it can be adjustable. By blocking the resistive element, the loads located downstream of the battery protector, viewed from the battery, are disconnected from the battery and consequently from the discharge current. Accordingly, these loads can no longer generate discharge current in the battery and further discharge of the battery due to these loads is prevented or no further charging current flows and the battery is protected from overcharging. The charging current can be generated by an on-board generator, e.g. in conventional vehicles, or by a DC/DC converter, as used in hybrid or electric vehicles. The controller can be in the form of an integrated circuit, for example a microcontroller or the like.

Der Batterieschutz kann auch gleichzeitig als Tiefentladeschutz und Überladeschutz ausgestaltet sein. Bei solchen Ausführungsbeispielen kann der Batterieschutz zum Beispiel zwei Widerstandselemente aufweisen, wobei eines vom Ladestrom und eines vom Entladestrom durchflossen wird und entsprechend jeweils von der Steuerung gesperrt wird (siehe auch weiter unten). Es kann auch nur ein Widerstandselement vorhanden sein, das wahlweise durch Steuern eines entsprechenden Schaltelements oder Schaltkreises vom Ladestrom oder Entladestrom durchflossen wird und entsprechend bei Erkennung einer drohenden Tiefentladung oder Überladung gesperrt wird.The battery protection can also be configured as deep discharge protection and overcharge protection at the same time. In such exemplary embodiments, the battery protection can have, for example, two resistance elements, one of which carries the charging current and the other the discharging current and is correspondingly blocked by the controller (see also below). It is also possible for there to be only one resistance element, through which the charging current or discharging current optionally flows by controlling a corresponding switching element or switching circuit, and which is correspondingly blocked when an imminent deep discharge or overcharging is detected.

Damit erfüllt der aktive Stromsensor zwei Funktionen. Einerseits liefert er eine Spannung anhand derer der von der Batterie fließende Strom ermittelt werden kann und andererseits hat er eine Schaltfunktion, die einen Entladestrom (bzw. Ladestrom) sperren und damit ein weiteres Entladen (bzw. Laden) der Batterie verhindern kann. Damit ist ein kostengünstiger und kompakter Batterieschutz realisierbar.The active current sensor thus fulfills two functions. On the one hand, it provides a voltage that can be used to determine the current flowing from the battery and, on the other hand, it has a switching function that blocks a discharge current (or charge current) and can thus prevent further discharge (or charge) of the battery. In this way, a cost-effective and compact battery protection can be implemented.

Der Stromsensor ist bei manchen Ausführungsbeispielen derart ausgebildet, dass die prozentuale Auflösung der Strommessung bezogen auf den aktuellen Wert des Stroms bzw. den aktuellen Messstrom durch das Widerstandselement zumindest über den definierten Messbereich des Stromsensors im Wesentlichen konstant bleibt.In some exemplary embodiments, the current sensor is designed such that the percentage resolution of the current measurement in relation to the current value of the current or the current measurement current through the resistance element remains essentially constant at least over the defined measurement range of the current sensor.

Das Widerstandselement kann ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor, sein. Die Sperrung des Transistors oder Feldeffekttransistors geschieht bspw. durch Anlegen einer entsprechenden Gatespannung.The resistance element can be a transistor, in particular a field effect transistor. The transistor or field effect transistor is blocked, for example, by applying a corresponding gate voltage.

Die Spannung zur Messung des durch das Widerstandselement fließenden Stromes kann als Gate-Source-Spannung oder Basis-Emitter-Spannung an dem Transistorelement erfasst werden.The voltage for measuring the current flowing through the resistance element can be detected as a gate-source voltage or a base-emitter voltage at the transistor element.

Bei manchen Ausführungsbeispielen weist der aktive Stromsensor zwei parallel geschaltete und komplementär ausgebildete MOS-Feldeffekttransistoren auf.In some exemplary embodiments, the active current sensor has two MOS field effect transistors which are connected in parallel and are of complementary design.

Generell kann das Widerstandselement durch zwei parallel geschaltete Widerstandselement gebildet sein, wobei in einer Stromrichtung das eine Widerstandselement und in einer anderen Stromrichtung das andere Widerstandselement von Strom von der Batterie durchflossen wird. Dadurch fließt bspw. ein Entladestrom durch das eine Widerstandselement und eine Ladestrom durch das andere Widerstandselement. Durch Sperren des jeweiligen Widerstandselements kann folglich der Entladestrom bzw. der Ladestrom gesperrt werden.In general, the resistance element can be formed by two resistance elements connected in parallel, current from the battery flowing through one resistance element in one current direction and current flowing through the other resistance element in a different current direction. As a result, for example, a discharge current flows through one resistance element and a charging current flows through the other resistance element. The discharging current or the charging current can consequently be blocked by blocking the respective resistance element.

Der aktive Stromsensor zur Messung des Stromes der Batterie kann zum Beispiel zwei parallelgeschaltete Feldeffekttransistoren aufweisen (z.B. MOSFET), wobei jeweils der Source-Anschluss des einen Feldeffekttransistors mit dem Drain-Anschluss des anderen Feldeffekttransistors verbunden ist, wobei ein Entladestrom der Batterie durch den ersten Feldeffekttransistor der beiden Feldeffekttransistoren fließt. Ein Ladestrom der Batterie fließt durch den zweiten Feldeffekttransistor der beiden Feldeffekttransistoren. Entsprechend kann die Steuerung auch dazu ausgelegt sein, den zweiten Feldeffekttransistor der beiden Feldeffekttransistoren zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie einen Überladeschwellwert überschreitet. Der Überladeschwellwert kann in der Steuerung fest gespeichert sein, z.B. in einem Festwertspeicher, und/oder er kann einstellbar sein.The active current sensor for measuring the current of the battery can, for example, have two parallel-connected field effect transistors (e.g. MOSFET), with the source connection of one field effect transistor being connected to the drain connection of the other field effect transistor, with a discharge current of the battery passing through the first field effect transistor of the two field effect transistors flows. A battery charging current flows through the second field effect transistor of the two field effect transistors. Correspondingly, the controller can also be designed to block the second field effect transistor of the two field effect transistors when the state of charge of the battery exceeds an overcharging threshold value. The overcharge threshold may be permanently stored in the controller, e.g., in a read-only memory, and/or it may be adjustable.

Bei manchen Ausführungsbeispielen weist der aktive Stromsensor wenigstens einen ersten Regelkreis auf, in dem das Widerstandselement angeordnet ist und mit dem die Spannung über dem Widerstandselement auf einen definierten Referenzspannungswert geregelt wird. Sind zwei Widerstandselemente vorhanden, so können zwei derartige Regelkreise realisiert sein, sodass für jede Stromrichtung die Spannung über dem entsprechend durchflossenen Widerstandselement auf einen definierten Referenzspannungswert geregelt wird. Die Referenzspannungswerte können unabhängig voneinander einstellbar sein. Der erste und/oder der zweite Regelkreis können jeweils ein Verstärkerelement aufweisen, das als Stellglied ausgebildet ist.In some exemplary embodiments, the active current sensor has at least one first control loop, in which the resistance element is arranged and with which the voltage across the resistance element is regulated to a defined reference voltage value. If two resistance elements are present, two such control circuits can be implemented, so that for each direction of current the voltage across the resistance element through which the current flows is regulated to a defined reference voltage value. The reference voltage values can be set independently of one another. The first and/or the second control circuit can each have an amplifier element which is designed as an actuator.

Zum Bereitstellen der entsprechenden Referenzspannungswerte ist bei manchen Ausführungsbeispielen eine Referenzspannungsquelle vorgesehen, die von der Steuerung gesteuert wird. Die Referenzspannungsquelle kann eine erste Referenzspannung für den ersten Regelkreis und/oder eine zweite Referenzspannung für den zweiten Regelkreis liefern.In order to provide the corresponding reference voltage values, a reference voltage source that is controlled by the controller is provided in some exemplary embodiments. The reference voltage source can supply a first reference voltage for the first control circuit and/or a second reference voltage for the second control circuit.

Allgemein kann die Steuerung das bzw. die Widerstandselemente über eine eigene Sperrspannungsleitung, die mit dem Widerstandselement verbunden ist, über ein OR-Gatter oder eine sonstige Verknüpfung mit bspw. dem Regelkreis, der das Widerstandselement regelt, zur Sperrung ansteuern.In general, the controller can block the resistance element or elements via its own blocking voltage line, which is connected to the resistance element, via an OR gate or some other combination with, for example, the control circuit that controls the resistance element.

Der aktive Stromsensor kann derart gesteuert werden, dass die an dem Widerstandselement anliegende Spannung, insbesondere die Source-Drain-Spannung beim Feldeffekttransistor, unabhängig von dem durch den aktiven Stromsensor fließenden Strom ist. Die erforderliche Gatespannung, mit der dies erreicht wird, ist dann proportional zum Strom, der durch das Widerstandselement fließt, also unabhängig vom Entladestrom bzw. Ladestrom.The active current sensor can be controlled in such a way that the voltage present at the resistance element, in particular the source-drain voltage in the case of the field effect transistor, is independent of the current flowing through the active current sensor. The gate voltage required to achieve this is then proportional to the current flowing through the resistance element, ie independent of the discharge current or charge current.

Außerdem kann in dem aktiven Stromsensor ein Temperatursensor integriert sein, der eine Temperatur des bzw. der Widerstandselemente ausgibt. Die Temperatur kann von der Steuerung zur Berechnung des Messstroms herangezogen werden, was die Genauigkeit erhöht, da der elektrische Widerstand der Widerstandselemente temperaturabhängig ist.In addition, a temperature sensor can be integrated into the active current sensor, which outputs a temperature of the resistance element or elements. The controller can use the temperature to calculate the measurement current, which increases accuracy since the electrical resistance of the resistance elements is temperature-dependent.

Manche Ausführungsbeispiele betreffen die Verwendung des Batterieschutzes, wie er oben beschrieben wurde, integriert in einem Batteriedatenmodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriedatenmodul kann, wie eingangs erwähnt, zur Ermittlung von Parametern wie den Ladungszustand ausgelegt sein, den Gesundheitszustand (engl. „State of Health“), den Batterieinnenwiderstand oder die Elektrolyttemperatur unter Berücksichtigung der gemessenen Batteriespannung und Batteriepoltemperatur sowie des Batteriestromes.Some exemplary embodiments relate to the use of battery protection as described above integrated in a battery data module for a motor vehicle battery. As mentioned at the beginning, the battery data module can be designed to determine parameters such as the state of charge, the state of health, the battery internal resistance or the electrolyte temperature, taking into account the measured battery voltage and battery terminal temperature as well as the battery current.

Die Integration des Batterieschutzes, wie er oben beschrieben wurde, in das Batteriedatenmodul erlaubt eine besonders günstige Realisierung des Batterieschutzes. Der Batterieschutz kann in das Gehäuse des Batteriedatenmoduls integriert sein. Außerdem können bspw. die für den Batterieschutz benötigten Steuerbefehle und/oder Steuerleitungen in die Steuerung bzw. den Steuerchip des Batteriedatenmoduls integriert sein. Das Batteriedatenmodul kann außerdem bspw. in einer Polklemme einer Batterie integriert oder an einer Polklemme angeordnet sein. Dadurch ist auch sichergestellt, dass zwischen dem Batterieschutz und dem entsprechenden Pol der Batterie keine weitere nennenswerte elektrische Last angeordnet ist.The integration of the battery protection, as described above, in the battery data module allows a particularly favorable realization of the battery protection. The battery protection can be integrated into the housing of the battery data module. In addition, for example, the control commands and/or control lines required for battery protection can be integrated into the controller or the control chip of the battery data module. The battery data module can also be integrated, for example, in a pole terminal of a battery or arranged on a pole terminal. This also ensures that no further electrical load worth mentioning is arranged between the battery protection and the corresponding pole of the battery.

Der oben beschriebene Batterieschutz bzw. das oben beschriebene Batteriedatenmodul kann auch in einem Batteriemanagementsystem eines Fahrzeuges verwendet werden bzw. in dieses integriert sein.The battery protection described above or the battery data module described above can also be used in a battery management system of a vehicle or be integrated into it.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:

  • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines aktiven Messshunts veranschaulicht;
  • 2 schematisch ein Batteriedatenmodul mit einem aktiven Messshunt nach 1 zeigt; und
  • 3 eine KfZ-Batterie mit dem Batteriedatenmodul von 2 darstellt.
Embodiments of the invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 schematically illustrates an embodiment of an active measurement shunt;
  • 2 schematically shows a battery data module with an active measurement shunt 1 shows; and
  • 3 a car battery with the battery data module from 2 represents.

Ein Ausführungsbeispiel eines Batteriedatenmoduls 10 mit einem aktiven Messshunt 1 für eine KfZ-Batterie 2 wird im Folgenden anhand der 1 bis 3 erläutert. Der aktive Messshunt 1 wird im Folgenden auch als „aktiver Shunt 1“ bezeichnet. Die KfZ-Batterie 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Niedervoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs, ohne dass die vorliegende Erfindung darauf beschränkt ist.An exemplary embodiment of a battery data module 10 with an active measurement shunt 1 for a motor vehicle battery 2 is described below with reference to FIG 1 until 3 explained. The active measurement shunt 1 is also referred to below as “active shunt 1”. In the present exemplary embodiment, the motor vehicle battery 2 is a lithium-ion battery for a low-voltage on-board network of a motor vehicle, without the present invention being restricted thereto.

Das Batteriedatenmodul 10 (2) ist mit einem Minuspol 12 der KfZ-Batterie 2 direkt verbunden (siehe 3), ohne weitere elektrische Last zwischen dem Minuspol 12 und dem Batteriedatenmodul 10. Es ist also zwischen dem Batteriedatenmodul 10 und dem Minuspol 12 keine elektrische Last angeordnet. Von dem Batteriedatenmodul 10 geht eine negative Leitung 14 zur Versorgung des Kraftfahrzeugbordnetzes ab. Eine positive Leitung 13 geht von dem Pluspol 11 der KfZ-Batterie ab und ist bspw. mit einer Fahrzeug-Karosserie verbunden.The battery data module 10 ( 2 ) is directly connected to a negative pole 12 of the car battery 2 (see 3 ), without further electrical load between the negative pole 12 and the battery data module 10. There is therefore no electrical load between the battery data module 10 and the negative pole 12. A negative line 14 for supplying the vehicle electrical system leads from the battery data module 10 . A positive line 13 goes from the positive pole 11 of the car battery and is, for example, connected to a vehicle body.

Das Batteriedatenmodul 10 hat eine Steuerung 7, die mit einer Referenzspannungsquelle 6 und dem aktiven Shunt 1 verbunden ist. Mit dem aktiven Shunt 1 ist sie über vier Leitungen verbunden, wobei eine Leitung eine Temperatursignal „T“ von einem Temperatursensor 9 des aktiven Shunts 1 trägt, eine Leitung den Entladestrom IEntladung von dem aktiven Shunt 1, eine Leitung den Ladestrom ILadung von dem aktiven Shunt 1 und eine Leitung eine Sperrspannung USperr von der Steuerung 7 zum aktiven Shunt 1. Zwischen dem aktiven Shunt 1 und der Steuerung 7 ist ein A/D-Wandler 8 geschaltet, der entsprechend analoge Signale vom aktiven Shunt 1 in digitale Signale umwandelt und digitale Signale von der Steuerung 7 in analoge Signale umwandelt.The battery data module 10 has a controller 7 which is connected to a reference voltage source 6 and the active shunt 1 . It is connected to the active shunt 1 via four wires, one wire carrying a temperature signal "T" from a temperature sensor 9 of the active shunt 1, one wire carrying the discharge current I discharge from the active shunt 1, one wire carrying the charging current I charge from the active shunt 1 and a line a blocking voltage U blocking from the controller 7 to the active shunt 1. Between the active shunt 1 and the controller 7, an A / D converter 8 is connected, which converts corresponding analog signals from the active shunt 1 into digital signals and converts digital signals from the controller 7 into analog signals.

Der aktive Shunt 1 ist zur Messung des Entlade- und Ladestroms IMess der KfZ-Batterie 2 vorgesehen. Der aktive Shunt 1 hat einen ersten und einen zweiten Regelkreis. Der erste Regelkreis ist durch einen linken Feldeffekttransistor 4a, einen linken Verstärker 5a und eine diesem zugeordnete Referenzspannungswertvorgabe +Ref gebildet, die von der Referenzspannungsquelle 6 stammt, die wiederum von der Steuerung 7 gesteuert wird. Der zweite Regelkreis ist durch einen rechten Feldeffekttransistor 4b, einen rechten Verstärker 5b und eine entsprechende Referenzspannungswertvorgabe -Ref gebildet, die ebenfalls von der Referenzspannungsquelle 6 stammt.The active shunt 1 is provided for measuring the discharging and charging current I mess of the motor vehicle battery 2 . The active shunt 1 has a first and a second control loop. The first control loop is formed by a left-hand field-effect transistor 4a, a left-hand amplifier 5a and a preset reference voltage value +Ref associated therewith, which originates from the reference voltage source 6, which in turn is controlled by the controller 7. The second control loop is formed by a right-hand field-effect transistor 4b, a right-hand amplifier 5b and a corresponding preset reference voltage value -Ref, which also originates from the reference voltage source 6.

Die beiden Feldeffekttransistoren 4a und 4b der beiden Regelkreise werden von dem zu messenden Strom IMess der KfZ-Batterie 2 durchflossen. Dabei fließt der Entladestrom der KfZ-Batterie 2 beim Entladen durch den linken Feldeffekttransistor 4a des ersten Regelkreises und der Ladestrom der KfZ-Batterie 2 fließt beim Laden durch den rechten Feldeffekttransistor 4b des zweiten Regelkreises. Je nach Stromflussrichtung des Stromes IMess wird also entweder der linke Feldeffekttransistor 4a oder der rechte Feldeffekttransistor 4b durchflossen, da die Feldeffekttransistoren 4a und 4b jeweils für die andere Stromflussrichtung gesperrt sind.The two field effect transistors 4a and 4b of the two control loops are traversed by the current I mess of the motor vehicle battery 2 to be measured. The discharging current of the motor vehicle battery 2 flows during discharging through the left-hand field effect transistor 4a of the first control circuit and the charging current of the motor vehicle battery 2 flows during charging through the right-hand field effect transistor 4b of the second control circuit. Depending on the current flow direction of the current I Mess either the left field effect transistor 4a or the right field effect transistor 4b is traversed since the field effect transistors 4a and 4b are blocked for the other current flow direction.

Die beiden Feldeffekttransistoren 4a und 4b des ersten und zweiten Regelkreises sind als zwei zueinander komplementär ausgebildete MOSFET ausgebildet und parallel zueinander geschaltet. Der Sourceanschluss des linken Feldeffekttransistors 4a ist mit dem Drainanschluss des rechten Feldeffekttransistors 4b und umgekehrt wechselseitig verbunden. Die beiden Feldeffekttransistoren 4a und 4b bilden ein gemeinsames Schaltelement 3. Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die beiden MOSFET 4a und 4b als ein integriertes Halbleiterelement ausgebildet.The two field effect transistors 4a and 4b of the first and second control loops are in the form of two MOSFETs which are designed to be complementary to one another and are connected in parallel to one another. The source of the left field effect transistor 4a is mutually connected to the drain of the right field effect transistor 4b and vice versa. The two field effect transistors 4a and 4b form a common switching element 3. In some exemplary embodiments, the two MOSFETs 4a and 4b are designed as an integrated semiconductor element.

Die Drain-Source-Spannung UDS der beiden verbundenen Feldeffekttransistoren 4a und 4b wird dabei auf einen definierten Referenzspannungswert eingeregelt, indem jeweils die GateSpannung des jeweiligen Feldeffekttransistors 4a bzw. 4b durch die Steuerung 7 auf einen entsprechenden Wert geregelt wird. Durch diese Schaltung hängt der Widerstandswert der beiden Feldeffekttransistoren 4a und 4b im Wesentlichen von 1 durch den Wert des Stroms IMess ab. Damit nimmt der Widerstand des durchflossenen Feldeffekttransistoren 4a bzw. 4b bei steigendem Strom IMess ab und bei abnehmendem Strom IMess nimmt der Widerstandswert des jeweils durchflossenen Feldeffekttransistors 4a bzw. 4b zu.The drain-source voltage U DS of the two connected field effect transistors 4a and 4b is regulated to a defined reference voltage value by the gate voltage of the respective field effect transistor 4a or 4b being regulated by the controller 7 to a corresponding value. As a result of this circuit, the resistance value of the two field effect transistors 4a and 4b depends essentially on 1 divided by the value of the current I mess . The resistance of the field effect transistor 4a or 4b through which the current flows decreases with increasing current I mess and with a decreasing current I mess the resistance value of the respective field effect transistor 4a or 4b through which flows increases.

Zur Messung des Stroms IMess wird die Gate-Source-Spannung des entsprechenden durchflossenen Feldeffekttransistors 4a bzw. 4b erfasst, welche die Stellgröße des ersten und zweiten Regelkreises ist und dem A/D-Wandler 8 zugeführt wird.In order to measure the current I Mess , the gate-source voltage of the corresponding field-effect transistor 4a or 4b through which the current flows is detected, which is the manipulated variable of the first and second control circuit and is supplied to the A/D converter 8 .

Zur Verbesserung der Messgenauigkeit des Stromes IMess hat der Stromsensor 1 den Temperatursensor 9, der eine Temperatur der Feldeffekttransistoren 4a und 4b als Temperatur T an die Steuerung 7 ausgibt. Die Steuerung 7 berücksichtigt dann den Temperaturwert T bei der Berechnung des gemessenen Stromes IMess, indem sie die Temperaturabhängigkeit der Transistorkennlinien der Feldeffekttransistoren 4a und 4b kennt und die gemessenen Stromrohdaten entsprechend anpasst.In order to improve the measuring accuracy of the current I Mess , the current sensor 1 has the temperature sensor 9 which outputs a temperature of the field effect transistors 4a and 4b to the controller 7 as temperature T. The controller 7 then takes the temperature value T into account when calculating the measured current I meas by knowing the temperature dependency of the transistor characteristics of the field effect transistors 4a and 4b and adapting the measured raw current data accordingly.

Die Steuerung 7 hat einen Tiefentladungsschwellwert in einem Festwertspeicher gespeichert und analysiert den Ladezustand der KfZ-Batterie 2. Sobald der aktuell ermittelte Ladezustandswert den Tiefentladungsschwellwert unterschreitet, legt die Steuerung 7 eine entsprechende Sperrspannung USperr auf den linken Feldeffekttransistor 4a, sodass dieser sperrt. Dadurch dass der Feldeffekttransistor 4a sperrt, kann kein Entladestrom mehr durch ihn fließen. Durch den rechten Feldeffekttransistor 4b fließt generell kein Entladestrom, da dieser so ausgestaltet ist, dass nur Strom in die Laderichtung durch ihn fließt. Da zwischen dem Minuspol 12 der KfZ-Batterie 2 und dem Batteriedatenmodul 10 keine elektrische Last angeordnet ist, wird folglich durch die Sperrung des linken Feldeffekttransistors 4a ein weiteres Entladen der KfZ-Batterie 2 verhindert und somit ein wirksamer Tiefentladeschutz realisiert.The controller 7 has stored a deep-discharge threshold value in a read-only memory and analyzes the state of charge of the vehicle battery 2. As soon as the currently determined state-of-charge value falls below the deep-discharge threshold value, the controller 7 applies a corresponding blocking voltage U blocking to the left-hand field-effect transistor 4a, so that it blocks. As a result of the fact that the field effect transistor 4a blocks, no more discharge current can flow through it. In general, no discharge current flows through the right-hand field-effect transistor 4b, since this is designed in such a way that current only flows through it in the charging direction. Since no electrical load is arranged between the negative pole 12 of the motor vehicle battery 2 and the battery data module 10, further discharging of the motor vehicle battery 2 is consequently prevented by blocking the left-hand field effect transistor 4a, and effective deep discharge protection is thus implemented.

Im vorliegenden Beispiel ist die Steuerung 7 über eine Leitung mit dem Gate des linken Feldeffekttransistors 4a verbunden. Die Steuerung 7 kann auch über ein OR-Gatter mit dem Gate des linken Feldeffekttransistors 4a verbunden sein oder über eine andere Verknüpfung mit dem linken Regelkreis, um die Sperrspannung an dem Gate des linken Feldeffekttransistors 4a anzulegen und diese zu sperren.In the present example, the controller 7 is connected to the gate of the left-hand field effect transistor 4a via a line. The controller 7 can also be connected to the gate of the left-hand field effect transistor 4a via an OR gate or via another link with the left control loop to apply the blocking voltage to the gate of the left field effect transistor 4a and block it.

Durch die Integration des aktiven Shunts 1 in das Batteriedatenmodul 10 und durch die gleichzeitige Verwendung des aktiven Shunts 1 als Schalter zum Wegschalten der mit der KfZ-Batterie 2 verbundenen Lasten ist ein wirksamer und äußerst kostengünstiger Tiefentladeschutz realisierbar.By integrating the active shunt 1 into the battery data module 10 and by simultaneously using the active shunt 1 as a switch for switching off the loads connected to the motor vehicle battery 2, effective and extremely cost-effective deep discharge protection can be implemented.

Wie oben ausgeführt kann zum Vorsehen eines Überladeschutzes auf ähnliche Weise auch der rechte Feldeffekttransistors 4b von der Steuerung 7 gesperrt werden, wenn die Steuerung des Batteriedatenmoduls einen Ladezustand der KfZ-Batterie erkennt, der oberhalb eines Schwellwerts liegt. Dazu ist dann die Steuerung 7 direkt oder über ein OR-Gatter oder dergleichen, wie oben ausgeführt, mit dem Gate des rechten Feldeffekttransistors 4b, durch den der Ladestrom fließt, verbunden.As explained above, to provide overcharging protection, the right-hand field effect transistor 4b can be blocked by the controller 7 in a similar way if the controller of the battery data module detects a charge state of the motor vehicle battery that is above a threshold value. For this purpose, the controller 7 is then connected directly or via an OR gate or the like, as explained above, to the gate of the right-hand field-effect transistor 4b, through which the charging current flows.

BezugszeichenlisteReference List

11
Aktiver MessshuntActive measurement shunt
22
KfZ-Batteriecar battery
33
Parallelschaltung der MOSFETParallel connection of the MOSFET
4a, 4b4a, 4b
MOSFETMOSFET
5a, 5b5a, 5b
Verstärkeramplifier
66
Referenzspannungsquellereference voltage source
77
Steuerungsteering
88th
AD-WandlerAD converter
99
Temperatursensortemperature sensor
1010
Batteriedatenmodulbattery data module
1111
Pluspol der Batteriepositive pole of the battery
1212
Minuspol der Batterienegative pole of the battery
1313
Positive BordnetzleitungPositive on-board power supply line
1414
Negative BordnetzleitungNegative on-board power supply line
IEntladungIdischarge
Entladungsstromdischarge current
ILadungIload
Ladestromcharging current
IMessIMess
gemessener Strommeasured current
-Ref-Ref
negative Referenzspannungnegative reference voltage
+Ref+ref
positive Referenzspannungpositive reference voltage
TT
Temperaturtemperature
UDSUSD
Drain-Source-Spannungdrain-source voltage
USperrUSblock
Sperrspannungblocking voltage

Claims (10)

Batterieschutz für eine Batterie (2) eines Fahrzeugs, umfassend: eine Steuerung (7), die dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand der Batterie (2) zu erkennen, gekennzeichnet durch einen aktiven Stromsensor (1) zur Messung eines Stromes (IMess) der Batterie (2), wobei der aktive Stromsensor (1) ein erstes Widerstandselement (4a) und ein zweites Widerstandselement (4b) aufweist, an welchen eine Spannung zur Messung des durch das Widerstandselement (4a) fließenden Stromes (IMess) der Batterie (2) erfasst wird und die gesperrt werden können, wobei das erste Widerstandselement (4a) und das zweite Widerstandselement (4b) parallel zueinander geschaltet sind und der Strom (IMess) der Batterie (2) beim Entladen der Batterie (2) durch das erste Widerstandselement (4a) und beim Laden der Batterie (2) durch das zweite Widerstandselement (4b) fließt, wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, das erste Widerstandselement (4a) zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie (2) einen Tiefentladeschwellwert unterschreitet, sodass ein Entladestrom (IEntiadung) der Batterie (2) durch das erste Widerstandselement (4a) gesperrt ist, und wobei die Steuerung (7) dazu ausgelegt ist, das zweite Widerstandselement (4b) zu sperren, wenn der Ladezustand der Batterie (2) einen Überladeschwellwert überschreitet, sodass ein Ladestrom (ILadung) der Batterie (2) durch das zweite Widerstandselement (4b) gesperrt ist.Battery protection for a battery (2) of a vehicle, comprising: a controller (7) which is designed to detect a state of charge of the battery (2), characterized by an active current sensor (1) for measuring a current (I Mess ) of Battery (2), wherein the active current sensor (1) has a first resistance element (4a) and a second resistance element (4b), to which a voltage for measuring the current (I meas ) flowing through the resistance element (4a) of the battery (2 ) is detected and which can be blocked, the first resistance element (4a) and the second resistance element (4b) being connected in parallel with one another and the current (I Mess ) of the battery (2) when the battery (2) is discharged through the first resistance element (4a) and when charging the battery (2) through the second resistance element (4b), the controller (7) being designed to block the first resistance element (4a) when the state of charge of the battery (2) falls below a deep discharge threshold value , so that a discharge current (I Discharge ) of the battery (2) is blocked by the first resistance element (4a), and wherein the controller (7) is designed to block the second resistance element (4b) when the state of charge of the battery (2 ) exceeds an overcharging threshold value, so that a charging current (I charge ) of the battery (2) is blocked by the second resistance element (4b). Batterieschutz nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Widerstandselement (4a, 4b) jeweils ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor ist.battery protection after claim 1 , The first and second resistance element (4a, 4b) each being a transistor, in particular a field effect transistor. Batterieschutz nach Anspruch 2, wobei die Spannung zur Messung des durch das erste oder zweite Widerstandselement (4a, 4b) fließenden Stromes (IMess) als Gate-Source-Spannung oder Basis-Emitter-Spannung an dem entsprechenden Transistor erfasst wird.battery protection after claim 2 , wherein the voltage for measuring the current (I Mess ) flowing through the first or second resistance element (4a, 4b) is detected as a gate-source voltage or base-emitter voltage at the corresponding transistor. Batterieschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Stromsensor (1) aus zwei parallel geschalteten und komplementär ausgebildeten MOS-Feldeffekttransistoren (4a, 4b) gebildet ist.Battery protection according to one of the preceding claims, in which the active current sensor (1) is formed from two parallel-connected and complementarily designed MOS field-effect transistors (4a, 4b). Batterieschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Stromsensor (1) zur Messung eines Stromes (IMess) der Batterie (2) zwei parallelgeschaltete Feldeffekttransistoren (4a, 4b) aufweist, wobei jeweils der Source-Anschluss des einen Feldeffekttransistors (4a) mit dem Drain-Anschluss des anderen Feldeffekttransistors (4b) verbunden ist, wobei ein Entladestrom (IEntladung) der Batterie (2) durch den ersten Feldeffekttransistor (4a) der beiden Feldeffekttransistoren (4a, 4b) fließt.Battery protection according to one of the preceding claims, wherein the active current sensor (1) for measuring a current (I Mess ) of the battery (2) has two parallel-connected field effect transistors (4a, 4b), the source connection of one field effect transistor (4a) having connected to the drain terminal of the other field effect transistor (4b), with a discharge current (I discharge ) of the battery (2) through the first field effect transistor (4a) of the two field effect transistors (4a, 4b). Batterieschutz nach Anspruch 5, wobei ein Ladestrom (ILadung) der Batterie (2) durch den zweiten Feldeffekttransistor (4b) der beiden Feldeffekttransistoren (4a, 4b) fließt.battery protection after claim 5 , wherein a charging current (I charge ) of the battery (2) through the second field effect transistor (4b) of the two field effect transistors (4a, 4b) flows. Batterieschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Stromsensor (1) wenigstens einen ersten Regelkreis aufweist, in dem das erste Widerstandselement (4a) angeordnet ist und mit dem die Spannung (UDS) über dem ersten Widerstandselement (4a) auf einen definierten Referenzspannungswert geregelt wird.Battery protection according to one of the preceding claims, wherein the active current sensor (1) has at least one first control circuit in which the first resistance element (4a) is arranged and with which the voltage (U DS ) across the first resistance element (4a) is set to a defined reference voltage value is regulated. Batterieschutz nach Anspruch 7, weiter eine Referenzspannungsquelle (6) aufweisend, die von der Steuerung (7) gesteuert wird und eine erste Referenzspannung (-Ref) für den ersten Regelkreis liefert.battery protection after claim 7 , Further comprising a reference voltage source (6) which is controlled by the controller (7) and supplies a first reference voltage (-Ref) for the first control circuit. Batterieschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktive Stromsensor (1) derart gesteuert wird, dass die an dem ersten Widerstandselement (4a, 4b) anliegende Spannung (UDS) unabhängig von dem durch den aktiven Stromsensor (1) fließenden Strom (IMess) ist.Battery protection according to one of the preceding claims, wherein the active current sensor (1) is controlled in such a way that the voltage (U DS ) present at the first resistance element (4a, 4b) is independent of the current (I Mess ) is. Verwendung des Batterieschutzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batterieschutz in einem Batteriedatenmodul (10) für eine Batterie (2) eines Kraftfahrzeugs integriert ist.Use of the battery protection according to one of the preceding claims, wherein the battery protection is integrated in a battery data module (10) for a battery (2) of a motor vehicle.
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