DE102013219064A1 - Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren - Google Patents

Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102013219064A1
DE102013219064A1 DE201310219064 DE102013219064A DE102013219064A1 DE 102013219064 A1 DE102013219064 A1 DE 102013219064A1 DE 201310219064 DE201310219064 DE 201310219064 DE 102013219064 A DE102013219064 A DE 102013219064A DE 102013219064 A1 DE102013219064 A1 DE 102013219064A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage value
aux
auxiliary voltage
circuit arrangement
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201310219064
Other languages
English (en)
Inventor
Dirk Hasenkopf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201310219064 priority Critical patent/DE102013219064A1/de
Publication of DE102013219064A1 publication Critical patent/DE102013219064A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/441Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • H01M2200/103Fuse
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung aufweisend wenigstens eine Batterie (10) bestehend aus mehreren seriell geschalteten galvanischen Einzelzellen (20), mit einem Abgriff für eine Hilfsspannung (UAux), die das Potential zwischen einem ersten Schaltungsknoten (K1) und einem zweiten Schaltungsknoten (K2) darstellt, sowie einer Sicherung (30). Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungsanordnung eine Diode (40) aufweist, wobei die Diode (40) kathodenseitig mit dem ersten Schaltungsknoten (K1) verbunden ist, welcher das höchste Potential der Batterie (10) sowie der Hilfsspannung (UAux) gegenüber einem Bezugspotential des zweiten Schaltungsknoten (K2) darstellt, und wobei die Diode (40) anodenseitig mit einem dritten Schaltungsknoten (K3) verbunden ist, welcher zwischen der Sicherung (30) und der galvanischen Einzelzelle (20), die in direkter Verbindung zum zweiten Schaltungsknoten (K2) steht, angeordnet ist, und wobei die Sicherung (30) zwischen zwei Einzelzellen (20) angeordnet ist und somit die Batterie (10) in einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt unterteilt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung aufweisend wenigstens eine Batterie bestehend aus mehreren seriell geschalteten galvanischen Einzelzellen, mit einem Abgriff für eine Hilfsspannung, die das Potential zwischen einem ersten Schaltungsknoten und einem zweiten Schaltungsknoten darstellt, sowie einer Sicherung.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltungsanordnung.
  • Bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen sind Speicherbatterien aus einer Vielzahl von seriell geschalteten Einzelzellen aufgebaut, um eine technisch sinnvolle Spannung bereitstellen zu können. Um die Batterie im Fall einer Überlastung oder eines Kurzschlusses allerdings vor unzulässig hohen Strömen zu schützen, wird diese mit einer Sicherung ausgestattet. Dabei wird die Sicherung typischerweise entweder in eine der beiden Anschlussschienen oder aber zwischen den Einzelzellen angeordnet, wie es in der US 2011/0298424 A1 aufgezeigt ist. Die Sicherung ist dabei so angeordnet, dass sie die Batterie in zwei gleich große Teilabschnitte unterteilt. Dadurch liegt die Sicherung wahrscheinlich auch dann im Fehlerstromkreis, wenn der Fehler zwischen den Einzelzellen auftritt und schützt somit nicht nur vor Kurzschlüssen zwischen den beiden Anschlussschienen. Zum anderen wird dadurch erreicht, dass die Teilabschnitte bei einer Trennung durch die Sicherung jeweils die minimale Spannung aufweisen.
  • An den Batterien wird meist noch eine Hilfsspannung abgegriffen, um bestimmte Schaltungsteile direkt mit Hochspannung zu versorgen. Üblicherweise wird diese Hilfsspannung über die komplette Batterie abgegriffen, da ein Abgriff an nur einem Teilabschnitt der Batterie dazu führen würde, dass die Einzelzellen unsymmetrisch belastet würden und somit ein Ladungsausgleich nötig wäre, welcher wiederum mit einem erhöhten Aufwand zu dessen Umsetzung verbunden wäre. Ist die Sicherung nun aber zwischen den Einzelzellen angeordnet, wird beim Auslösen der Sicherung die Hilfsspannung unterbrochen.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass auch im Fehlerfall weiterhin eine Hilfsspannung abgegriffen werden kann. Zudem soll erkannt werden, sobald der Fehlerfall eingetreten ist und anschließend soll eine Reaktion auf diesen Fehlerfall eingeleitet werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung aufweisend wenigstens eine Batterie bestehend aus mehreren seriell geschalteten galvanischen Einzelzellen, mit einem Abgriff für eine Hilfsspannung, die das Potential zwischen einem ersten Schaltungsknoten und einem zweiten Schaltungsknoten darstellt, sowie einer Sicherung. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Schaltungsanordnung eine Diode aufweist, wobei die Diode kathodenseitig mit dem ersten Schaltungsknoten verbunden ist, welcher das höchste Potential der Batterie sowie der Hilfsspannung gegenüber einem Bezugspotential des zweiten Schaltungsknoten darstellt, und wobei die Diode anodenseitig mit einem dritten Schaltungsknoten verbunden ist, welcher zwischen der Sicherung und der galvanischen Einzelzelle, die in direkter Verbindung zum zweiten Schaltungsknoten steht, angeordnet ist, und wobei die Sicherung zwischen zwei Einzelzellen angeordnet ist und somit die Batterie in einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt unterteilt. Vorteilhaft ist hierbei, dass beim Auslösen der zwischen den Einzelzellen angeordneten Sicherung durch eine Überlastung oder einen Kurzschluss immer noch die Hilfsspannung an einem Teil der Zellen abgegriffen werden kann. Dagegen wird im Normalfall die Hilfsspannung gleichmäßig an der kompletten Batterie abgegriffen und diese somit symmetrisch belastet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der dritte Schaltungsknoten unmittelbar mit der Sicherung verbunden ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass im Fehlerfall die Hilfsspannung über den kompletten Teilabschnitt zwischen der Sicherung und dem zweiten Schaltungsknoten abgegriffen wird und somit möglichst groß ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass sich die Anzahl der Einzelzellen des ersten Teilabschnittes von der Anzahl des zweiten Teilabschnittes nicht oder nur möglichst geringfügig unterscheidet. Besonders bevorzugt unterscheiden sie sich hierbei nicht oder nur um maximal eine Einzelzelle. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Teilabschnitte bei einer Trennung durch die Sicherung jeweils die minimale Spannung aufweisen.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Schaltelement zwischen der Diode und dem ersten Schaltungsknoten oder dem zweiten Schaltungsknoten angeordnet ist. Vorteilhaft ist hierbei, dass sich im Fehlerfall die Hilfsspannung von der Batterie abkoppeln lässt, um die Batterie vor einer allzu langen unsymmetrischen Belastung zu schützen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung. Erfindungsgemäß werden dabei die Verfahrensschritte
    • a. Bereitstellen eines ersten Hilfsspannungswertes eines ersten Zeitpunktes,
    • b. Bereitstellen eines weiteren Spannungswertes,
    • c. Vergleich des im Schritt a bereitgestellten ersten Hilfsspannungswertes mit dem weiteren Spannungswert aus Schritt b durch eine Auswerteeinheit,
    • d. Bewerten des Vergleichs durch die Auswerteeinheit, wobei im Fall, dass diese Bewertung ergibt, dass die Sicherung ausgelöst hat, ein erstes Signal erzeugt wird, durchgeführt. Vorteilhaft wird hierdurch ermöglicht, dass ein Fehlerfall umgehend erkannt wird und gegebenenfalls auf diesen reagiert werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass im Schritt b ein Zweitspannungswert, welcher das Potential zwischen dem dritten Schaltungsknoten und dem zweiten Schaltungsknoten zu dem ersten Zeitpunkt darstellt, als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal erzeugt wird, falls der erste Hilfsspannungswert kleiner als der Zweitspannungswert ist. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass kein Zwischenspeicher für die Spannungswerte benötigt wird und zudem der Vergleich kontinuierlich durchgeführt werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass im Schritt b ein zweiter Hilfsspannungswert eines zweiten Zeitpunktes, welcher nach dem ersten Zeitpunkt liegt, als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal erzeugt wird, falls der zweite Hilfsspannungswert wesentlich kleiner als der erste Hilfsspannungswert ist. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungswerte von nur eine Spannung, dafür zu unterschiedlichen Zeitpunkten, bereitgestellt werden müssen, wodurch der Aufwand für das Bereitstellen eines weiteren Spannungswertes einer anderen Spannung wegfällt und somit nur ein Spannungseingang nötig ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist vorgesehen, dass ein in der Auswerteeinheit gespeicherter Entladeschlussspannungswert der Batterie im Schritt b als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal erzeugt wird, falls der erste Hilfsspannungswert geringer als der Entladeschlussspannungswert der Batterie ist. Dies hat den Vorteil, dass der Entladeschlussspannungswert als stationärer Wert in der Auswerteeinheit abgespeichert werden kann und somit nur ein Abgriff an der Schaltungsanordnung zum Bereitstellen des ersten Hilfsspannungswertes nötig ist. Zudem ist hierbei vorteilhaft, dass der Vergleich stetig durchgeführt werden kann.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens sieht vor, dass, falls das erste Signal erzeugt wird, nach einer vorgegebenen Notlauf-Zeitspanne die Hilfsspannung von der Batterie mittels des Schalters abgekoppelt wird, wobei der Schalter den Befehl zum Öffnen durch ein zweites Signal empfängt, welches von der Auswerteeinheit ausgegeben wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass im Fehlerfall durch das Abkoppeln der Hilfsspannung die Batterie nur über einen gewissen, zuvor festgelegten Zeitraum unsymmetrisch belastet wird, wodurch die Gefahr verringert wird, dass die Batterie nachhaltig geschädigt wird.
  • Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Schaltungsanordnung im Stand der Technik
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
  • 3 zeigt eine Auswerteeinheit in einem weiteren Ausführungsbeispiel als Teil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
  • 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für die Schaltungsanordnung
  • 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für die Schaltungsanordnung
  • 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für die Schaltungsanordnung
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • 1 zeigt eine Schaltungsanordnung im Stand der Technik. Dargestellt ist ein erster Schaltungsknoten K1, der das höchste Potential einer Batterie 10 gegenüber einem als Bezugspotential dienenden zweiten Schaltungsknoten K2 aufweist. Zudem wird zwischen dem ersten Schaltungsknoten K1 und dem zweiten Schaltungsknoten K2 eine Hilfsspannung UAux abgegriffen. Die Batterie 10 ist dabei aus einer Vielzahl von seriell geschalteten galvanischen Einzelzellen 20 aufgebaut. Des Weiteren ist eine Sicherung 30 zwischen dem ersten Schaltungsknoten K1 und dem positiven Abgriff einer Erstspannung U1 angeordnet. Es wäre alternativ auch möglich die Sicherung zwischen dem zweiten Schaltungsknoten K2 und dem Bezugspotential der Erstspannung U1 anzuordnen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Ausgehend von der unter der 1 beschriebenen Schaltungsanordnung ist hier die Sicherung 30 jedoch zwischen zwei Einzelzellen 20 angeordnet und zwar bevorzugt so, dass sie die Batterie 10 in zwei gleich große Teilabschnitte unterteilt. Zudem weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach 2 eine Diode 40 auf. Diese Diode 40 ist kathodenseitig mit dem ersten Schaltungsknoten K1 verbunden, wobei noch ein Schaltelement 50 zwischen der Diode 40 und dem ersten Schaltungsknoten K1 angeordnet ist. Gesteuert wird das Schaltelement 50 durch ein zweites Signal 60. Das zweite Signal 60 wird hierbei von einer in 3 aufgezeigten, externen Auswerteeinheit 70 gegeben. Anodenseitig ist die Diode 40 mit einem dritten Schaltungsknoten K3 verbunden, welcher sich zwischen der Sicherung 30 und der mit dem zweiten Schaltungsknoten K2 verbundenen Einzelzelle 20 befindet. Dabei ist der dritte Schaltungsknoten K3 besonders bevorzugt direkt mit der Sicherung 30 verbunden. Zwischen dem dritten Schaltungsknoten K3 und dem zweiten Schaltungsknoten K2 kann eine Zweitspannung U2 abgegriffen werden. Im Fehlerfall, also nach dem Auslösen der Sicherung 30, dient diese Zweitspannung U2 als Hilfsspannung UAux, wobei zusätzlich noch eine an der Diode 40 abfallende Diodenspannung UD berücksichtigt werden muss.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches nicht bildlich dargestellt ist, ist das Schaltelement 50 zwischen der Diode 40 und dem dritten Schaltungsknoten K3 angeordnet. Als Schaltelement 50 ist sowohl ein aktives als auch ein passives Schaltelement, aber auch ein Trennmittel, welches nach dem Trennen möglicherweise ausgetauscht werden muss, denkbar. Zudem wäre als Alternative auch vorstellbar, dass das Signal 60 mit dem Befehl zum Öffnen des Schalters 50 manuell von einem Nutzer gegeben wird. Als weitere Alternative könnte die Sicherung 30 auch an einer anderen Stelle zwischen zwei Einzelzellen 20 angeordnet werden.
  • 3 zeigt eine Auswerteeinheit 70 in einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Auswerteeinheit weist einen ersten Eingang für einen ersten Hilfsspannungswert UAux,t1 eines ersten Zeitpunktes t1 und einen zweiten Eingang für einen Zweitspannungswert U2,t1 eines ersten Zeitpunktes t1 auf. Des Weiteren beinhaltet die Auswerteeinheit 70 einen Vergleicher, welcher beispielsweise als Komparator ausführbar ist. Mittels des Vergleichers sind der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 und der Zweitspannungswert U2,t1 miteinander vergleichbar. Auf Grund des Ergebnisses des Vergleichs kann anschließend eine integrierte Bewertungseinheit folgern, ob die Sicherung 30 bereits ausgelöst hat oder noch intakt ist. Sollte sich bei der Bewertung ergeben, dass die Sicherung 30 ausgelöst hat, so ist ein erstes Signal 80 erzeugbar, welches auch nach außen hin ausgebbar ist. Zudem ist dieses erste Signal 80 in der Auswerteeinheit 70 dazu nutzbar, dass eine Reaktion auf den Fehlerfall angestoßen werden kann. Als Reaktion auf den Fehlerfall ist hierbei ein zweites Signal 60 generierbar, welches den Befehl zum Öffnen des Schalters 50 darstellt und als Treibersignal für diesen dient. Zudem besitzt die Auswerteeinheit 70 ein Verzögerungsglied, welches beispielsweise als monostabile Kippstufe ausgeführt werden kann und wodurch das Signal 60 erst nach einer zuvor festgelegten Notlauf-Zeitspanne t3 ausgebbar ist. Die Notlauf-Zeitspanne t3 ist dabei durch einen Nutzer einstellbar und wird von der Auswerteeinheit in einem ersten Speicher hinterlegt. Alternativ kann die Notlauf-Zeitspanne t3 auch bereits vor Inbetriebnahme durch den schaltungstechnischen Aufbau des Verzögerungsgliedes eingestellt werden. Als weitere Alternative kann das nach außen gegebene erste Signal 80 einem Nutzer die Möglichkeit geben selbständig auf das erste Signal 80 zu reagieren. Eine weitere Alternative besteht darin den ersten Hilfsspannungswert UAux,t1 und den Zweitspannungswert U2,t1 am ersten und zweiten Eingang über eine erste und zweite Vorrichtung zum Erfassen der Spannungswerte zu digitalisieren und daraufhin den Vergleich mittels eines Mikrocontrollers durchzuführen.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches von dem Ausführungsbeispiel nach 3 ausgeht und nicht bildlich dargestellt ist, ist der zweite Eingang verzichtbar. Dafür ist ein zweiter Speicher vorgesehen, in dem der bereitgestellte erster Hilfsspannungswert UAux,t1 abspeicherbar ist. Der abgespeicherte erste Hilfsspannungswert UAux,t1 ist mit einem bereitgestellten zweiten Hilfsspannungswert UAux,t2 eines zweiten Zeitpunktes t2 mittels des Vergleichers vergleichbar.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel, welches von dem Ausführungsbeispiel nach 3 ausgeht und nicht bildlich dargestellt ist, kann der Auswerteeinheit 70 über den zweiten Eingang einen Entladeschlussspannungswert UE der Batterie 10 bereitgestellt werden. Der Entladeschlussspannungswert UE ist der Auswerteeinheit 70 bereits vor Betriebsbeginn zuführbar, wobei dieser sich aus dem Aufbau der Batterie 10 ergibt, also welche Art von Einzelzellen 20 und wie viele dieser Einzelzellen 20 miteinander seriell verschaltet sind. Hierbei ist ein zweiter Speicher nutzbar, um den Entladeschlussspannungswert UE abzuspeichern.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung. Erfindungsgemäß werden dabei in einem Verfahrensschritte a der Hilfsspannungswert UAux,t1 eines ersten Zeitpunktes t1 bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt b wird ein weiterer Spannungswert U2,t1, UAux,t2, UE bereitgestellt. Der im Verfahrensschritt a bereitgestellte Hilfsspannungswert UAux,t1 wird daraufhin in einem Verfahrensschritt c mit dem weiteren Spannungswert U2,t1, UAux,t2, UE aus Verfahrensschritt b mittels der Auswerteeinheit 70 verglichen. Anschließend wird im Verfahrensschritt d der im Verfahrensschritt c durchgeführte Vergleich bewertet und im Fall, dass diese Bewertung ergibt, dass die Sicherung ausgelöst hat, ein erstes Signal 80 erzeugt. Auf das erste Signal 80 wird nach einer vorgegeben Notlauf-Zeitspanne t3 mit dem zweiten Signal 60 reagiert, welches den Befehl zum Öffnen des Schalters 50 darstellt und somit die Hilfsspannung UAux von der Batterie 10 abkoppelt. Nachfolgend wird auf verschiedene Ausführungsbeispiele für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren eingegangen. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für eine Schaltungsanordnung. Hierbei wird in einem Schritt 100 zuerst der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 bereitgestellt, was den Verfahrensschritt a darstellt. Zeitgleich wird in einem Schritt 110 der zweite Spannungswert U2,t1 laut Verfahrensschritt b als weiterer Spannungswert bereitgestellt. Der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 wird dann mit dem Zweitspannungswert U2,t1 in einem Schritt 120 verglichen, was den Verfahrensschritt c darstellt. Sollte der im Schritt 120 durchgeführte Vergleich als ein erstes Ergebnis 130 aufzeigen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 größer als der Zweitspannungswert U2,t1 ist, so lautet eine erste Bewertung 140, dass die Sicherung 30 noch intakt ist. Sollte der im Schritt 120 durchgeführte Vergleich dagegen als ein zweites Ergebnis 150 aufweisen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 kleiner als der Zweitspannungswert U2,t1 ist, so lässt sich daraus als eine zweite Bewertung 160 folgern, dass die Sicherung 30 ausgelöst hat. Trifft die erste Bewertung 140 zu, so wird das Verfahren ab Schritt 100 wiederholt. Trifft dagegen die zweite Bewertung 160 zu, so wird daraufhin im Schritt 170 von der Auswerteeinheit 70 das erste Signal 80 erzeugt, welches das Auslösen der Sicherung 30 signalisiert. Die Bewertung des im Schritt 120 durchgeführten Vergleichs und die Reaktion im Fall der Fehlererkennung werden in einem Verfahrensschritt d zusammengefasst. Somit wird erreicht, dass eine kontinuierliche Überwachung des Systems gegeben ist, bis zu dem Zeitpunkt an dem der Fehlerfall eintritt. Um auf das Auslösen der Sicherung zu reagieren, wird vor Inbetriebnahme der Schaltungsanordnung eine Bedienung 180 für die Notlauf-Zeitspanne t3 initialisiert. Dabei dient die Bedingung 180 dazu, dass die Reaktion auf den Fehler um eine gewisse Zeit hinausgezögert wird, um somit für diese Notlauf-Zeitspanne t3 weiterhin die Hilfsspannung UAux an zumindest einem Teil der Batterie 10 abgreifen zu können. Die Bedingung 180 wird so gewählt, dass zum einen ein genügend langer Notlauf gewährt ist, um so beispielsweise die von der Hilfsspannung UAux versorgten Komponenten ohne negativen Einfluss abkoppeln oder herunterfahren zu können und zum anderen der Notlauf nicht länger andauert, als dass die Batterie 10 durch die unsymmetrische Belastung während des Notlaufs noch nicht nachhaltig geschädigt wird. Ist die Notlauf-Zeitspanne t3 verstrichen, wird im Schritt 190 das Signal 60 mit dem Befehl zum Öffnen an den Schalter 50 gesendet. Als Reaktion auf den Schritt 190 wird im Schritt 200 der Schalter 50 geöffnet und koppelt somit die Hilfsspannung UAux von der Batterie 10 ab.
  • 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für eine Schaltungsanordnung. Ausgehend vom ersten Ausführungsbeispiel nach 4 ist in diesem zweiten Beispiel eine Abwandlung der Schritte 110 und 120, sowie der daraus resultierenden ersten und zweiten Ergebnisse 130, 150 vorgesehen. So wird im Schritt 111 der zweite Hilfsspannungswert UAux,t2 bereitgestellt. Die Zeitpunkte sollten dabei nicht zu sehr auseinanderliegen, da nicht nur das Auslösen der Sicherung die Hilfsspannung UAux verändern würde, sondern diese sich auch durch Auf- und Entladevorgänge der Batterie 10 zeitlich ändert. Im Schritt 121 wird dann der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 mit dem zweiten Hilfsspannungswert UAux,t2 verglichen. Sollte der im Schritt 121 durchgeführte Vergleich als ein erstes Ergebnis 131 aufzeigen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 von dem zweiten Hilfsspannungswert UAux,t2 nur geringfügig abweicht, so lautet die erste Bewertung 140, dass die Sicherung 30 noch intakt ist. Dabei muss, wie bereits erwähnt, beachtet werden, dass eine Änderung der Hilfsspannung UAux im Rahmen eines typischen Auf- oder Entladevorgangs der Batterie 10 als geringfügig angesehen wird. Sollte der im Schritt 121 durchgeführte Vergleich dagegen als ein zweites Ergebnis 151 aufweisen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 wesentlich kleiner als der zweite Hilfsspannungswert UAux,t2 ist, so lässt sich daraus als zweite Bewertung 160 folgern, dass die Sicherung 30 ausgelöst hat. Ein Spannungsrückgang in einer Größenordnung der Spannung von mindestens einer Einzelzelle 20 in Kombination mit der an der Diode 40 abfallenden Diodenspannung UD wird dabei als wesentlich angesehen. Anschließend wird das zweite Ausführungsbeispiel identisch zum, wie bereits in 4 beschriebenen, ersten Ausführungsbeispiel fortgeführt.
  • 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren für eine Schaltungsanordnung. Ausgehend vom ersten Ausführungsbeispiel nach 4 ist in diesem dritten Beispiel eine Abwandlung der Schritte 110 und 120, sowie des daraus resultierenden ersten und zweiten Ergebnisses 130, 150 vorgesehen. Im Schritt 112 wird der im zweiten Speicher der Auswerteeinheit 70 abgespeicherte Entladeschlussspannungswert UE der Batterie 10 laut Verfahrensschritt b bereitgestellt. Anschließend wird im Schritt 122 der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 mit dem Entladeschlussspannungswert UE verglichen. Sollte der im Schritt 122 durchgeführte Vergleich als ein erstes Ergebnis 132 aufzeigen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 größer oder gleich des Entladeschlussspannungswertes UE ist, so lautet die erste Bewertung 140, dass die Sicherung 30 noch intakt ist. Sollte der im Schritt 122 durchgeführte Vergleich dagegen als ein zweites Ergebnis 152 aufweisen, dass der erste Hilfsspannungswert UAux,t1 geringer als der Entladeschlussspannungswert UE ist, so lässt sich daraus als zweite Bewertung 160 folgern, dass die Sicherung 30 ausgelöst hat. Anschließend wird das dritte Ausführungsbeispiel identisch zum, wie bereits in 4 beschriebenen, ersten Ausführungsbeispiel fortgeführt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0298424 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Schaltungsanordnung aufweisend wenigstens eine Batterie (10) bestehend aus mehreren seriell geschalteten galvanischen Einzelzellen (20), mit einem Abgriff für eine Hilfsspannung (UAux), die das Potential zwischen einem ersten Schaltungsknoten (K1) und einem zweiten Schaltungsknoten (K2) darstellt, sowie einer Sicherung (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Diode (40) aufweist, – wobei die Diode (40) kathodenseitig mit dem ersten Schaltungsknoten (K1) verbunden ist, welcher das höchste Potential der Batterie (10) sowie der Hilfsspannung (UAux) gegenüber einem Bezugspotential des zweiten Schaltungsknoten (K2) darstellt, und – wobei die Diode (40) anodenseitig mit einem dritten Schaltungsknoten (K3) verbunden ist, welcher zwischen der Sicherung (30) und der Einzelzelle (20), die in direkter Verbindung zum zweiten Schaltungsknoten (K2) steht, angeordnet ist, und – wobei die Sicherung (30) zwischen zwei Einzelzellen (20) angeordnet ist und somit die Batterie in einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt unterteilt.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schaltungsknoten (K3) unmittelbar mit der Sicherung (30) verbunden ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Einzelzellen (20) des ersten Teilabschnittes von der Anzahl der Einzelzellen (20) des zweiten Teilabschnittes nicht oder nur möglichst geringfügig unterscheidet.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anzahl der Einzelzellen (20) des ersten Teilabschnittes von der Anzahl der Einzelzellen (20) des zweiten Teilabschnittes nicht oder nur um ein Einzelzelle (20) unterscheidet.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (50) zwischen der Diode (40) und dem ersten Schaltungsknoten (K1) oder dem zweiten Schaltungsknoten (K2) angeordnet ist.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit folgenden Verfahrensschritten: a. Bereitstellen eines ersten Hilfsspannungswertes (UAux,t1) eines ersten Zeitpunktes (t1) b. Bereitstellen eines weiteren Spannungswertes (U2,t1, UAux,t2, UE), c. Vergleich des im Schritt a bereitgestellten ersten Hilfsspannungswertes (UAux,t1) mit dem weiteren Spannungswert (U2,t1, UAux,t2, UE) aus Schritt b durch eine Auswerteeinheit (70), d. Bewerten des Vergleichs durch die Auswerteeinheit (70), wobei im Fall, dass diese Bewertung ergibt, dass die Sicherung (30) ausgelöst hat, ein erstes Signal (80) erzeugt wird.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b ein Zweitspannungswert (U2,t1), welcher das Potential zwischen dem dritten Schaltungsknoten (K3) und dem zweiten Schaltungsknoten (K2) zu dem ersten Zeitpunkt (t1) darstellt, als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal (80) erzeugt wird, falls der erste Hilfsspannungswert (UAux,t1) kleiner als der Zweitspannungswert (U2,t1) ist.
  8. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b ein zweiter Hilfsspannungswert (UAux,t2) eines zweiten Zeitpunktes (t2), welcher nach dem ersten Zeitpunkt (t1) liegt, als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal (80) erzeugt wird, falls der zweite Hilfsspannungswert (UAux,t2) wesentlich kleiner als der erste Hilfsspannungswert (UAux,t1) ist.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein in der Auswerteeinheit (70) gespeicherter Entladeschlussspannungswert (UE) der Batterie (10) im Schritt b als weiterer Spannungswert bereitgestellt wird, und dass im Schritt d das erste Signal (80) erzeugt wird, falls der erste Hilfsspannungswert (UAux,t1) geringer als der Entladeschlussspannungswert (UE) der Batterie (10) ist.
  10. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, falls das erste Signal (80) erzeugt wird, nach einer vorgegebenen Notlauf-Zeitspanne (t3) die Hilfsspannung (UAux) von der Batterie (10) mittels des Schalters (50) abgekoppelt wird, wobei der Schalter (50) den Befehl zum Öffnen durch ein zweites Signal (60) empfängt, welches von der Auswerteeinheit (70) ausgegeben wird.
DE201310219064 2013-09-23 2013-09-23 Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren Ceased DE102013219064A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310219064 DE102013219064A1 (de) 2013-09-23 2013-09-23 Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310219064 DE102013219064A1 (de) 2013-09-23 2013-09-23 Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013219064A1 true DE102013219064A1 (de) 2015-03-26

Family

ID=52623541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310219064 Ceased DE102013219064A1 (de) 2013-09-23 2013-09-23 Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013219064A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200989B3 (de) 2022-01-31 2023-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Hochvoltbatteriesystem

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996023325A1 (en) * 1995-01-23 1996-08-01 Motorola Inc. A bypass switching apparatus for a ptc protected battery and charger
US6838857B2 (en) * 2002-07-11 2005-01-04 Alcatel Protection device using 1S circuits, for a battery assembly of electrochemical cells
JP2010146773A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Denso Corp 組電池の監視装置
US20110298424A1 (en) 2010-06-04 2011-12-08 Hitachi Vehicle Energy, Ltd. Battery Control Device and Electricity Storage Device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996023325A1 (en) * 1995-01-23 1996-08-01 Motorola Inc. A bypass switching apparatus for a ptc protected battery and charger
US6838857B2 (en) * 2002-07-11 2005-01-04 Alcatel Protection device using 1S circuits, for a battery assembly of electrochemical cells
JP2010146773A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Denso Corp 組電池の監視装置
US20110298424A1 (en) 2010-06-04 2011-12-08 Hitachi Vehicle Energy, Ltd. Battery Control Device and Electricity Storage Device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022200989B3 (de) 2022-01-31 2023-04-27 Volkswagen Aktiengesellschaft Hochvoltbatteriesystem

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3503343B1 (de) Elektrisches system und verfahren zur diagnose der funktionsfähigkeit von leistungsrelais in einem elektrischen system
DE102014110380B4 (de) Batteriesteuerung mit Blockauswahl
EP2435279B1 (de) Bordnetz für ein fahrzeug sowie steuervorrichtung für ein bordnetz
DE102010061025A1 (de) Vorrichtung zum Parallelschalten von wenigstens zwei Energieeinheiten
DE102010045904A1 (de) Energiespeichereinrichtung mit Kurzschlusssicherungsschaltung
EP3118639B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum überwachen eines zustandes wenigstens einer vorbestimmten batteriezelle einer batterie
DE102018212351A1 (de) Verfahren zur Diagnose eines Schaltmittels in einem Kraftfahrzeug
DE112019001213T5 (de) Zellenausgleichssteuerungsvorrichtung und Zellenausgleichssteuerungssystem
DE102012221319A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Spannungsfreischalten eines Hochvoltnetzes eines Elektrofahrzeuges
DE102012212374A1 (de) Batteriesystem mit unterteilbarem Batteriestrang
DE102014017569A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug
DE102017215295A1 (de) Vorrichtung zum Elektropolieren eines zumindest eine Lithium-Ionen-Zelle aufweisenden Energiespeichers, Ladegerät, Verfahren zum Betreiben des Ladegeräts
DE102016007000A1 (de) Vorladung über Transformator
DE102013219064A1 (de) Schaltungsanordnung zum fehlertoleranten Hilfsspannungsabgriff an einer Batterie und Betriebsverfahren
DE102008038860A1 (de) Energiespeichermodul für ein Fahrzeug
DE102021102304A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung eines Spannungsabfalls
WO2013186021A2 (de) Verfahren zum betrieb einer batterie für ein fahrzeug sowie entsprechende batteriean-ordnung und fahrzeug
WO2014044860A2 (de) Verfahren zum betreiben eines bordnetzes
DE202016105619U1 (de) Intelligenter Akkumulator
DE102012204828B4 (de) Steuern eines Niedervolt- und eines Hochvolt-Bordnetzes in einem elektromobilen Kraftfahrzeug
DE102016201165A1 (de) Elektronische Schaltung zur Versorgung einer industriellen Steuerung
DE102019127198A1 (de) Verfahren zum betrieb einer energieerzeugungsanlage und energieerzeugungsanlage mit dem verfahren
DE102018212777A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs
DE102012214092A1 (de) Ersatzzelle für ein Batteriesystem
DE102016012375A1 (de) Schalteinrichtung zum elektrischen Koppeln einer Zwischenkreiskapazität eines Gleichspannungszwischenkreises mit einer Gleichspannungsquelle

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final