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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemanagementsystems, welches an eine Betriebsspannung angeschlossen ist, wobei das Batteriemanagementsystem beim Absinken der Betriebsspannung unter einen Abschaltschwellwert in einen Ruhezustand wechselt und beim Ansteigen der Betriebsspannung über einen Einschaltschwellwert in einen Betriebszustand wechselt.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung eines wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriesystems.
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Stand der Technik
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Batteriemanagementsysteme werden in Batteriesystemen, insbesondere in Batteriesystemen, die eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen umfassen, eingesetzt. Die Batteriemanagementsysteme dienen dabei insbesondere zum Überwachen und Regeln des Betriebs des Batteriesystems und dabei insbesondere der einzelnen Batteriezellen. Eine Batteriezelle ist dabei insbesondere eine Akkumulatorzelle, also eine sekundäre Batteriezelle.
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Der Betrieb einer Batterie eines Batteriesystems umfasst insbesondere den Entladevorgang der Batterie, das heißt insbesondere die Nutzung einer solchen Batterie mit einem entsprechenden elektrischen Verbraucher, insbesondere mit einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Des Weiteren umfasst der Betrieb einer Batterie insbesondere den Ladevorgang der Batterie, das heißt das Nachladen der Batterie. Das Batteriemanagementsystem erfüllt dabei die Aufgabe, den zuverlässigen Betrieb unter Berücksichtigung von an die Batterie zu stellenden Sicherheits-, Leistungs- und/oder Lebensdaueranforderungen zu sichern.
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Bei bislang bekannten Batteriemanagementsystemen werden insbesondere die Zellspannungen der Batteriezellen von mehreren Zellüberwachungseinheiten, insbesondere von sogenannten Cell Supervising Circuits (CSCs), als Messwerte erfasst und über einen Kommunikations-Bus an eine zentrale Steuergeräteeinheit, üblicherweise die sogenannte Battery Control Unit (BCU), übertragen. Des Weiteren können von einem Stromsensor gemessene Ströme als weitere Messwerte an die Steuergeräteeinheit übertragen werden. Durch Auswerten der Messwerte bestimmt die Battery Control Unit Batterieeigenschaften, wie unter anderem den Ladezustand einzelner Batteriezellen, welcher auch als State of Charge (SOC) bezeichnet wird, sowie die Alterung einzelner Batteriezellen, die auch als State of Health (SOH) bezeichnet wird.
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Darüber hinaus umfassen derartige Batteriemanagementsysteme üblicherweise Schaltschütze als Trenneinrichtung zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung. Eine solche Trenneinrichtung ist dabei ausgebildet, Ansteuerungssignale als Daten zu empfangen, wobei die Ansteuerung der Trenneinrichtung ebenfalls durch die Steuergeräteeinheit erfolgt. Insbesondere ist der Steuergeräteeinheit die Aufgabe zugewiesen, über die Ansteuerung der Trenneinrichtung einzelne Batteriezellen oder eine Gruppe von Batteriezellen, wie insbesondere einzelne Batteriemodule, von den Polanschlüssen der Batterie elektrisch zu trennen, wenn erfasste Messwerte auf einen sicherheitskritischen Zustand dieser Batteriezellen hinweisen. Ein solches Abtrennen von Batteriezellen ist von großer Bedeutung, um größere Schäden sowohl von der Batterie als auch von einer von der Batterie gespeisten elektrischen Verbrauchereinrichtung beziehungsweise einer die Batterie nachladenden Ladeeinrichtung fernzuhalten.
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Insbesondere bei in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen eingesetzten Batteriemanagementsystemen wird das Batteriemanagementsystem über ein Niederspannungsnetz beispielsweise mit einer Betriebsspannung von 12 V (V: Volt) betrieben. Bei Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen eingesetzten Batteriemanagementsystemen wird die Betriebsspannung für das Batteriemanagementsystem dabei häufig über eine weitere Batterie, insbesondere die Starterbatterie, des fahrzeugseitigen Niederspannungsnetzes bereitgestellt.
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Ein Absinken der Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems unter einen Abschaltschwellwert, beispielsweise infolge einer schwachen Starterbatterie, kann dazu führen, dass das Batteriemanagementsystem zwangsabschaltet. Das Batteriemanagementsystem fährt herunter, wobei die internen Verbraucher abgeschaltet werden. Das heißt es findet ein Unterspannungsreset statt. Das Batteriemanagementsystem wechselt dabei von einem Betriebszustand in einen Ruhezustand.
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Eine Schaltungsanordnung zur Realisierung einer Unterspannungsabschaltung ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 20 2009 000 099 U1 bekannt, die eine Schaltungsanordnung mit einem Batteriekoppler offenbart. Ein abschaltbares Batteriemanagementsystem ist darüber hinaus aus den Druckschriften
DE 10 2007 025 194 A1 und
DE 10 2009 045 526 A1 bekannt.
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Das Abschalten des Batteriemanagementsystems und der internen Verbraucher führt jedoch dazu, dass der Spannungsabfall über den Zuleitungen zu dem Batteriemanagementsystem beziehungsweise über dem Kabelbaum verringert wird. Infolgedessen steigt die Betriebsspannung nach dem Abschalten des Batteriemanagementsystems wieder über den Abschaltschwellwert an, wobei der Abschaltschwellwert bei bekannten Batteriemanagementsystemen zugleich den Einschaltschwellwert für den Wechsel von dem Ruhezustand in den Betriebszustand darstellt. In der Konsequenz führt dies zu einem erneuten Einschalten des Batteriemanagementsystems und der internen Verbraucher, also zu einem Wechsel von dem Ruhezustand in den Betriebszustand. Hierdurch bricht die Betriebsspannung allerdings erneut ein, sodass sich das Batteriemanagementsystem wieder abschaltet und der nächste Unterspannungsreset durchgeführt wird. Dieser Wechsel von Betriebszustand zu Ruhezustand und von Ruhezustand zu Betriebszustand kann sich dabei mehrmals wiederholen. Das Auftreten von Schäden an dem Batteriemanagementsystem ist die häufige Folge.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe ein Batteriemanagementsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines an eine Betriebsspannung angeschlossenen Batteriemanagementsystems zu verbessern, insbesondere dahingehend, dass Schäden an dem Batteriemanagementsystem durch kontinuierliche Unterspannungsresets verhindert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriemanagementsystems, welches an eine Betriebsspannung angeschlossen ist, vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem beim Absinken der Betriebsspannung unter einen Abschaltschwellwert in einen Ruhezustand wechselt und beim Ansteigen der Betriebsspannung über einen Einschaltschwellwert in einen Betriebszustand wechselt, wobei der Einschaltschwellwert um einen vorbestimmten Spannungswert größer ist als der Abschaltschwellwert. Das heißt, dass die Schaltschwellwerte für ein Einschalten und für ein Abschalten des Batteriemanagementsystems derart gegeneinander verschoben sind, dass die Einschaltschwelle oberhalb der Abschaltschwelle liegt. Das Batteriemanagementsystem wechselt vorteilhafterweise also nur dann von dem Ruhezustand wieder in den Betriebszustand, wenn die Betriebsspannung den Abschaltschwellwert um den vorbestimmten Spannungswert übersteigt und die Betriebsspannung somit den Einschaltschwellwert übersteigt.
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Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Spannungswert, um den der Einschaltschwellwert über dem Abschaltschwellwert liegt, wenigstens 0,3 % der Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems beträgt, vorzugsweise wenigstens 1 % der Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems.
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Dadurch, dass gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren für einen Wechsel des Batteriemanagementsystems von dem Ruhezustand in den Betriebszustand die Betriebsspannung einen höheren Wert aufweisen muss, als für einen Wechsel von dem Betriebszustand in den Ruhezustand, wird vorteilhafterweise verhindert, dass insbesondere bei einem langsamen Absinken der Betriebsspannung, beispielsweise aufgrund einer schwächer werdenden Starterbatterie, Unterspannungsresets kontinuierlich auftreten. Hierdurch werden Schäden an dem Batteriemanagementsystem infolge von wiederholt auftretenden Unterspannungsresets beziehungsweise wiederholt auftretenden Wechseln von Betriebszustand zu Ruhezustand und von Ruhezustand in Betriebszustand vorteilhafterweise besser vermieden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung eines wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriesystems, insbesondere eines in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug eingesetzten Batteriesystems, ausgebildet ist. Vorzugsweise wird das Batteriemanagementsystem dabei im Niederspannungsbereich betrieben. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen das zur Bereitstellung der erforderlichen Energie eingesetzte Batteriesystem überwacht und regelt, insbesondere wie eingangs beschrieben. Die Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems wird dabei vorzugsweise durch eine weitere Batterie des Fahrzeugs, insbesondere die Starterbatterie, bereitgestellt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems 12 V beträgt.
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Vorteilhafterweise umfasst das Batteriemanagementsystem eine Steuergeräteeinheit, vorzugsweise eine sogenannte Battery-Control-Unit (BCU). Darüber hinaus umfasst das Batteriemanagementsystem vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Zellüberwachungseinheiten, vorzugsweise sogenannte Cell Supervising Circuits (CSCs), welche insbesondere ausgebildet sind, Parameter der Batteriezellen des Batteriesystems zu erfassen, insbesondere Batteriezellspannungen und/oder Batteriezelltemperaturen. Vorzugsweise umfasst das Batteriemanagementsystem eine Trenneinrichtung zur galvanischen Trennung der Batterie von einer Verbrauchereinrichtung und/oder einer Ladeeinrichtung. Die Trenneinrichtung umfasst dabei vorzugsweise wenigstens ein Schaltelement, vorzugsweise wenigstens ein Schaltschütz. Durch Öffnen des wenigstens einen Schaltelementes wird die Batterie dabei von dem elektrischen Verbraucher und/oder der Ladeeinrichtung galvanisch getrennt. Eine solche galvanische Trennung ist bevorzugt vorgesehen, wenn das Batteriemanagementsystem von dem Betriebszustand in den Ruhezustand wechselt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Abschaltschwellwert oberhalb der für den Betrieb des Batteriemanagementsystems in dem Betriebszustand minimal erforderlichen Betriebsspannung liegt. Hierdurch ist vorteilhafterweise ein zuverlässiger Betrieb des Batteriemanagementsystems verbessert. Darüber hinaus wird vorteilhafterweise das Auftreten von Schäden an dem Batteriemanagementsystem verhindert, weil das Batteriemanagementsystem somit vorteilhafterweise nicht mit einer derart niedrigen Batteriesystemspannung betrieben wird, bei der mitunter nur eine eingeschränkte Funktionsfähigkeit des Batteriemanagementsystems gegeben ist und infolgedessen Schäden am Batteriemanagementsystem hervorgerufen werden könnten.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vorbestimmte Spannungswert derart festgelegt ist, dass ein Absinken der Betriebsspannung unterhalb des Abschaltschwellwertes infolge eines Wechsels des Batteriemanagementsystems von dem Ruhezustand in den Betriebszustand verhindert wird. Das heißt, dass die Differenz zwischen dem Einschaltschwellwert und dem Abschaltschwellwert vorteilhafterweise derart gewählt ist, dass der beim Wechsel des Batteriemanagementsystems von dem Ruhezustand in den Betriebszustand auftretende Spannungsabfall, das heißt der beim Einschalten des Batteriemanagementsystems auftretende Spannungsabfall, der insbesondere durch die dann zugeschalteten internen Verbraucher hervorgerufen wird, kompensiert wird. Hierdurch ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass das Batteriemanagementsystem nicht von dem Ruhezustand in den Betriebszustand wechselt, wenn die zur Verfügung stehende Betriebsspannung nicht groß genug ist, um das Batteriemanagementsystem in dem Betriebszustand zu betreiben. Das Auftreten von kontinuierlichen Unterspannungsresets und damit einhergehende mögliche Beschädigungen des Batteriemanagementsystems werden hierdurch vorteilhafterweise weiter verbessert verhindert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem Absinken der Betriebsspannung unter den Abschaltschwellwert wenigstens ein Schaltelement geöffnet wird, wodurch zumindest ein Teil des Batteriemanagementsystems von der Betriebsspannung getrennt wird und das Batteriemanagementsystem von dem Betriebszustand in den Ruhezustand wechselt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die funktionellen Einheiten des Batteriemanagementsystems, wie insbesondere die Battery Control Unit und/oder die Zellüberwachungseinheiten, durch das Öffnen des wenigstens einen Schaltelementes von der Betriebsspannung getrennt werden. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Schaltelement ein Relais, vorzugsweise ein mechanisches Relais, welches bei einem Stromfluss durch eine Magnetspule geschlossen ist und bei einer Unterbrechung des Stroms durch die Magnetspule öffnet. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Schaltelement insbesondere ein Halbleiter-Leistungsschalter oder ein steuerbarer DC/DC-Wandler sein kann.
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Durch das Öffnen des wenigstens einen Schaltelementes wird vorzugsweise mittels einer Trenneinrichtung die von dem Batteriemanagementsystem zu überwachende und zu regelnde Batterie von dem elektrischen Verbraucher und/oder der Ladeeinrichtung getrennt. Vorzugsweise erfolgt die galvanische Trennung durch das Öffnen von Schaltschützen. Die Schaltschütze öffnen dabei vorzugsweise infolge des Öffnens des wenigstens einen Schaltelementes und eines damit unterbrochenen Stromflusses durch die Spulen des Schaltschützes.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Schaltelement von einem Zweipunktregler mit integrierter Schalthysterese gesteuert wird, derart, dass das wenigstens eine Schaltelement öffnet, wenn die Betriebsspannung unter den Abschaltschwellwert absinkt, und das wenigstens eine Schaltelement schließt, wenn die Betriebsspannung über den Einschaltschwellwert ansteigt, wobei der vorbestimmte Spannungswert, um den der Einschaltschwellwert größer als der Abschaltschwellwert ist, durch die Schalthysterese festgelegt ist. Vorteilhafterweise kann der Zweipunktregler zwei Ausgangszustände annehmen. Dabei ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in dem Betriebszustand des Batteriemanagementsystems der Ausgangszustand des Zweipunktreglers „logisch 1“ ist, das heißt, es fließt ein Strom. Mittels dieses Stroms wird vorteilhafterweise das wenigstens eine Schaltelement geschlossen gehalten. Sinkt die dem Zweipunktregler zugeführte Betriebsspannung unter den Abschaltschwellwert, so nimmt der Zweipunktregler vorteilhafterweise den Ausgangszustand „logisch 0“ an, das heißt es fließt kein Strom. Durch den ausbleibenden Stromfluss öffnet vorteilhafterweise das wenigstens eine Schaltelement. Aufgrund der eingebauten Schalthysterese schaltet der Zweipunktregler vorteilhafterweise nicht auf den Ausgangszustand logisch „1“ um, wenn der Abschaltschwellwert überschritten wird, sondern erst dann, wenn der Einschaltschwellwert überschritten wird.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zweipunktregler ein Schmitt-Trigger mit einer Einschaltschwelle und einer Ausschaltschwelle ist, wobei der Einschaltschwellwert durch die Einschaltschwelle des Schmitt-Triggers festgelegt ist und der Abschaltschwellwert durch die Ausschaltschwelle des Schmitt-Triggers festgelegt ist. Der Schmitt-Trigger bietet dabei den Vorteil, dass dieser als Vergleicher für zwei analoge Spannungen arbeitet und dabei als Schwellschwertschalter funktioniert. Der Schmitt-Trigger steuert dabei vorzugsweise ein Enable-Signal des Batteriemanagementsystems, welches vorzugsweise das wenigstens eine Schaltelement steuert. Bei Unterschreiten des in dem Schmitt-Trigger eingestellten Abschaltschwellwertes nimmt der Ausgang vorteilhafterweise die maximal mögliche Ausgangsspannung („logisch 1“) an. Überschreitet die Betriebsspannung dagegen den weiteren im Schmitt-Trigger eingestellten Einschaltschwellwert, so kippt die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers vorteilhafterweise zurück auf die minimal mögliche Spannung („logisch 0“). Vorzugsweise wird hierdurch ein Halbleiter-Leistungsschalter als das wenigstens eine Schaltelement gesteuert. Insbesondere kann der Schmitt-Trigger schaltungstechnisch mit einem Operationsverstärker ausgebildet sein, welcher mit einem Widerstand mitgekoppelt ist. Der Einschaltschwellwert und der Ausgangsschwellwert wird hierbei vorteilhafterweise durch den Widerstand in dem Kopplungszweig und den vorgeschalteten Widerstand eingestellt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem ein die für den Betrieb eines Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugs benötigte elektrische Energie bereitstellendes Batteriesystem überwacht und regelt, wobei die Betriebsspannung vorzugsweise durch eine weitere Batterie, besonders bevorzugt durch die Starterbatterie des Fahrzeugs, bereitgestellt wird.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung eines wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriesystems vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das heißt insbesondere, dass das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem ausgebildet ist, gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben zu werden. Insbesondere wird hierzu ein Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Regelung eines wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriesystems vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem ausgebildet ist, beim Absinken der Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems unter einen Abschaltschwellwert in einen Ruhezustand zu wechseln und bei einem Ansteigen der Betriebsspannung des Batteriemanagementsystems über einen Einschaltschwellwert in einen Betriebszustand zu wechseln, wobei das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet ist, dass der Einschaltschwellwert um einen vorbestimmten Spannungswert größer ist, als der Abschaltschwellwert. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet, dass der Abschaltschwellwert oberhalb der für ein Batteriemanagementsystem minimal erforderlichen Betriebsspannung liegt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet ist, dass der vorbestimmte Spannungswert derart festgelegt ist, dass dieser ein Absinken der Betriebsspannung infolge des Wechsels des Batteriemanagementsystems von dem Betriebszustand in den Ruhezustand kompensiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem zur Steuerung des Wechsels zwischen dem Betriebszustand des Batteriemanagementsystems und dem Ruhezustand des Batteriemanagementsystems einen Zweipunktregler mit integrierter Schalthysterese umfasst, wobei durch die Schalthysterese der Einschaltschwellwert derart eingestellt ist, dass dieser um den vorbestimmten Spannungswert größer ist, als der Abschaltschwellwert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems ist vorgesehen, dass der Zweipunktregler wenigstens ein Schaltelement steuert, wobei ein Schalten des wenigstens einen Schaltelementes vorteilhafterweise einen Wechsel zwischen dem Betriebszustand und dem Ruhezustand bewirkt. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem derart ausgebildet, dass das wenigstens eine Schaltelement beim Absinken der Betriebsspannung unter den Abschaltschwellwert öffnet. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem ferner derart ausgebildet, dass das wenigstens eine Schaltelement beim Ansteigen der Betriebsspannung über den Einschaltschwellwert schließt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batteriemanagementsystem einen Zweipunktregler mit integrierter Schalthysterese und wenigstens ein durch den Zweipunktregler steuerbares Schaltelement umfasst. Vorzugsweise ist der Zweipunktregler ein Schmitt-Trigger. Vorzugsweise sind der Einschaltschwellwert und der Abschaltschwellwert dabei durch die Auslegung des Schmitt-Triggers festgelegt, beispielsweise durch die Widerstände eines schaltungstechnisch realisierten Schmitt-Triggers. Vorzugsweise ist der Schmitt-Trigger ein nicht-invertierender Schmitt-Trigger. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schmitt-Trigger ein Präzisions-Schmitt-Trigger ist. Hierbei ist es vorteilhafterweise möglich, die Schaltschwellen, das heißt den Einschaltschwellwert und den Abschaltschwellwert unabhängig voneinander genau einzustellen. Das Einstellen dieser Schaltschwellen kann dabei insbesondere mit Hilfe von Spannungsteilen erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zweipunktregler eine Komparatorschaltung umfasst, wobei die Komparatorschaltung eine den Einschaltschwellwert definierende Einschaltschwelle und eine den Abschaltschwellwert definierende Ausschaltschwelle aufweist. Die Einschaltschwelle ist dabei um den vorbestimmten Spannungswert größer als die Ausschaltschwelle.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem 1 ist zur Überwachung und Regelung eines wenigstens eine Batteriezelle umfassenden Batteriesystems (in 1 nicht dargestellt) ausgebildet. Das Batteriemanagementsystem 1 ist dabei an eine Betriebsspannung 2 (in 1 durch einen Pfeil dargestellt) angeschlossen. Die Betriebsspannung 2 wird dabei von einer Batterie 8 bereitgestellt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Batterie 8 eine Starterbatterie eines Fahrzeuges ist, in welchem das von dem Batteriemanagementsystem 1 zu überwachende Batteriesystem die für den Betrieb erforderliche elektrische Energie bereitstellt. Der Widerstand der Zuleitungen von der Batterie 8 zu dem Batteriemanagementsystem 1 ist in 1 als Widerstand 9 dargestellt.
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Die funktionellen Einheiten des Batteriemanagementsystems 1, insbesondere die Battery-Control-Unit, die Zellüberwachungseinrichtungen und/oder die Trenneinrichtung zur galvanischen Trennung des Batteriemanagementsystems 1 von einer Verbraucher- und/oder einer Ladeeinrichtung, sind aus Gründen der besseren Übersicht in 1 schematisch als funktioneller Block 7 zusammengefasst dargestellt. Anschlussleitungen, die von diesen funktionellen Einheiten zu den Batteriezellen führen, sind dabei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ebenfalls in 1 nicht dargestellt.
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Das in 1 gezeigte Batteriemanagementsystem 1 ist ausgebildet, beim Absinken der Betriebsspannung 2 unter einen Abschaltschwellwert in einen Ruhezustand zu wechseln und bei einem Ansteigen der Betriebsspannung 2 über einen Einschaltschwellwert in einen Betriebszustand zu wechseln, wobei der Einschaltschwellwert um einen vorbestimmten Spannungswert größer ist, als der Abschaltschwellwert. Hierzu umfasst das Batteriemanagementsystem einen Schmitt-Trigger 3. Dieser fungiert als Zweipunktregler und weist eine Schalthysterese auf. Der Schmitt-Trigger 3 kann insbesondere als Präzisions-Schmitt-Trigger ausgebildet sein. In diesem Fall ist vorzugsweise der Einschaltschwellwert als Einschaltschwelle des Schmitt-Triggers 3 über einen ersten Spannungsteiler (in 1 nicht explizit dargestellt) und der Abschaltschwellwert als Ausschaltschwelle des Schmitt-Triggers 3 über einen zweiten Spannungsteiler (in 1 nicht explizit dargestellt) eingestellt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante kann der Schmitt-Trigger 3 schaltungstechnisch mittels eines Operationsverstärkers mit einem gekoppelten Widerstand realisiert sein. Dabei werden die Einschaltschwelle und die Ausschaltschwelle des Schmitt-Triggers 3 durch geeignete Dimensionierung der Widerstände des Schmitt-Triggers 3 eingestellt.
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Der Abschaltschwellwert ist dabei vorteilhafterweise derart festgelegt, dass dieser oberhalb der für den Betrieb des Batteriemanagementsystems 1 in dem Betriebszustand minimal erforderlichen Betriebsspannung liegt.
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Beträgt die Betriebsspannung beispielsweise 12,0 V, wobei die für den Betrieb des Batteriemanagementsystems 1 minimal erforderliche Betriebsspannung beispielsweise 11,2 V beträgt, so kann der Abschaltschwellwert insbesondere 11,3 V betragen. Der Einschaltschwellwert kann dann beispielsweise bei 11,5 V betragen. Ausgehend von dem Abschaltschwellwert sollte der Einschaltschwellwert aber vorrangig derart festgelegt werden, dass durch der Spannungswert der Differenz zwischen dem Einschaltschwellwert und dem Abschaltschwellwert den auftretende Spannungsabfall beim Einschalten des Batteriemanagementsystems 1 kompensiert, sodass Unterspannungsresets nicht in kurzen zeitlicher Aufeinanderfolge auftreten können.
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Als Eingangsgröße 4 des Schmitt-Triggers 3 liegt die Betriebsspannung 2 an dem Schmitt-Trigger 3 an. Die Ausgangsgröße 5 des Schmitt-Triggers 3 steuert das Schaltelement 6 des Batteriemanagementsystems 1. Das Schaltelement 6 kann dabei insbesondere ein Relais, ein steuerbarer DC/DC Wandler oder ein Halbleiter-Leistungsschalter sein.
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Sinkt nun die Betriebsspannung 2 unter den durch den Schmitt-Trigger 3 festgelegten Abschaltschwellwert, beispielsweise weil die Batterie 8 schwächer wird, so ändert sich die Ausgangsgröße 5 des Schmitt-Triggers 3, wodurch das Schaltelement 6 geöffnet wird. Hierdurch wird der funktionale Block 7 des Batteriemanagementsystems 1 von der Betriebsspannung 2 getrennt. Das Batteriemanagementsystem 1 wechselt von dem Betriebszustand in den Ruhezustand.
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Steigt die Betriebsspannung 2 wieder über den Einschaltschwellwert an, so ändert sich wiederum die Ausgangsgröße 5 des Schmitt-Triggers 3. Durch diese Änderung der Ausgangsgröße 5 wird das Schaltelement 6 wieder geschlossen. Das Batteriemanagementsystem 1 wechselt von dem Ruhezustand in den Betriebszustand.
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Ist, wie gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Schaltelement 6 ein Relais, welches im Betriebszustand des Batteriemanagementsystems 1 durch einen Strom in einer Magnetspule geschlossen gehalten wird, so ist insbesondere vorgesehen, dass der Schmitt-Trigger 3 ein nicht-invertierender Schmitt-Trigger ist, wobei als Ausgangsgröße 5 eine Ausgangsspannung größer Null für einen Stromfluss durch die Magnetspule sorgt. Sinkt die Betriebsspannung 2 unter den Abschaltschwellwert und somit unter die Ausschaltschwelle des Schmitt-Triggers 3, so schaltet der Schmitt-Trigger 3 um. Als Ausgangsgröße 5 liefert der Schmitt-Trigger 3 dann eine Ausgangsspannung von 0 V. Somit fließt kein Strom mehr durch die Magnetspule des Relais, wodurch das Relais öffnet. Das heißt das Batteriemanagementsystem 1 fährt herunter und die internen Verbraucher, insbesondere die in dem funktionellen Block 7 befindlichen Verbraucher, werden abgeschaltet, es findet also ein Unterspannungsreset statt. Das Batteriemanagementsystem 1 wechselt von dem Betriebszustand in den Ruhezustand.
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Steigt die Betriebsspannung 2 und somit die Eingangsgröße 4 des Schmitt-Triggers 3 wieder über den Einschaltschwellwert, also die Einschaltschwelle des Schmitt-Triggers 3, an, so nimmt die Ausgangsgröße 5 des Schmitt-Triggers 3 wieder einen Spannungswert größer Null an, das heißt es fließt wieder ein Strom durch die Magnetspule des Relais, wodurch das Relais geschlossen wird. Das Batteriemanagementsystem wechselt wieder von dem Ruhezustand in den Betriebszustand. Dadurch, dass der Einschaltschwellwert oberhalb des Abschaltschwellwertes liegt, und zwar derart, dass durch die Differenz zwischen Einschaltschwellwert und Abschaltschwellwert der auftretende Spannungsabfall beim Einschalten des Batteriemanagementsystems 1 kompensiert wird, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Betriebsspannung 2 in Folge des Wechsels des Batteriemanagementsystems 1 von dem Ruhezustand in den Betriebszustand nicht unmittelbar wieder unter den Abschaltschwellwert sinkt. Kontinuierliche in kurzen zeitlichen Abständen aufeinanderfolgende Unterspannungsresets werden somit vorteilhafterweise verhindert, wodurch das Batteriemanagementsystem vorteilhafterweise verbessert vor Schäden geschützt ist.
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Das in 1 dargestellte und im Zusammenhang mit 1 erläuterte Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009000099 U1 [0009]
- DE 102007025194 A1 [0009]
- DE 102009045526 A1 [0009]
