DE102014214996A1 - Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (1) mit mehreren Batteriezellen (8) und einem Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung der Batteriezellen (8), wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) aufweist, sowie eine erste Messkette (34) und eine zweite Messkette (36) mit jeweils mehreren Messchips (40, 42), die zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen (8) und jeweils zur Durchführung von Diagnosen und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen (8) eingerichtet sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Batteriesystem (1) einen Kontrollkanal aufweist, über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten (34, 36) festgelegt wird, wobei im Falle des Ausfalls einer der Messketten (34, 36) das Batteriesystem (1) in einen Modus reduzierter Verfügbarkeit überführt wird und der Hierarchiezustand eingestellt wird, dass die anderen Messkette die Erfassung der Messdaten, die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt. Es werden außerdem ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie ein Batteriesystem (1) und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer Batterie (16) verbunden ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen.
  • Weiterhin werden ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden ein Batteriesystem und ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei eine Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  • Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt. Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte und Steuergeräte für das ABS oder den Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist ein heutiger Forschungsschwerpunkt die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriepacks mit zugehörigen Batteriemanagementsystemen, d. h. Steuergeräten, welche mit einer Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet sind. Batteriemanagementsysteme gewährleisten unter anderem die sichere und zuverlässige Funktion der eingesetzten Batteriezellen und Batteriepacks. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und weitere Größen für einzelne Zellen und/oder den ganzen Batteriepack. Mit Hilfe dieser Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des Batteriesystems steigern.
  • Es gibt verschiedene Architekturen, um die typischerweise zu Modulen gruppierten Batteriezellen messtechnisch zu erfassen.
  • Eine Möglichkeit besteht darin, jedes Batteriemodul mit einem Sensorsteuergerät zu versehen, welches mit einem Hauptsteuergerät beispielsweise über einen CAN-Bus (CAN, controller area network) oder SPI-Bus (SPI, serial periphereal interface) kommuniziert. Diese im Folgenden als Messchips bezeichneten Sensorsteuergeräte messen zyklisch Messwerte wie Spannungen der einzelnen Batteriezellen und Temperaturen. Die Messwerte werden zyklisch an das Hauptsteuergerät kommuniziert.
  • Aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, dass die Messdaten gegen Störungen und Ausfall abgesichert sind. Eine Möglichkeit besteht darin, die Daten redundant zu erfassen und gegeneinander zu plausibilisieren.
  • US 2011/0254502 zeigt ein fehlertolerantes Batteriemanagementsystem mit Anwendungen bei Elektrofahrzeugen. In dem beschriebenen System sind die Leiterbahnen in unterschiedlichen Fehlerdomänen angeordnet, so dass Schaltungen, die der Steuerung, Überwachung und dem Balancing zugeordnet sind, isoliert sind von Schaltungen, die Echtzeittests zugeordnet sind.
  • Aus der WO 2013/118738 ist ein elektronisches Speichermodul mit einer Vielzahl von Batterien bekannt, wobei ein primärer Überwachungsschaltkreis eingerichtet ist, den Betriebszustand der Vielzahl von Batterien zu erfassen. Eine Mikrokontrollereinheit ist über einen primären Kommunikationskanal mit dem primären Überwachungsschaltkreis verbunden und ein sekundärer Überwachungsschaltkreis ist über einen sekundären Kommunikationskanal mit der Mikrokontrollereinheit verbunden. Der sekundäre Überwachungsschaltkreis ist eingerichtet, den Betriebszustand der Vielzahl von Batterien zu erfassen, wenn eine Unregelmäßigkeit im primären Kommunikationskanal oder eine Unregelmäßigkeit im Betriebszustand des primären Überwachungsschaltkreises bestimmt wurde.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems mit mehreren Batteriezellen und einem Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung der Batteriezellen, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät, eine erste Messkette und eine zweite Messkette mit jeweils mehreren Messchips aufweist, welche zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen und jeweils zur Durchführung von Diagnosen an den Batteriezellen und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen eingerichtet sind, ist vorgesehen, dass das Batteriesystem einen Kontrollkanal aufweist, über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten festgelegt wird, wobei im Falle des Ausfalls einer der Messketten das Batteriesystem in einen Modus reduzierter Verfügbarkeit überführt wird und über den Kontrollkanal der Hierarchiezustand eingestellt wird, dass die andere Messkette die Erfassung der Messdaten, die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt.
  • Solange beide Messketten fehlerfrei und normal funktionieren, d. h. solange keine der Messketten ausfällt, sind die Sicherheitsziele des Batteriemanagementsystems erfüllt. Das Batteriemanagementsystem führt redundante Messungen über beide Messketten durch, wobei die Messdaten, beispielsweise Zellspannungen, Ströme und Temperaturen, miteinander plausibilisiert werden. Hierbei wird beispielsweise überprüft, ob die Messwerte beider Messketten im Rahmen üblicher Fehlertoleranzen gleich groß sind. Wird dagegen erkannt, dass eine Messkette teilweise oder komplett ausfällt, was beispielsweise bei einem Durchtrennen der Datenleitung an einem beliebigen Punkt der Kette der Fall ist, dann wird bevorzugt folgendermaßen vorgegangen:
    Beim Ausfall der zweiten Messkette kann keine Plausibilisierung der Daten beider Messketten mehr durchgeführt werden. Es wird davon ausgegangen, dass die erste Messkette korrekte Daten liefert. Allerdings wird das Batteriemanagementsystem in den Modus reduzierter Verfügbarkeit gebracht. Die Funktionen des Ladungszustandsausgleichs (Cell Balancing), Zelldiagnose usw. erfolgen weiterhin unverändert und werden über die erste Messkette koordiniert.
  • Im Falle des Ausfalls der ersten Messkette kann ebenfalls keine Plausibilisierung der Messdaten beider Messketten mehr durchgeführt werden. Wie beim Ausfall der zweiten Messkette wird das Batteriemanagementsystem in den Modus reduzierter Verfügbarkeit gebracht. Die zweite Messkette übernimmt die Aufgaben Ladungszustandsausgleich und Diagnose.
  • Der Modus reduzierter Verfügbarkeit kann ein sogenannter Limp-Home-Modus sein, in dem die Leistung des Batteriesystems eingeschränkt ist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass im Modus reduzierter Verfügbarkeit dem Fahrer angezeigt oder anderweitig vermittelt wird, dass der Besuch einer Werkstatt notwendig ist.
  • Die Art der möglichen Dienste, insbesondere Diagnosedienste, wird durch die verwendeten Messchips vorgegeben. Bevorzugt sind die Messchips eingerichtet, eine Leitungsbruchdiagnose und/oder eine Leckstromdiagnose durchzuführen. Bei der Leitungsbruchdiagnose wird durch in den Messchips verbaute Schaltungen die Verbindung zwischen der Batteriezelle und dem Messchip auf einen Leitungsbruch getestet. Hierdurch sind Leitungsbrüche diagnostizierbar. Bei der Leckstromerkennung wird durch die in den Messchips verbauten Schaltungen die Verbindung zwischen der Batteriezelle und den Messchips auf Leckströme untersucht. Derartige Schaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weitere Diagnosen sind denkbar, beispielsweise eine Messung von Referenzspannungen, mittels welcher die Genauigkeit der Messchips verifiziert werden kann.
  • Die Messchips einer Messkette und das Hauptsteuergerät werden beispielsweise in einer Daisy-Chain in Serie zu einem Bus-System miteinander verbunden. Besonders bevorzugt werden beide Messketten über jeweils eine Daisy-Chain zu einem Bus-System seriell verbunden. Die Messdaten werden vom Hauptsteuergerät über das Bus-System, beispielsweise als ein SPI-Kommunikationsbus ausgestaltet, erfasst und verarbeitet.
  • Bevorzugt erfolgt der Ladungszustandsausgleich durch Zuschaltung von Widerständen. Durch Zuschaltung von Widerständen werden definierte Batteriezellen gezielt entladen, um einen ausgeglichenen Ladungszustand aller Batteriezellen zu erreichen. Im Stand der Technik ist dieses Verfahren als resistiver Ladungszustandsausgleich bekannt.
  • Die Realisierung des Kontrollkanals ist mit beliebigen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren implementierbar. Bevorzugt weist der der Kontrollkanal zwei Kontrollleitungen auf, welche mit einem Hauptsteuerausgang des Hauptsteuergeräts verknüpft sind.
  • Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zum Starten eines Batteriemanagementsystems handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher wie einer CD-ROM, Blu-ray-Disc, DVD, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielweise über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
  • Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt, wobei das Batteriemanagementsystem bei einer Batterie mit mehreren Batteriezellen eingesetzt wird, wobei die Batteriezellen insbesondere zu Batteriemodulen verschaltet sein können. Das Batteriemanagementsystem weist ein Hauptsteuergerät und zwei Messketten mit jeweils mehreren Messchips auf, wobei die Messchips zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen und jeweils zur Durchführung von Diagnosen und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen ausgebildet und eingerichtet sind. Das Batteriemanagementsystem weist außerdem einen Kontrollkanal auf, über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten festlegbar ist, so dass im Fall des Ausfalls einer der Messketten das Batteriesystem in einen Modus reduzierter Verfügbarkeit überführbar ist und über die Kontrollleitung ein Hierarchiezustand einstellbar ist, dass die andere Messkette die Erfassung der Messdaten die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt.
  • Bevorzugt ist das Batteriemanagementsystem zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für das Batteriemanagementsystem und umgekehrt die im Rahmen des Batteriemanagementsystems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.
  • Die Einheiten des Batteriemanagementsystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Einheiten des Batteriemanagementsystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software auf einem Steuergerät implementiert sind. Die Einheiten des Batteriemanagementsystems können auch in Hardware-Bausteinen implementiert sein, beispielsweise durch Sensoreinheiten, Speichereinheiten, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASIC, Application Specific Circuit) oder Microcontroller.
  • Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriesystem mit einer Batterie, welche mehrere Batteriezellen umfasst, und einem derartigen Batteriemanagementsystem bereitgestellt. Die Batterie kann insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine Nickel-Metallhydrid-Batterie sein und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar sein.
  • Die Begriffe "Batterie" und "Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst eine oder mehrere Batterieeinheiten, womit eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, ein Modulstrang oder ein Batteriepack bezeichnet sein kann. In der Batterie sind die Batteriezellen vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen verschaltet. Mehrere Module können sogenannte Batteriedirektkonverter (BDC, Battery Direct Converter) bilden und mehrere Batteriedirektkonverter einen Batteriedirektinverter (BDI, Battery Direct Inverter).
  • Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie des Batteriesystems mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Kraftfahrzeug kann als reines Elektrofahrzeug ausgestaltet sein und ausschließlich ein elektrisches Antriebssystem umfassen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das ein elektrisches Antriebssystem und einen Verbrennungsmotor umfasst. In einigen Varianten kann vorgesehen sein, dass die Batterie des Hybridfahrzeugs intern über einen Generator mit überschüssiger Energie des Verbrennungsmotors geladen werden kann. Extern aufladbare Hybridfahrzeuge (PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle) sehen zusätzlich die Möglichkeit vor, die Batterie über das externe Stromnetz aufzuladen. Bei derart ausgestalteten Kraftfahrzeugen umfasst der Fahrzyklus einen Fahrbetrieb und/oder einen Ladebetrieb als Betriebsphasen, in denen Betriebsparameter erfasst werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das vorgestellte Verfahren beschreibt eine redundante Auslegung von Messketten zur Erhöhung der Sicherheit in einem Batteriesystem.
  • Vorteilhaft kann das Verfahren durch wenige komplexe und günstige Messchips, sogenannte Sensor-Front-Ends, realisiert werden, so dass nur geringe Mehrkosten entstehen.
  • Zusätzlich wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem die Robustheit des Batteriemanagementsystems erhöht wird, da bei einem Ausfall einer der Messketten die übrig bleibende Messkette die Managementfunktionen zugewiesen bekommt. So kann beim Ausfall einer der Messketten ein eingeschränkter Betrieb der Batterie zugelassen werden, so dass eine ausgefallene Messkette nicht zu einem Ausfall von Messungen und zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs führt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Ladungszustandsausgleichssystems gemäß dem Stand der Technik,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Ladungszustandsausgleichssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Das Batteriesystem 1' in 1 umfasst ein Hauptsteuergerät 2', welches auch als BCU (Battery Control Unit) bezeichnet werden kann und eine Batterie 16' mit einer Anzahl von Batteriemodulen 4', welche jeweils eigene Messchips 6' aufweisen. Das Hauptsteuergerät 2' implementiert Funktionen zum Steuern und Überwachen der Batterie 16'.
  • Jedem Batteriemodul 4' sind hier beispielhaft sechs Batteriezellen 8' zugeordnet, wobei diese in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet sein können, um geforderte Leistungs- und Energiedaten mit der Batterie 16' zu erzielen. Die Batterie 16' stellt die elektrische Energie an Batterieterminalen 20' bereit, beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeugs.
  • Die Kommunikation zwischen dem Hauptsteuergerät 2' und den Messchips 6' erfolgt über einen Kommunikationskanal 14' und geeignete Schnittstellen 10', 12'.
  • Die Messchips 6' steuern typischerweise Zellüberwachungseinheiten oder Modulüberwachungseinheiten (beides nicht dargestellt), welche kontinuierlich, mit definierten Abtastraten, Betriebsparameter wie Spannungen, Stromstärken oder Temperaturen einzelner Batteriezellen 8‘ oder einzelner Batteriemodule 4' als Messwerte erfassen und die erfassten Messwerte den Messchips 6' bereitstellen. Die Messchips 6' sind über Messleitungen 18' mit den Batteriezellen 8' verbunden.
  • 2 zeigt eine Detailansicht des Batteriesystems 1' gemäß dem Stand der Technik, wobei ein Batteriemodul 4' und ein zugehöriger Messchip 6' dargestellt sind. Das Batteriemodul 4' umfasst sechs Batteriezellen 8', deren Zellterminale 24' über Zellverbinder 22' miteinander in Reihe geschaltet sind. Die sechs Batteriezellen 8‘ sind durchnummeriert.
  • Der Messchip 6' greift über Messeingänge 26', welchen die Messleitungen 18' zugeführt sind, Messwerte ab, beispielsweise die Spannungen an den einzelnen Batteriezellen 8'. Der Messchip 6' weist weiterhin Steuerausgänge 28' auf, über welche Schaltelemente 30' gesteuert werden, die Widerstände 32', welche auch als Balancing-Widerstände bezeichnet werden, bezüglich einzelner Batteriezellen 8' schalten können, so dass ein Ladungszustandsausgleich erreicht werden kann.
  • In 2 ist dies stark vereinfacht dargestellt, jedoch ist diese Technik dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Andere Dienste wie Leitungsbrucherkennung werden ebenfalls über die Steuerausgänge 28' des Messchips 6' angesteuert, wobei dies ebenfalls bereits bekannt ist.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 mit einem Hauptsteuergerät 2 und mehreren Batteriezellen 8, welche zu drei Batteriemodulen 4 zusammengeschaltet sind, um an den Batterieterminalen 20 die benötigte Energie bereitzustellen. Die einzelnen Batteriezellen 8 sind beispielsweise Lithium-Ionenzellen mit einem Spannungsbereich von 2,8 bis 4,2 Volt. Das Batteriesystem 1 umfasst neben einer Batterie 16 mit den Batteriemodulen 4 und den Batteriezellen 8 ein Batteriemanagementsystem, welches das Hauptsteuergerät 2, eine erste Messkette 34 mit Messchips 40 erster Art und eine zweite Messkette 36 mit Messchips 42 zweiter Art umfasst.
  • Die Messchips 40, 42 erster und zweiter Art, welche auch als CSC (Cell supervision circuit) bezeichnet werden können, sind beispielsweise gleich oder unterschiedlich aufgebaut. Die Messchips 40, 42 erster und zweiter Art sind über Messleitungen 18 mit den einzelnen Batteriezellen 8 verbunden, wobei die Messleitungen 18 ausgehend von jeder Batteriezelle 8 an Verzweigungen 38 verzweigt werden, damit jedes Signal einerseits einem Messchip erster Art 40 und andererseits einem Messchip zweiter Art 42 zugeführt wird.
  • Die Messchips 40, 42 erster und zweiter Art sind über geeignete Schnittstellen 10, 12 und Kommunikationskanäle 14 untereinander und außerdem jeweils mittelbar oder unmittelbar mit dem Hauptsteuergerät 2 verbunden, wobei die Kommunikationskanäle 14 beispielsweise als SPI-Bus oder als CAN-Bus ausgestaltet sein können. Die Kommunikationskanäle 14 können dabei gleichartig oder unterschiedlich sein.
  • Über die Messketten 34, 36 erfolgt eine redundante Erfassung von Betriebsparametern, insbesondere von Spannungen, Strömen und Temperaturen, der Batteriezellen 8 bzw. Batteriemodule 4 und außerdem eine Diagnose und ein Ladungszustandsausgleich, wie im Folgenden mit Bezug zu 4 näher beschrieben wird. Hierdurch sind die Systemaufgaben des Batteriemanagementsystems beim Ausfall einer Messkette 34, 36 unverändert durchführbar, was das Batteriesystem 1 sicher und robust macht.
  • 4 zeigt ein Detail des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 mit einer Batteriezelle 8 (mit einer beispielhaften Nummer 1 darauf), deren Zellspannung über die Zellterminale 24, Messleitungen 18, Verzweigungen 38 und Messeingängen 26 einem Messchip 40 erster Art und einem Messchip 42 zweiter Art. zugeführt wird. Die Messchips 40, 42 erster und zweiter Art weisen Steuerausgänge 28 auf, über welche jeweils ein Schaltelement 30 angesteuert werden kann, um einen Widerstand 32 zu schalten, der die Batteriezelle 8 gezielt entlädt. Anstelle einer vollständig doppelten Beschaltung der ersten und zweiten Messkette 34, 36 zur Ausführung der redundanten Messwerterfassung, zur Bereitstellung des Ladungszustandsausgleichs und der Zelldiagnose auch im Falle des Ausfalls einer der Messketten 34, 36 ist der Kontrollkanal 44 vorgesehen, welcher mittels einer ersten Kontrollleitung 46 und einer zweiten Kontrollleitung 48 ausgeführt ist und über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten 40, 42 festlegbar ist. Über den Kontrollkanal 44 ist einstellbar, das jeweils die andere Messkette 40, 42 die Erfassung der Messdaten, die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt, wenn eine der Messketten 40, 42 ausgefallen ist.
  • Zu diesem Zweck sind in den Kontrollleitungen 46, 48 Zustandsverknüpfer 50, 52 vorgesehen. Pro Messkette 40, 42 ist ein erster Zustandsverknüpfer 50 als eine Und-Verknüpfung vorgesehen. Die ersten Zustandsverknüpfer 50 verbinden die Steuerausgänge 28 der Messchips 40, 42 mit einem Hauptsteuerausgang 54 des Hauptsteuergerät 2. Außerdem ist ein zweiter Zustandsverknüpfer 52 als eine Oder-Verknüpfung vorgesehen. Der zweite Zustandsverknüpfer 52 verbindet die Ausgänge der ersten Zustandsverknüpfer 50 mit dem Schaltelement 30.
  • Im Normalfall wird vom Hauptsteuergerät 2 das Signal "erste Messkette 34 aktiv" auf "1" und das Signal "zweite Messkette 36 aktiv" auf "0" gesetzt. Hierdurch werden die Signale der ersten Messkette 34 übernommen, da der erste Zustandsverknüpfer 50 die "1" des Hauptsteuergeräts 2 mit dem Signal des Steuerausgangs 28 des Messchips 40 erster Art kombiniert. Die Signale der zweiten Messkette 36 werden ignoriert, da der erste Zustandsverknüpfer 50 die "0" des Hauptsteuergeräts 2 mit dem Signal des Steuerausgangs 28 des Messchips 42 zweiter Art miteinander verknüpft.
  • Über den zweiten Zustandsverknüpfer 52, die Oder-Verbindung, wird erreicht, dass der Ladungszustandsausgleich von sowohl der ersten Messkette 34 als auch von der zweiten Messkette 36 durchgeführt werden kann.
  • Sollte die erste Messkette 34 ausfallen oder fehlerhaft arbeiten, werden die Signale "erste Messkette 34 aktiv" auf "0" und das Signal "zweite Messkette 36 aktiv" vom Hauptsteuergerät 2 auf "1" gesetzt. Alle Signale der ersten Messkette 34 werden entsprechend ignoriert, insbesondere auch fehlerhaft generierte Signale der defekten ersten Messkette 34.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • 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
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    • WO 2013/118738 [0008]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (1) mit mehreren Batteriezellen (8) und einem Batteriemanagementsystem zur Überwachung und Steuerung der Batteriezellen (8), wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) aufweist, sowie eine erste Messkette (34) und eine zweite Messkette (36) mit jeweils mehreren Messchips (40, 42), die zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen (8) und jeweils zur Durchführung von Diagnosen an den Batteriezellen (8) und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen (8) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (1) einen Kontrollkanal (44) aufweist, über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten (34, 36) festgelegt wird, wobei im Falle des Ausfalls einer der Messketten (34, 36) das Batteriesystem (1) in einen Modus reduzierter Verfügbarkeit überführt wird und über den Kontrollkanal (44) der Hierarchiezustand eingestellt wird, dass die andere Messkette (34, 36) die Erfassung der Messdaten, die Diagnosen und den Ladungszustandsausgleich durchführt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messdaten im Falle normaler Funktion der Messketten (34, 36) miteinander plausibilisiert werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosen eine Leitungsbruchdiagnose und/oder eine Leckstromdiagnose umfassen.
  4. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messchips (40, 42) mit dem Hauptsteuergerät (2) in einer Daisy-Chain verbunden sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungszustandsausgleich durch eine Zuschaltung von Widerständen (32) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontrollkanal (44) zwei Kontrollleitungen (46, 48) aufweist, welche mit einem Hauptsteuerausgang (54) des Hauptsteuergeräts (2) verknüpft sind.
  7. Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
  8. Batteriemanagementsystem einer Batterie (16) mit mehreren Batteriezellen (8) zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Batteriemanagementsystem ein Hauptsteuergerät (2) und zwei Messketten (34, 36) aufweist, wobei die Messketten (34, 36) jeweils mehrere Messchips (40, 42) aufweisen, die zur redundanten Erfassung von Messdaten an den Batteriezellen (8) und jeweils zur Durchführung von Diagnosen und eines Ladungszustandsausgleichs der Batteriezellen (8) ausgebildet und eingerichtet sind, und mit einem Kontrollkanal (44), über den ein Hierarchiezustand der beiden Messketten (34, 36) festlegbar ist.
  9. Batteriesystem (1) mit einer Batterie (16) und einem Batteriemanagementsystem nach Anspruch 8, wobei die Batterie (16) mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem (1) nach Anspruch 9, wobei die Batterie (16) mit dem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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