DE102016012849A1 - Battery for connection to an electrical system of an electrically driven motor vehicle - Google Patents

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Andreas Maier
Armin Stähle
Thomas Spaeth
John Kopietzki
Matthias Knott
Benjamin Schimpf
Nils Habedank
Alexander Weiss
Steffen Zawierucha
Stefan Weitbrecht
Tobias Kut
Charles Daniel Filipp
Hassan Kablaoui
Matthias Gossen
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (10) zum Anschließen an eine elektrische Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Batterieanschlusspolen (12) und einer Mehrzahl von Batteriezellen (14), die miteinander elektrisch verbunden und an die Batterieanschlusspole (12) angeschlossen sind, um an den Batterieanschlusspolen (12) eine vorgegebene Batteriespannung bereitzustellen, mit den Batteriezellen (14) zugeordneten Zellensensoren (18) zum Überwachen wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezellen (14) und einer an die Zellensensoren (18) angeschlossenen Batterieüberwachungseinheit (20), wobei einen getakteten Energiewandler (22) zum ausschließlichen Versorgen der Batterieüberwachungseinheit (20) mit elektrischer Energie aus den Batteriezellen (14), zu welchem Zweck der getaktete Energiewandler (22) an die Energieanschlusspole (12) und an die Batterieüberwachungseinheit (20) angeschlossen ist.The invention relates to a battery (10) for connection to an electrical system of an electrically driven motor vehicle, comprising at least two battery terminal poles (12) and a plurality of battery cells (14) electrically connected to each other and connected to the battery terminal poles (12) at the battery terminal poles (12) provide a predetermined battery voltage, with the battery cells (14) associated with cell sensors (18) for monitoring at least one state variable of the battery cells (14) and to the cell sensors (18) battery monitoring unit (20), wherein a clocked energy converter (22) for exclusively supplying the battery monitoring unit (20) with electrical energy from the battery cells (14), for which purpose the clocked power converter (22) is connected to the power connection poles (12) and to the battery monitoring unit (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie zum Anschließen an eine elektrische Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Batterieanschlusspolen und einer Mehrzahl von Batteriezellen, die elektrisch verbunden und an die Batterieanschlusspole angeschlossen sind, um an den Batterieanschlusspolen eine vorgegebene Batteriespannung bereitzustellen, mit den Batteriezellen zugeordneten Zellensensoren zum Überwachen wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezellen und einer an die Zellensensoren angeschlossenen Batterieüberwachungseinheit.The invention relates to a battery for connection to an electrical system of an electrically driven motor vehicle, having at least two battery terminal poles and a plurality of battery cells, which are electrically connected and connected to the battery terminal poles to provide a predetermined battery voltage at the battery terminal poles, associated with the battery cells cell sensors for monitoring at least one state variable of the battery cells and a battery monitoring unit connected to the cell sensors.

Eine Batterie der gattungsgemäßen Art dient in der Regel dazu, elektrische Energie reversibel zu speichern. Deshalb wird eine solche Batterie in der Regel auch als Akkumulator bezeichnet. Zum Zwecke des reversiblen Speicherns von elektrischer Energie umfasst die Batterie mehrere Batteriezellen, die als galvanische Zellen ausgebildet sind und elektrische Energie chemisch zu speichern vermögen. Zu diesem Zweck weist die Batteriezelle in der Regel zwei Elektroden auf, die elektrochemisch miteinander in Verbindung stehen, beispielsweise über einen Elektrolyten, der mit den Elektroden wechselwirkt. An den Elektroden stellt sich dann eine elektrische Gleichspannung ein, die sich im Wesentlichen aufgrund der Elektrochemie ergibt. Die Gleichspannung, die sich zwischen den Elektroden einer einzelnen Batteriezelle einstellt, beträgt üblicherweise wenige Volt, beispielsweise 1,2 Volt bis 4,5 Volt, abhängig von der Zellchemie.A battery of the generic type is usually used to store electrical energy reversible. Therefore, such a battery is usually referred to as an accumulator. For the purpose of the reversible storage of electrical energy, the battery comprises a plurality of battery cells, which are formed as galvanic cells and capable of storing electrical energy chemically. For this purpose, the battery cell generally has two electrodes which are electrochemically connected to each other, for example via an electrolyte which interacts with the electrodes. At the electrodes then sets a DC electrical voltage, which results mainly due to the electrochemistry. The DC voltage that occurs between the electrodes of a single battery cell is usually a few volts, for example, 1.2 volts to 4.5 volts, depending on the cell chemistry.

Batterien der gattungsgemäßen Art sollen jedoch häufig hohe Gleichspannungen bereitstellen, beispielsweise für den Einsatz bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen eine Gleichspannung im Bereich von mehreren 100 Volt, beispielsweise etwa 400 Volt oder mehr, insbesondere etwa 800 Volt. Daraus ergibt sich, dass zur Realisierung solcher Gleichspannungen durch eine Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet werden müssen. Je nach Energie- beziehungsweise Leistungsbedarf kann ergänzend auch noch eine Parallelschaltung von Batteriezellen erforderlich sein.Batteries of the generic type, however, are often intended to provide high DC voltages, for example, for use in electrically driven vehicles a DC voltage in the range of several 100 volts, for example about 400 volts or more, in particular about 800 volts. It follows that to realize such DC voltages by a battery, a plurality of battery cells must be electrically connected in series. Depending on the energy and power requirements, a parallel connection of battery cells may additionally be required.

Hieraus ergeben sich besondere Anforderungen, insbesondere aus konstruktiver Sicht und aus Sicht der elektrischen Sicherheit, die bei derartigen Batterien, auch Hochvoltbatterien genannt, zu beachten sind. Aufgrund dieser Anforderungen ist es mittlerweile üblich, die Batterie nach Art einer Modulbauweise zu konstruieren. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass Batteriemodule gebildet werden, die eine Mehrzahl von galvanischen Zellen mechanisch und elektrisch zusammenfassen, so dass eine einzeln handhabbare Baueinheit bereitgestellt wird. Das Batteriemodul kann bezüglich seiner Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf seine elektrischen Eigenschaften, als eigenständige Baugruppe geprüft werden. Die Batterie wird dann aus einer entsprechenden Mehrzahl solcher Batteriemodule zusammengefügt, beispielsweise indem die Batteriemodule in vorgebbarer Weise mechanisch und/oder elektrisch miteinander, vorzugsweise zu einer Baueinheit, verbunden werden, beispielsweise indem sie in ein Batteriegehäuse der Batterie entsprechend angeordnet werden. Auch die Batteriemodule können eigene Gehäuse aufweisen, in denen die Batteriezellen angeordnet sind. Die Gehäuse können jedoch auch lediglich aus einem Rahmen bestehen, der bezüglich der Batterie die jeweiligen Batteriemodule fixiert beziehungsweise bezüglich des Batteriemoduls die jeweiligen Batteriezellen fixiert.This results in special requirements, especially from a design point of view and from the point of view of electrical safety, which are mentioned in such batteries, including high-voltage batteries. Due to these requirements, it is now common to construct the battery in the manner of a modular design. For this purpose it can be provided that battery modules are formed, which mechanically and electrically summarize a plurality of galvanic cells, so that an individually manageable unit is provided. The battery module can be tested in terms of its properties, in particular with respect to its electrical properties, as a separate assembly. The battery is then assembled from a corresponding plurality of such battery modules, for example by the battery modules in a predeterminable manner mechanically and / or electrically connected to each other, preferably to a unit, for example by being arranged in a battery housing of the battery accordingly. The battery modules may also have their own housing in which the battery cells are arranged. However, the housing can also consist only of a frame which fixes the respective battery modules with respect to the battery or fixes the respective battery cells with respect to the battery module.

Zu diesem Zweck kann das Batteriemodul zwei Modulanschlusspole aufweisen, die batteriemodulseitig an die Batteriezellen elektrisch angeschlossen sind. Die Modulanschlusspole sind wiederum innerhalb der Batterie an die Batterieanschlusspole angeschlossen, so dass an den Batterieanschlusspolen die gewünschte Gleichspannung der Batterie bereitgestellt wird. Infolgedessen ist in der Regel die Gleichspannung an den Batterieanschlusspolen größer als die Gleichspannung an Modulanschlusspolen, welche wiederum in der Regel größer ist, als die Gleichspannung, die an den Elektroden der jeweiligen einzelnen Batteriezellen bereitgestellt wird. Liegt jeweils eine reine Parallelschaltung der Batteriezellen innerhalb eines Batteriemoduls beziehungsweise der Batteriemodule innerhalb der Batterie vor, sind die entsprechenden Gleichspannungen natürlich gleich groß.For this purpose, the battery module can have two module connection poles, which are electrically connected to the battery cells on the battery cells. The module connection poles are in turn connected to the battery connection poles within the battery so that the desired DC voltage of the battery is provided at the battery connection poles. As a result, the DC voltage at the battery terminal poles is generally greater than the DC voltage at module connection poles, which in turn is generally greater than the DC voltage provided at the electrodes of the respective individual battery cells. If in each case there is a pure parallel connection of the battery cells within a battery module or the battery modules within the battery, the corresponding DC voltages are of course the same size.

Bei einer derartigen Batteriekonstruktion ist es natürlich erforderlich, die Funktion der einzelnen Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule zu überwachen, so dass gefährliche Zustände und auch ungleichmäßige Alterung der Batteriezellen erkannt werden kann. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule gesteuert werden können, so dass sie vorgegebene Zellenzustände beziehungsweise Modulzustände einnehmen können. Zu diesem Zweck umfasst die Batterie in der Regel eine Batterieüberwachungseinheit, die häufig in die Batterie, insbesondere ein Gehäuse der Batterie integriert ist. Natürlich kann die Batterieüberwachungseinheit auch als separate Einheit ausgebildet sein oder auch von einer Kraftfahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs umfasst sein. Mittels der Batterieüberwachungseinheit kann beispielsweise auch eine Batterieanschlusspolabschalteinrichtung, beispielsweise in Form eines Schützes oder dergleichen, gesteuert werden.In such a battery construction, it is of course necessary to monitor the function of the individual battery cells or battery modules, so that dangerous conditions and uneven aging of the battery cells can be detected. In addition, it can be provided that battery cells or battery modules can be controlled so that they can assume predetermined cell states or module states. For this purpose, the battery usually comprises a battery monitoring unit, which is often integrated in the battery, in particular a housing of the battery. Of course, the battery monitoring unit may also be formed as a separate unit or be included by a motor vehicle control of the motor vehicle. By means of the battery monitoring unit, it is also possible, for example, to control a battery terminal pole switch-off device, for example in the form of a contactor or the like.

In der Regel ist es vorgesehen, dass die Batterieüberwachungseinrichtung sowie auch Zellensensoren und/oder dergleichen für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb mit elektrischer Energie aus einer Niedervoltenergiequelle des Kraftfahrzeugs versorgt werden, die beispielsweise eine Betriebsgleichspannung von 12 Volt, 24 Volt oder dergleichen aufweist. Aus diesem Grund ist es erforderlich, im Bereich der Hochvoltbatterie in Bezug auf die Zellensensoren, die Batterieüberwachungseinheit und dergleichen Maßnahmen in Bezug auf die elektrische Sicherheit und die elektromagnetische Verträglichkeit zu treffen. Zu diesem Zweck ist in der Regel vorgesehen, dass entsprechende elektrische Isolationen ausgebildet sind, die eine bestimmungsgemäße elektrische Isolation ermöglichen, wie es beispielsweise in der Normung, zum Beispiel der ECE R 100 vorgegeben ist. Darüber hinaus erfordert die Kommunikationsmöglichkeit mit der Batterieüberwachungseinheit einen erheblichen Aufwand, um eine zuverlässige Anbindung an kraftfahrzeugseitige Steuereinrichtungen zu ermöglichen. Üblicherweise erfolgt die Anbindung über ein Bussystem wie beispielsweise den CAN-BUS oder dergleichen. Auch hier sind entsprechende elektrische Sicherheitsmaßnahmen vorzusehen, die darüber hinaus aufgrund der Datenübertragung weitere Anforderungen erfüllen müssen.In general, it is provided that the battery monitoring device as well as cell sensors and / or the like for their intended operation with electrical energy from a low-voltage power source of the motor vehicle are supplied, for example, has a DC operating voltage of 12 volts, 24 volts or the like. For this reason, in the field of the high-voltage battery, it is necessary to take measures relating to the cell sensors, the battery monitoring unit, and the like in terms of electrical safety and electromagnetic compatibility. For this purpose, it is usually provided that corresponding electrical insulation is formed, which allow a proper electrical insulation, as for example in standardization, for example ECE R 100 is predetermined. In addition, the possibility of communication with the battery monitoring unit requires considerable effort in order to enable a reliable connection to motor vehicle-side control devices. Usually, the connection via a bus system such as the CAN-BUS or the like. Here, too, appropriate electrical safety measures must be provided, which, in addition, must fulfill further requirements due to the data transmission.

Die Batterie ist insgesamt Bestandteil einer elektrischen Anlage, wie sie beispielsweise durch die DE 10 2014 218 738 A1 offenbart ist. Diese beschreibt ein elektrisches System für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, bei dem unterschiedliche Anlagenteile über getaktete Energiewandler in entsprechender Weise miteinander elektrisch gekoppelt werden.The battery is a part of an electrical system, as for example by the DE 10 2014 218 738 A1 is disclosed. This describes an electrical system for an electrically driven motor vehicle, in which different parts of the system via clocked energy converters are electrically coupled in a corresponding manner.

Insgesamt erweist sich der Aufwand gerade in Bezug auf die Batterie als sehr hoch.Overall, the effort turns out to be very high in terms of the battery.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Batterie zu bessern.The invention is therefore based on the object to improve a generic battery.

Als Lösung schlägt die Erfindung eine Batterie gemäß Anspruch 1 vor.As a solution, the invention proposes a battery according to claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Aufwand für die elektrische Sicherheit und auch die Bedingungen für die elektromagnetische Verträglichkeit deutlich verbessert werden können, wenn ein Anschluss von hochvoltbatterieseitigen Einheiten an die Niedervoltseite vermieden werden kann. Mit der Erfindung ist dies möglich. Die Erfindung basiert darauf, dass sämtliche Komponenten, die für den Betrieb der Batterie erforderlich sind, auch von der Batterie selbst mit elektrischer Energie versorgt werden. Zu diesem Zweck ist der getaktete Energiewandler vorgesehen, der vorliegend als DC/DC-Wandler ausgebildet ist und vorzugsweise auch eine galvanische Trennung bereitzustellen vermag. Durch den getakteten Energiewandler ist es möglich, die elektrische Energie für den Betrieb der Zellensensoren sowie der Batterieüberwachungseinheit und gegebenenfalls auch weiterer Einheiten der Batterie vollständig aus der Batterie selbst, nämlich der in den Batteriezellen gespeicherten elektrischen Energie, zu speisen. Dadurch ist ein Anschluss an die Niedervoltseite vollständig entbehrlich, weshalb der Aufwand für die elektrische Sicherheit sowie auch Aufwand zur Herstellung einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit deutlich reduziert werden kann. Dadurch, dass kein niedervoltseitiges elektrisches Potential in der Batterie selbst mehr vorhanden zu sein braucht, sind auch etwaige Kopplungswege zum unerwünschten Überkoppeln von elektromagnetischen Störungen reduziert. Darüber hinaus ermöglicht es die Erfindung, die Batterieüberwachungseinheit autark zu betreiben, da sie keine separate Energieversorgung mehr benötigt. Insgesamt kann dadurch auch die Zuverlässigkeit der Batterie weiter verbessert werden, weil die Funktion der Batterieüberwachungseinheit nunmehr unabhängig vom Betriebszustand einer Niedervoltseite ist.The invention is based on the recognition that the cost of electrical safety and also the conditions for the electromagnetic compatibility can be significantly improved if a connection of high-voltage battery-side units can be avoided to the low-voltage side. This is possible with the invention. The invention is based on the fact that all the components that are required for the operation of the battery, are also supplied by the battery itself with electrical energy. For this purpose, the clocked energy converter is provided, which is designed in the present case as a DC / DC converter and preferably also able to provide a galvanic isolation. By the clocked energy converter, it is possible to feed the electrical energy for the operation of the cell sensors and the battery monitoring unit and optionally also other units of the battery completely from the battery itself, namely the electrical energy stored in the battery cells. As a result, a connection to the low-voltage side is completely unnecessary, which is why the cost of electrical safety and effort to produce a good electromagnetic compatibility can be significantly reduced. Due to the fact that no low-voltage side electrical potential needs to be present in the battery itself, any coupling paths for undesired overcoupling of electromagnetic interference are also reduced. In addition, the invention makes it possible to operate the battery monitoring unit autonomously, since it no longer requires a separate power supply. Overall, thereby the reliability of the battery can be further improved because the function of the battery monitoring unit is now independent of the operating state of a low-voltage side.

Die Batterieüberwachungseinheit, auch Batteriemanagementeinheit genannt, weist eine elektronische Schaltungseinheit auf, die der Verarbeitung der von den angeschlossenen Zellensensoren übermittelten Signale dient. Die Batterieüberwachungseinheit kann somit einen jeweiligen Zellenzustand erfassen und, wenn der Zellenzustand einen unerwünschten Wert einnimmt, eine entsprechende Meldung oder auch eine Gegenmaßnahme aktivieren. Zu diesem Zweck kann die elektronische Schaltung eine programmgesteuerte Rechnereinheit aufweisen, die mittels eines Rechnerprogramms in gewünschter Weise gesteuert werden kann. Die Batteriezellensensoren können über Einzelleitungen an die Batterieüberwachungseinheit angeschlossen sein. Darüber hinaus können die Zellensensoren natürlich auch über ein Bussystem, an dem vorzugsweise sämtliche Zellensensoren angeschlossen sind, an die Batterieüberwachungseinheit angeschlossen sein. Die Batterieüberwachungseinheit weist ferner eine Kommunikationsschnittstelle auf, über die sie mit einer kraftfahrzeugseitigen Steuerung oder auch anderweitigen Einheiten des Kraftfahrzeugs in Kommunikationsverbindung steht. Damit der Effekt der Erfindung nicht durch Anschließen der Kommunikationsschnittstelle, die beispielsweise als CAN-BUS ausgebildet sein kann, aufgehoben oder beeinträchtigt wird, weist die Kommunikationsschnittstelle vorzugsweise eine galvanische Trennung auf, die zum Beispiel mittels Opto-Kopplern realisiert sein kann. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine rein optische Schnittstelle vorgesehen, die vorzugsweise mittels einer Glasfaserleitung oder dergleichen angeschlossen werden kann. Dadurch ist zugleich auch eine gute elektrische Isolation und eine hohe Störfestigkeit und Störsicherheit gewährleistet.The battery monitoring unit, also called battery management unit, has an electronic circuit unit which serves to process the signals transmitted by the connected cell sensors. The battery monitoring unit can thus detect a respective cell state and, if the cell state assumes an undesirable value, activate a corresponding message or else a countermeasure. For this purpose, the electronic circuit can have a program-controlled computer unit which can be controlled in the desired manner by means of a computer program. The battery cell sensors can be connected via individual lines to the battery monitoring unit. In addition, the cell sensors can of course also be connected to the battery monitoring unit via a bus system, to which preferably all cell sensors are connected. The battery monitoring unit also has a communication interface, via which it is in communication with a motor vehicle-side control or other units of the motor vehicle. So that the effect of the invention is not canceled out or impaired by connecting the communication interface, which may be designed, for example, as CAN-BUS, the communication interface preferably has a galvanic isolation, which can be realized for example by means of opto-couplers. However, a purely optical interface is particularly advantageously provided, which can preferably be connected by means of a glass fiber cable or the like. This is also a good electrical Insulation and high immunity to interference and noise immunity guaranteed.

Dadurch, dass die Batterieüberwachungseinheit ausgebildet ist, die Batterieüberwachungsfunktion unabhängig von batteriefremden Signalen und/oder Betriebszuständen auszuführen, kann zugleich ein hohes Maß an Sicherheit bezüglich der Batterie selbst erreicht werden. Durch den getakteten Energiewandler kann nämlich ein zuverlässiger Betrieb auch dann erreicht werden, wenn die Batteriespannung der Batterie aufgrund schadhafter Batteriezellen oder starker Entladung sehr eingeschränkt ist. Der getaktete Energiewandler hat in der Regel einen sehr weiten Eingangsspannungsbereich, der es erlaubt, auch bei starker Unterspannung noch zuverlässig Energie für die an ihn angeschlossenen Einheiten wie die Zellensensoren oder die Batterieüberwachungseinheit zu liefern. Dadurch erklärt sich auch die hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit der Batterie der Erfindung.By virtue of the fact that the battery monitoring unit is designed to carry out the battery monitoring function independently of off-battery signals and / or operating states, a high degree of safety with respect to the battery itself can be achieved at the same time. Namely, the clocked power converter can achieve reliable operation even if the battery voltage of the battery is very limited due to defective battery cells or heavy discharge. The clocked energy converter usually has a very wide input voltage range, which still allows reliable supply of energy for the units connected to it, such as the cell sensors or the battery monitoring unit, even with strong undervoltage. This also explains the high reliability and reliability of the battery of the invention.

Die für die erfindungsgemäße Batterie angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten natürlich gleichermaßen auch für das Kraftfahrzeug, das mit der Batterie der Erfindung ausgerüstet ist.The advantages and effects stated for the battery according to the invention naturally also apply equally to the motor vehicle equipped with the battery of the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.

Es zeigt die einzige Figur in einer schematischen Blockschaltbildansicht eine Batterie gemäß der Erfindung.The sole FIGURE is a schematic block diagram of a battery according to the invention.

Es zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Batterie 10 zum Anschließen an eine nicht weiter dargestellte elektrische Anlage eines ebenfalls nicht weiter dargestellten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Batterie 10 umfasst zwei Batterieanschlusspole, die in einem gemeinsamen Anschlusssteckverbinder 12 zusammengefasst sind. Darüber hinaus umfasst die Batterie 10 eine Mehrzahl von Batteriezellen 14, die vorliegend in Reihe geschaltet sind. Die Reihenschaltung der Batteriezellen 14 ist über Stromschienen 28 an den Steckverbinder 12 angeschlossen. Jede der Stromschienen 28 weist ferner Schaltelemente 30 auf, die vorliegend Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Schützes sind. Weiterhin sind bei einer der beiden Stromschienen 28 eine Sicherung 32 und ein Stromsensor 34 integriert.The single figure shows a battery according to the invention 10 for connection to a not shown electrical system of a likewise not shown electrically driven motor vehicle. The battery 10 includes two battery terminal posts that are in a common terminal connector 12 are summarized. In addition, the battery includes 10 a plurality of battery cells 14 , which are connected in series in this case. The series connection of the battery cells 14 is via busbars 28 to the connector 12 connected. Each of the busbars 28 also has switching elements 30 on, which are present part of a contactor not shown. Furthermore, in one of the two busbars 28 a fuse 32 and a current sensor 34 integrated.

Jeder der Batteriezellen 14 ist ein Zellensensor 18 zum Überwachen einer Zellenspannung der jeweiligen Batteriezelle 14 zugeordnet. Die Zellensensoren 18 sowie auch die Schaltelemente 30, die Sicherung 32 sowie der Stromsensor 34 sind an eine Batterieüberwachungseinheit 20 angeschlossen, die vorliegend ebenso wie die vorgenannten Einheiten in die Batterie 10 integriert ist. Die Batterie 10 weist zu diesem Zweck ein Batteriegehäuse 16 auf, in welchem die vorgenannten Einheiten integriert angeordnet sind.Each of the battery cells 14 is a cell sensor 18 for monitoring a cell voltage of the respective battery cell 14 assigned. The cell sensors 18 as well as the switching elements 30 , the fuse 32 as well as the current sensor 34 are connected to a battery monitoring unit 20 connected, the present as well as the aforementioned units in the battery 10 is integrated. The battery 10 has for this purpose a battery case 16 in which the aforementioned units are integrated.

Die Batterie 10 umfasst ferner einen getakteten Energiewandler 22, der vorliegend als DC/DC-Wandler ausgebildet und in das Batteriegehäuse 16 integriert angeordnet ist und der mit einem Eingangsanschluss an die Stromschienen 20 angeschlossen ist. Hierüber kann der DC/DC-Wandler 22 elektrische Energie aus den Batteriezellen 14 beziehen. Der DC/DC-Wandler 22 ist zum Zwecke der Energieversorgung an die Batterieüberwachungseinheit 20 angeschlossen, die ihrerseits auch die Zellensensoren 18, den Stromsensor 34, die Schaltelemente 30 sowie die Sicherung 32 mit elektrischer Energie für ihren bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt. Dadurch ist eine externe Versorgung mit einer Spannung im Niedervoltbereich entbehrlich.The battery 10 further comprises a clocked energy converter 22 , Which in the present case designed as a DC / DC converter and in the battery case 16 is arranged and integrated with an input terminal to the power rails 20 connected. This can be done by the DC / DC converter 22 electrical energy from the battery cells 14 Respectively. The DC / DC converter 22 is for the purpose of supplying power to the battery monitoring unit 20 connected, which in turn also the cell sensors 18 , the current sensor 34 , the switching elements 30 as well as the fuse 32 supplied with electrical energy for their intended operation. As a result, an external supply with a voltage in the low voltage range is dispensable.

Aus der Figur ist ferner ersichtlich, dass die Batterieüberwachungseinheit 20 eine Kommunikationsschnittstelle 24 aufweist, die vorliegend als optische Kommunikationsschnittstelle 24 mit einer Glasfaserleitung 26 ausgebildet ist. Über diese Schnittestelle kann die Batterieüberwachungseinheit 20 mit externen Steuereinheiten, beispielsweise einer übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung oder dergleichen in Kommunikationsverbindung treten.From the figure it is further apparent that the battery monitoring unit 20 a communication interface 24 in the present case as an optical communication interface 24 with a fiber optic cable 26 is trained. About this interface, the battery monitoring unit 20 to communicate with external control units, such as a parent vehicle control or the like in communication.

Die Batterie 10 umfasst ferner einen in das Batteriegehäuse 16 integriert angeordneten und an die Stromschienen 28 angeschlossenen Isolationswächter 36, der seinerseits ebenfalls an die Batterieüberwachungseinheit 20 angeschlossen ist und von dieser mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Isolationswächter 36 überwacht den Isolationszustand der Batterieanschlusspole.The battery 10 further includes a in the battery case 16 integrated arranged and to the busbars 28 connected insulation monitor 36 , which in turn also to the battery monitoring unit 20 is connected and is supplied by this with electrical energy. The isolation guard 36 monitors the insulation status of the battery terminal poles.

Dadurch, dass alle erforderlichen Einheiten zum bestimmungsgemäßen Betrieb der Batterie 10, die in der Batterie 10, das heißt insbesondere ihrem Batteriegehäuse 16, integriert angeordnet sind, durch die Batterie 10 selbst mit elektrischer Energie versorgt werden, ist ein separater externer Energieversorgungsanschluss für diese Einheiten nicht erforderlich. Die Batterie 10, die vorliegend als Hochvoltbatterie ausgebildet ist und eine Batteriespannung von etwa 400 Volt bereitstellt, kann somit vollständig autark betrieben werden. Die Zuverlässigkeit der Batterie 10 ist deshalb erhöht. Darüber hinaus können unerwünschte elektromagnetische Kopplungen reduziert oder vermieden werden, so dass insgesamt die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden kann, zumal ein elektrischer Anschluss an eine Niedervoltseite vollständig entfallen kann. Da für den Betrieb der batterieseitigen Einheiten und Sensoren nur vergleichsweise wenig elektrische Energie erforderlich ist, kann der getaktete Energiewandler 22 hinsichtlich seiner Leistungsauslegung relativ klein ausfallen, so dass insgesamt durch Einsparungen dadurch, dass eine niedervoltseitige Energieversorgung nicht mehr erforderlich ist, sogar Bauraum und Kosten eingespart werden können. Dies ergibt sich dadurch, dass beispielsweise Aufwand für Luft- und Kriechstrecken reduziert werden können. Darüber hinaus können hinsichtlich der elektrischen Sicherheit einfachere Bauteile genutzt werden.By having all necessary units for proper operation of the battery 10 that in the battery 10 , that is especially their battery case 16 , are integrated, by the battery 10 even if they are supplied with electrical energy, a separate external power supply connection is not required for these units. The battery 10 , Which is designed here as a high-voltage battery and provides a battery voltage of about 400 volts, thus completely be operated independently. The reliability of the battery 10 is therefore increased. In addition, unwanted electromagnetic couplings can be reduced or avoided, so that overall the electromagnetic compatibility can be improved, especially since an electrical connection to a low-voltage side can be completely eliminated. Since only relatively little electrical energy is required for the operation of the battery-side units and sensors, the clocked energy converter 22 be relatively small in terms of its performance, so that in total by savings in that a low-voltage power supply is no longer required, even space and cost can be saved. This results from the fact that, for example, effort for clearance and creepage distances can be reduced. In addition, simpler components can be used in terms of electrical safety.

Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.The embodiment is merely illustrative of the invention and is not intended to limit this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Batteriebattery
1212
AnschlusssteckverbinderSocket connector
1414
Batteriezellebattery cell
1616
Batteriegehäusebattery case
1818
Zellensensorcell sensor
2020
BatterieüberwachungseinheitBattery monitoring unit
2222
DC/DC-WandlerDC / DC converter
2424
KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
2626
Glasfaserleitungfiber optic line
2828
Stromschieneconductor rail
3030
Schaltelementswitching element
3232
Sicherungfuse
3434
Stromsensorcurrent sensor
3636
Isolationswächterinsulation monitors

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102014218738 A1 [0008] DE 102014218738 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ECE R 100 [0007] ECE R 100 [0007]

Claims (6)

Batterie (10) zum Anschließen an eine elektrische Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit wenigstens zwei Batterieanschlusspolen (12) und einer Mehrzahl von Batteriezellen (14), die miteinander elektrisch verbunden und an die Batterieanschlusspole (12) angeschlossen sind, um an den Batterieanschlusspolen (12) eine vorgegebene Batteriespannung bereitzustellen, mit den Batteriezellen (14) zugeordneten Zellensensoren (18) zum Überwachen wenigstens einer Zustandsgröße der Batteriezellen (14) und einer an die Zellensensoren (18) angeschlossenen Batterieüberwachungseinheit (20), gekennzeichnet durch einen getakteten Energiewandler (22) zum ausschließlichen Versorgen der Batterieüberwachungseinheit (20) mit elektrischer Energie aus den Batteriezellen (14), zu welchem Zweck der getaktete Energiewandler (22) an die Energieanschlusspole (12) und an die Batterieüberwachungseinheit (20) angeschlossen ist.Battery ( 10 ) for connection to an electrical system of an electrically driven motor vehicle, with at least two battery terminal poles ( 12 ) and a plurality of battery cells ( 14 ), which are electrically connected to each other and to the battery terminals ( 12 ) are connected to the battery terminals ( 12 ) provide a predetermined battery voltage, with the battery cells ( 14 ) associated cell sensors ( 18 ) for monitoring at least one state variable of the battery cells ( 14 ) and one to the cell sensors ( 18 ) connected battery monitoring unit ( 20 ), characterized by a clocked energy converter ( 22 ) for exclusively supplying the battery monitoring unit ( 20 ) with electrical energy from the battery cells ( 14 ), for what purpose the clocked energy converter ( 22 ) to the power connection poles ( 12 ) and the battery monitoring unit ( 20 ) connected. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinheit (20) eine Kommunikationsschnittstelle (24) mit galvanischer Trennung aufweist.Battery according to claim 1, characterized in that the battery monitoring unit ( 20 ) a communication interface ( 24 ) with galvanic isolation. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Trennung einen Opto-Koppler aufweist.Battery according to claim 2, characterized in that the galvanic isolation comprises an opto-coupler. Batterie nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (24) zumindest teilweise als optische Kommunikationsschnittstelle (26) ausgebildet ist.Battery according to claim 2 or 3, characterized in that the communication interface ( 24 ) at least partially as an optical communication interface ( 26 ) is trained. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinheit (20) ausgebildet ist, die Batterieüberwachungsfunktion unabhängig von batteriefremden Signalen und/oder Betriebszuständen auszuführen.Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the battery monitoring unit ( 20 ) is designed to perform the battery monitoring function independently of battery foreign signals and / or operating conditions. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Batteriegehäuse (16), an dem die Batterieanschlusspole (12) angeordnet sind und in dem die Batteriezellen (14), die Zellensensoren (18) und die Batterieüberwachungseinheit (20) angeordnet sind.Battery according to one of the preceding claims, characterized by a battery housing ( 16 ), on which the battery connection poles ( 12 ) are arranged and in which the battery cells ( 14 ), the cell sensors ( 18 ) and the battery monitoring unit ( 20 ) are arranged.
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