DE102016015298A1

DE102016015298A1 - Schaltungsanordnung für eine elektrische Batterie

Info

Publication number: DE102016015298A1
Application number: DE102016015298.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Kuhn; Sascha Schulte
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) für eine elektrische Batterie (2), umfassend einen aus einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen (3.3 bis 3.n) gebildeten Zellverbund (3) mit zwei Polanschlusspunkten (3.1, 3.2), mit zwei elektrischen Überbrückungsleitungen (4, 5), wobei zwischen jeder Überbrückungsleitung (4, 5) und jedem Polanschlusspunkt (3.1, 3.2) jeweils eine schaltbare Koppelvorrichtung (6) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist zwischen jeder Überbrückungsleitung (4, 5) und jeder elektrischen Verbindung (7.1 bis 7.m) zwischen den Einzelzellen (3.3 bis 3.m) jeweils eine weitere schaltbare Koppelvorrichtung (8) angeordnet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung (1) zur Erfassung elektrischer Parameter einer einzelnen Einzelzelle (3.3 bis 3.n) oder mehrerer Einzelzellen (3.3 bis 3.n) des Zellverbunds (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine elektrische Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung.
Aus der DE 10 2014 004 655 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Schaltungsanordnung einen Batteriestrang zur Bereitstellung von elektrischer Energie umfasst. Der Batteriestrang weist dabei eine Serienschaltung von einzelnen Batteriezellen zwischen zwei Anschlusspunkten auf. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine erste und eine zweite elektrische Überbrückungsleitung auf, welche jeweils über zwei Koppelvorrichtungen verfügen, über welche sie jeweils parallel zum Batteriestrang elektrisch mit den beiden Anschlusspunkten des Batteriestrangs koppelbar sind. Ferner ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, welche ausgelegt ist, die Koppelvorrichtungen anzusteuern. In dem Batteriestrang ist an Kontaktstellen zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils zumindest eine durch die Steuervorrichtung schaltbare Koppelvorrichtung elektrisch mit dem Batteriestrang verbunden, wobei die jeweilige Kontaktstelle durch die Koppelvorrichtung mit der ersten Überbrückungsleitung koppelbar ist. An den beiden Anschlusspunkten des Batteriestrangs ist je ein Anschluss zum Einkoppeln der Schaltungsanordnung in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs vorhanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schaltungsanordnung für eine elektrische Batterie mit einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen und eine Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung anzugeben.
Hinsichtlich der Schaltungsanordnung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Schaltungsanordnung ist für eine elektrische Batterie vorgesehen, welche einen aus einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen gebildeten Zellverbund mit zwei Polanschlusspunkten umfasst. Die Schaltungsanordnung umfasst zwei elektrische Überbrückungsleitungen, wobei zwischen jeder Überbrückungsleitung und jedem Polanschlusspunkt jeweils eine schaltbare Koppelvorrichtung angeordnet ist, wobei die Überbrückungsleitungen mittels der Koppelvorrichtungen jeweils elektrisch parallel mit dem Zellverbund koppelbar sind.
Erfindungsgemäß ist zwischen jeder Überbrückungsleitung und jeder elektrischen Verbindung zwischen den Einzelzellen jeweils eine weitere schaltbare Koppelvorrichtung angeordnet.
Die Schaltungsanordnung ermöglicht in besonders einfacher und zuverlässiger Weise eine reproduzierbare Erfassung elektrischer und daraus abgeleiteter mechanischer und chemischer Parameter jeder einzelnen Einzelzelle des Zellverbunds, ohne dass erfasste Messwerte durch andere Kontaktstellen verfälscht werden. Somit kann ein Zustand jeder Einzelzelle ermittelt und überwacht, wodurch eine genaue Online-Überwachung der Einzelzellen und somit der Batterie möglich ist. Hierdurch kann wiederum ein sicherer Betrieb der Batterie sichergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein erstes elektrisches Ersatzschaltbild einer Schaltungsanordnung für eine elektrische Batterie und der Batterie und
2 schematisch ein zweites elektrisches Ersatzschaltbild einer Schaltungsanordnung für eine elektrische Batterie und der Batterie.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erstes elektrisches Ersatzschaltbild einer Schaltungsanordnung 1 für eine elektrische Batterie 2 und der Batterie 2 selbst dargestellt. Bei der Batterie 2 handelt es sich beispielsweise um eine Starter- und/oder Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
Die Batterie 2 umfasst einen aus einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen 3.3 bis 3.n gebildeten Zellverbund 3 mit zwei Polanschlusspunkten 3.1, 3.2, welche einen Pluspol und einen Minuspol des Zellverbunds 3 bilden.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst zwei elektrische Überbrückungsleitungen 4, 5, wobei zwischen jeder Überbrückungsleitung 4, 5 und jedem Polanschlusspunkt 3.1, 3.2 jeweils eine schaltbare Koppelvorrichtung 6, beispielsweise ein elektromechanischer oder elektronischer Schalter, angeordnet ist. Die Koppelvorrichtungen 6 ermöglichen bei entsprechender Schaltung, die Überbrückungsleitungen 4, 5 jeweils elektrisch parallel mit dem Zellverbund 3 zu koppeln.
Die Schaltungsanordnung 1 umfasst zusätzlich zwischen jeder Überbrückungsleitung 4, 5 und jeder elektrischen Verbindung 7.1 bis 7.m zwischen den Einzelzellen 3.3 bis 3.n jeweils eine weitere angeordnete schaltbare Koppelvorrichtung 8, wobei die weiteren Koppelvorrichtungen 8 beispielsweise als elektromechanische oder elektronische Schalter ausgebildet sind. Das heißt, mittels der weiteren Koppelvorrichtungen 8 kann jeder elektrische Pol oder jede Verbindungsstelle der Reihenschaltung der Einzelzellen 3.3 bis 3.n mittels einer Koppelvorrichtung 8 mit einer oder beiden Überbrückungsleitungen 4, 5 elektrisch gekoppelt werden. Somit kann durch ein entsprechendes Schließen der weiteren Koppelvorrichtungen 8 jede Einzelzelle 3.3 bis 3.n innerhalb der Reihenschaltung kontaktiert werden.
Zur Erfassung elektrischer Parameter der Einzelzellen 3.3 bis 3.n ist mit den Überbrückungsleitungen 4, 5 ein Strommessgerät 9 gekoppelt, welches beispielsweise einen so genannten Shunt zur Strommessung umfasst. Um eine Stromfluss zu ermöglichen, ist zusätzlich elektrisch in Reihe zu dem Strommessgerät 9 ein elektrischer Widerstand R geschaltet.
Alternativ oder zusätzlich zum elektrischen Widerstand R können in nicht näher dargestellter Weise eine Stromquelle, eine Spannungsquelle, ein Impedanz-Messgerät und/oder ein Störsignalerzeuger für eine Frequenzganganalyse vorgesehen sein.
Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung elektrischer Parameter einer einzelnen Einzelzelle oder mehrerer Einzelzellen des Zellverbunds.
In einer möglichen Ausgestaltung sind Kontakte der Überbrückungsleitungen 4, 5 durch ein nicht gezeigtes Batteriegehäuse nach außen geführt, um einen externen Anschluss von Messgeräten und anderen elektrischen oder elektronischen Bauteilen zu ermöglichen, ohne diese in die Batterie 2 integrieren zu müssen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine der Koppelvorrichtungen 6 und eine der Koppelvorrichtungen 8 derart geschlossen, dass eine Überwachung der Einzelzelle 3.n erfolgen kann.
Eine Vermessung und/oder Parametrierung der Einzelzellen 3.3 bis 3.n kann dabei mittels unterschiedlicher Methoden und Algorithmen erfolgen.
2 zeigt ein zweites elektrisches Ersatzschaltbild einer Schaltungsanordnung 1 für eine elektrische Batterie 2 und der Batterie 2 selbst.
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei der Koppelvorrichtungen 8 derart geschlossen, dass eine Überwachung der Einzelzelle 3.n – 1 erfolgen kann
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014004655 A1 [0003]

Claims

Schaltungsanordnung (1) für eine elektrische Batterie (2), umfassend einen aus einer Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen (3.3 bis 3.n) gebildeten Zellverbund (3) mit zwei Polanschlusspunkten (3.1, 3.2), mit – zwei elektrischen Überbrückungsleitungen (4, 5), – wobei zwischen jeder Überbrückungsleitung (4, 5) und jedem Polanschlusspunkt (3.1, 3.2) jeweils eine schaltbare Koppelvorrichtung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Überbrückungsleitung (4, 5) und jeder elektrischen Verbindung (7.1 bis 7.m) zwischen den Einzelzellen (3.3 bis 3.m) jeweils eine weitere schaltbare Koppelvorrichtung (8) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Überbrückungsleitungen (4, 5) ein Strommessgerät (9) gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch in Reihe zu dem Strommessgerät (9) – ein elektrischer Widerstand (R), – eine Stromquelle, – eine Spannungsquelle, – ein Impedanz-Messgerät und/oder – ein Störsignalerzeuger für eine Frequenzganganalyse geschaltet sind.
Verwendung einer Schaltungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung elektrischer Parameter einer einzelnen Einzelzelle (3.3 bis 3.n) oder mehrerer Einzelzellen (3.3 bis 3.n) des Zellverbunds (3).