DE102018200173A1 - Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems und Elektrofahrzeug - Google Patents

Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems und Elektrofahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (7) für ein Elektrofahrzeug, umfassend mindestens zwei Batteriestränge (6) und ein Batteriesteuergerät (70) zum Steuern der mindestens zwei Batteriestränge (6), wobei jeder der Batteriestränge (6) mindestens ein Batteriemodul (5) umfasst, und wobei das mindestens eine Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle, welche eine Schnellentladevorrichtung aufweist, und ein Modulsteuergerät (50) zum Steuern der mindestens einen Batteriezelle umfasst. In jedem der Batteriestränge (6) ist jeweils ein Strommesser (61) vorgesehen, welcher eine Größe eines in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) und eine Richtung des in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) an mindestens ein Steuergerät (50, 70) sendet. Jeder der Batteriestränge (6) umfasst jeweils eine Trenneinrichtung (62) zum Abschalten des Batteriestrangs (6), welche von mindestens einem Steuergerät (50, 70) ansteuerbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Batteriesystems (7), wobei nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung (20) in jedem der Batteriestränge (6) jeweils von einem Strommesser (61) eine Größe eines in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) und eine Richtung des in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) an mindestens ein Steuergerät (50, 70) gesendet werden, und in jedem der Batteriestränge (6) die Trenneinrichtung (62) von mindestens einem Steuergerät (50, 70) angesteuert wird, wenn der Strom (I) ein Ladestrom ist und mindestens während einer ersten Zeitdauer fließt, oder wenn der Strom (I) ein Entladestrom ist und mindestens während einer zweiten Zeitdauer fließt, wobei die zweite Zeitdauer größer ist als die erste Zeitdauer. Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Batteriesystem (7) umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, welches mindestens zwei Batteriestränge und ein Batteriesteuergerät zum Steuern der mindestens zwei Batteriestränge umfasst. Dabei umfasst jeder der Batteriestränge mindestens ein Batteriemodul, und das mindestens eine Batteriemodul umfasst mindestens eine Batteriezelle, welche eine Schnellentladevorrichtung aufweist, und ein Modulsteuergerät zum Steuern der mindestens einen Batteriezelle. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Batteriesystems und ein entsprechendes Elektrofahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft insbesondere in Elektrofahrzeugen vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an welche hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Lebensdauer gestellt werden. Für solche Anwendungen eignen sich insbesondere Batteriesysteme mit Lithium-Ionen-Batteriezellen. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
  • Eine Batteriezelle weist eine mit einem negativen Terminal verbundene Anode und eine mit einem positiven Terminal verbundene Kathode auf. Mehrere derartige Batteriezellen werden elektrisch seriell als auch parallel miteinander verschaltet und zu Batteriemodulen verbunden. Mehrere solche Batteriemodule werden, insbesondere seriell, zu einem Batteriestrang miteinander verschaltet. Mehrere derartig ausgebildete Batteriestränge werden dann, insbesondere parallel, miteinander verschaltet und bilden so das Batteriesystem des Elektrofahrzeugs.
  • Batteriesysteme mit Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen hohe Anforderungen bezüglich der funktionalen Sicherheit auf. Ein nicht sachgemäßer Betrieb der Batteriezellen kann zu exothermen Reaktionen bis hin zum Brand und/oder zur Entgasung führen. Insbesondere kann ein Brand oder eine Explosion entstehen, wenn ein Metallteil in eine Batteriezelle eindringt. Aber auch eine Verformung eines Zellgehäuses einer Batteriezelle kann bereits eine exotherme Reaktion auslösen.
  • Im Falle eines Fehlers in der Batteriezelle, beispielsweise eines internen Kurzschlusses zwischen der Anode und der Kathode, kann es erforderlich sein, die Batteriezelle zu entladen um kritische Zustände, welche zu einer Überhitzung und Explosion der Batteriezelle führen könnten, zu vermeiden. Hierzu sind Schnellentladevorrichtungen bekannt. Eine solche Schnellentladevorrichtung ist ein Überbrückungselement, welches mit den Terminals der Batteriezelle verbunden ist. Im normalen Betrieb ist die Schnellentladevorrichtung offen und isoliert die Terminals der Batteriezelle elektrisch voneinander. Im Falle eines Fehlers wird die Schnellentladevorrichtung aktiviert und verbindet dann die Terminals der Batteriezelle elektrisch miteinander. Daraufhin fließt ein Entladestrom durch die Schnellentladevorrichtung und die Batteriezelle wird entladen. Das Dokument DE 10 2012 005 979 B4 offenbart ein derartiges elektrisches Überbrückungselement zur Überbrückung einer Batteriezelle im Fehlerfall.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriesystem umfasst dabei mindestens zwei Batteriestränge und ein Batteriesteuergerät zum Steuern der mindestens zwei Batteriestränge. Die mindestens zwei Batteriestränge sind vorzugsweise elektrisch parallel miteinander verschaltet.
  • Dabei umfasst jeder der Batteriestränge des Batteriesystems mindestens ein Batteriemodul, vorzugsweise mehrere Batteriemodule, die elektrisch seriell miteinander verschaltet sind. Das mindestens eine Batteriemodul umfasst mindestens eine Batteriezelle, vorzugsweise mehrere Batteriezellen, die elektrisch seriell als auch parallel miteinander verschaltet sind. Die mindestens eine Batteriezelle weist eine Schnellentladevorrichtung auf. Das mindestens eine Batteriemodul umfasst auch ein Modulsteuergerät zum Steuern der mindestens einen Batteriezelle.
  • Erfindungsgemäß ist in jedem der Batteriestränge jeweils ein Strommesser vorgesehen, welcher eine Größe eines in dem Batteriestrang fließenden Stroms und eine Richtung des in dem Batteriestrang fließenden Stroms detektiert und an mindestens ein Steuergerät sendet. Ferner umfasst jeder der Batteriestränge des Batteriesystems jeweils eine Trenneinrichtung zum Abschalten des Batteriestrangs. Die Trenneinrichtung ist dabei von mindestens einem Steuergerät, also von dem Batteriesteuergerät und/oder von mindestens einem der Modulsteuergeräte ansteuerbar.
  • Der Strommesser umfasst beispielsweise einen Shunt-Widerstand. Der Strommesser kann auch einen magnetischen Sensor, beispielsweise einen Hall-Sensor, umfassen. Bei der Trenneinrichtung kann es sich beispielsweise um ein elektromechanisches Schütz oder Relais handeln. Die Trenneinrichtung kann aber beispielsweise auch als eine pyrotechnische Sicherung oder als Halbleiterschalter, insbesondere in Form eines Metalloxid-Feldeffekttransistors (MOSFET) ausgestaltet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Mittel zur Messung einer an den Batteriesträngen anliegenden Spannung vorgesehen. Bei den besagten Mitteln handelt es sich beispielsweise um mindestens einen Spannungsmesser, welche eine Größe einer gemessenen Spannung auch an mindestens ein Steuergerät, also an das Batteriesteuergerät und/oder an mindestens eines der Modulsteuergeräte sendet. Sofern alle Batteriestränge des Batteriesystems elektrisch parallel miteinander verschaltet sind, liegt an allen Batteriesträngen die gleiche Spannung an. In diesem Fall ist ein einziger Spannungsmesser auseichend.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das mindestens eine Batteriemodul einen Deformationssensor, welcher das Batteriemodul, insbesondere ein Gehäuse des Batteriemoduls, überwacht. Im Fall eines erkannten Fehlers, beispielsweise wenn ein Metallteil in das Gehäuse des Batteriemoduls eindringt oder bei einer Verformung des Gehäuses, veranlasst der Deformationssensor eine Aktivierung aller Schnellentladevorrichtungen der Batteriezellen des betroffenen Batteriemoduls.
  • Vorzugsweise kommunizieren das Batteriesteuergerät, die Modulsteuergeräte und die Strommesser über eine Datenleitung miteinander. Die Datenleitung ist beispielsweise Teil eines Bussystems.
  • Es wird auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Batteriesystems vorgeschlagen. Nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung, beispielsweise nach Erkennung eines Fehlers durch einen Deformationssensor eines Batteriemoduls, werden erfindungsgemäß in jedem der Batteriestränge jeweils von einem Strommesser eine Größe eines in dem Batteriestrang fließenden Stroms und eine Richtung des in dem Batteriestrang fließenden Stroms detektiert und an mindestens ein Steuergerät, also an das Batteriesteuergerät und/oder an eines der Modulsteuergeräte, gesendet. In Abhängigkeit von der besagten Richtung ist der fließende Strom ein Ladestrom oder ein Entladestrom.
  • Dabei wird in jedem der Batteriestränge die Trenneinrichtung von mindestens einem Steuergerät, also von dem Batteriesteuergerät und/oder von mindestens einem der Modulsteuergeräte, angesteuert, wenn der Strom ein Ladestrom ist und mindestens während einer ersten Zeitdauer fließt, oder wenn der Strom ein Entladestrom ist und mindestens während einer zweiten Zeitdauer fließt. Dabei ist die zweite Zeitdauer größer als die erste Zeitdauer. Die erste Zeitdauer beträgt beispielsweise 10 Sekunden, und die zweite Zeitdauer beträgt beispielsweise 30 Sekunden. Die zweite Zeitdauer ist vorzugsweise zwischen 2-mal und 5-mal größer als die erste Zeitdauer.
  • Nach Aktivierung der Schnellentladevorrichtungen der Batteriezellen ist das betroffene Batteriemodul kurzgeschlossen. Dadurch verringert sich die Spannung des Batteriestrangs, in welchem das kurzgeschlossene Batteriemodul angeordnet ist. Aus den verbleibenden, intakten Batteriesträngen fließt nun jeweils ein Entladestrom, und in dem Batteriestrang mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul fließt ein Ladestrom.
  • Wenn eine durch diesen Ladestrom transportierte Ladungsmenge einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann dies zu einer Überladung und zu Beschädigungen von Batteriezellen in dem Batteriestrang mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul führen. Ebenso kann eine durch einen Entladestrom transportierte Ladungsmenge, welche den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, zu Beschädigungen von Batteriezellen in den intakten Batteriesträngen führen. Solche Beschädigungen können vermieden werden, wenn der entsprechende Batteriestrang mittels der Trenneinrichtung abgeschaltet wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine zweistufige Abschaltung der Batteriestränge des Batteriesystems nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung. Dabei wird in jedem Batteriestrang die Richtung des fließenden Stroms geprüft.
  • Wenn in dem Batteriestrang ein Ladestrom detektiert wird, so ist mindestens ein Batteriemodul dieses Batteriestrangs kurzgeschlossen. Dieser Batteriestrang wird dann nach Ablauf der ersten Zeitdauer, also verhältnismäßig schnell, abgeschaltet. Danach fließt in dem Batteriestrang mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul kein gefährlicher Ladestrom mehr. Danach fließt auch in den anderen, intakten Batteriesträngen kein gefährlicher Entladestrom mehr.
  • Wenn in dem Batteriestrang ein Entladestrom detektiert wird, so ist mindestens ein Batteriemodul eines anderen Batteriestrangs kurzgeschlossen. Wenn der Entladestrom nach der zweiten Zeitdauer, die größer ist als die erste Zeitdauer, immer noch fließt, so ist der Batteriestrang mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul noch nicht abgeschaltet. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn die Trenneinrichtung des Batteriestrangs mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul defekt ist. In diesem Fall werden die intakten Batteriestränge dann nach Ablauf der zweiten Zeitdauer, also zeitlich verzögert, abgeschaltet. Danach fließt in den intakten Batteriesträngen kein gefährlicher Entladestrom mehr. Danach fließt auch in dem Batteriestrang mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul kein gefährlicher Ladestrom mehr.
  • Vorzugsweise wird die Trenneinrichtung ausschließlich dann angesteuert, wenn die Größe einer Ladungsmenge, die von dem durch den Batteriestrang fließenden Strom transportiert wird, einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Wenn die Größe der Ladungsmenge, die von dem durch den Batteriestrang fließenden Strom transportiert wird, den vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, so unterbleibt eine Ansteuerung der Trenneinrichtung. Der vorgegebene Grenzwert liegt beispielsweise zwischen 0,5 AH und 2 Ah.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung zunächst eine an jedem der Batteriestränge anliegende Spannung gemessen. Die Trenneinrichtung wird dabei ausschließlich dann angesteuert, wenn die an dem Batteriestrang anliegende Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Wenn die an dem Batteriestrang anliegende Spannung den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, so unterbleibt eine Ansteuerung der Trenneinrichtung. Der vorgegebene Schwellwert liegt beispielsweise zwischen 65% und 70% der Nennspannung des Batteriestrangs.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung ein Steuersignal an das Batteriesteuergerät und/oder an die Modulsteuergeräte gesendet. Das besagte Steuersignal ist insbesondere ein Wake-Up-Signal, welches zum Einschalten des besagten Steuergeräts dient, wenn dieses ausgeschaltet ist.
  • Vorzugsweise werden das Batteriesteuergerät und/oder die Modulsteuergeräte ausgeschaltet, wenn die Größe des in dem Batteriestrang fließenden Stroms einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
  • Es wird auch ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, das ein erfindungsgemäßes Batteriesystem umfasst, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems gestattet, bei einer Aktivierung aller Schnellentladevorrichtungen der Batteriezellen eines beschädigten Batteriemoduls das übrige Batteriesystem weiter funktionsfähig zu halten. Das Elektrofahrzeug bleibt also weiter betriebsbereit und kann beispielsweise noch bis zu einer Werkstatt zum Austausch des beschädigten Batteriemoduls gefahren werden. Insbesondere werden auch Beschädigungen an Batteriezellen in anderen Batteriemodulen durch Ausgleichsströme wirksam verhindert. Somit wird der entstandene Schaden an dem Batteriesystem minimiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch nach einer Fehlauslösung eines Deformationssensors, der beispielsweise das Gehäuse des Batteriemoduls überwacht, wirksam. Auch wenn versehentlich eine Aktivierung der besagten Schnellentladevorrichtungen der Batteriezellen eines intakten Batteriemoduls erfolgt, so werden Beschädigungen an Batteriezellen in anderen Batteriemodulen verhindert. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Beschädigungen an Batteriezellen durch Ausgleichsströme selbst dann vermeidbar, wenn eine Trenneinrichtung defekt ist und den betroffenen Batteriestrang nicht abschalten kann.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit mehreren Batteriezellen,
    • 2 eine schematische Darstellung eines Batteriesystems mit mehreren Batteriesträngen und
    • 3 ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Betrieb des in 2 dargestellten Batteriesystems.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 5 mit mehreren, vorliegend mit zehn, Batteriezellen 2. Die Batteriezellen 2 sind dabei elektrisch seriell verschaltet. Jede Batteriezelle 2 umfasst eine Elektrodeneinheit 10, welche jeweils eine Anode 11 und eine Kathode 12 aufweist. Die Anode 11 der Elektrodeneinheit 10 ist dabei mit einem negativen Terminal 15 verbunden. Die Kathode 12 der Elektrodeneinheit 10 ist mit einem positiven Terminal 16 verbunden. Zur seriellen Verschaltung des Batteriemoduls 5 ist jeweils das negative Terminal 15 einer Batteriezelle 2 mit dem positiven Terminal 16 der benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden.
  • Jede Batteriezelle 2 weist ferner eine Schnellentladevorrichtung 20 auf. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist mit dem negativen Terminal 15 sowie mit dem positiven Terminal 16 der Batteriezelle 2 elektrisch verbunden. Die Schnellentladevorrichtung 20 ist in der hier gezeigten Darstellung ausgeschaltet, also in einem passiven Zustand. Das bedeutet, das negative Terminal 15 und das positive Terminal 16 der Batteriezelle 2 sind durch die Schnellentladevorrichtung 20 nicht elektrisch miteinander verbunden.
  • Das Batteriemodul 5 umfasst auch ein Modulsteuergerät 50 zum Steuern der Batteriezellen 2. Das Batteriemodul 5 umfasst auch einen Deformationssensor 51, welcher insbesondere ein Gehäuse des Batteriemoduls 5 überwacht. Wenn der Deformationssensor 51 einen Fehler erkennt, beispielsweise ein in das Gehäuse eindringendes Metallteil oder eine Verformung des Gehäuses, so veranlasst der Deformationssensor 51 eine Aktivierung aller Schnellentladevorrichtungen 20 der Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 5. Der Deformationssensor 51 kann die Schnellentladevorrichtungen 20 unmittelbar aktivieren oder der Deformationssensor 51 sendet ein Signal an das Modulsteuergerät 50, welches daraufhin die Schnellentladevorrichtungen 20 aktiviert.
  • Nach der Aktivierung befinden sich die Schnellentladevorrichtungen 20 in einem aktiven Zustand, in welchem die Schnellentladevorrichtungen 20 einen Kurzschluss zwischen den negativen Terminals 15 und den positiven Terminals 16 der Batteriezellen 2 bilden. Daraufhin fließen Entladeströme durch die Schnellentladevorrichtungen 20 und die Batteriezellen 2 werden dadurch entladen. Nach der Aktivierung der Schnellentladevorrichtungen 20 der Batteriezellen 2 ist das ganze Batteriemodul 5 kurzgeschlossen.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriesystems 7 für ein Elektrofahrzeug mit mehreren, vorliegend mit zehn, Batteriesträngen 6. Die Batteriestränge 6 sind vorliegend elektrisch parallel verschaltet. Das Batteriesystem 7 umfasst auch ein Batteriesteuergerät 70 zum Steuern der Batteriestränge 6.
  • Jeder der Batteriestränge 6 des Batteriesystems 7 umfasst mehrere, vorliegend zehn, Batteriemodule 5, die elektrisch seriell miteinander verschaltet sind. Ferner umfasst jeder der Batteriestränge 6 jeweils eine Trenneinrichtung 62 zum Abschalten des Batteriestrangs 6. Die Trenneinrichtung 62 ist dabei jeweils elektrisch seriell mit den Batteriemodulen 5 verschaltet. Wenn die Trenneinrichtung 62 angesteuert wird, so wird eine elektrische Verbindung unterbrochen und der Batteriestrang 6 wird abgeschaltet. Bei der Trenneinrichtung 62 handelt es sich beispielsweise um ein elektromechanisches Schütz oder Relais, eine pyrotechnische Sicherung oder einen Halbleiterschalter, insbesondere in Form eines Metalloxid-Feldeffekttransistors (MOSFET).
  • Vorliegend ist die Trenneinrichtung 62 jedes Batteriestrangs 6 von dem Batteriesteuergerät 70 des Batteriesystems 7 ansteuerbar. Ferner ist die Trenneinrichtung 62 jedes Batteriestrangs 6 vorliegend auch von den Modulsteuergeräten 50 der Batteriemodule 5 in dem jeweiligen Batteriestrang 6 ansteuerbar.
  • Auch umfasst jeder der Batteriestränge 6 jeweils einen Strommesser 61, welcher einen durch den Batteriestrang 6 fließenden Strom I misst. Die Strommesser 61 der Batteriestränge 6, die Modulsteuergeräte 50 der Batteriemodule 5 und das Batteriesteuergerät 70 des Batteriesystems 7 sind über eine Datenleitung 30 miteinander verbunden und kommunizieren über die Datenleitung 30 miteinander.
  • Der Strommesser 61 misst dabei eine Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I und eine Richtung des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I. Der Strommesser 61 sendet entsprechende Werte über die Datenleitung 30 an die Modulsteuergeräte 50 in dem Batteriestrang 6 und das Batteriesteuergerät 70 des Batteriesystems 7.
  • 3 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Betrieb des in 2 dargestellten Batteriesystems 7. Zu einem Startzeitpunkt 100 erfolgt eine Aktivierung der Schnellentladevorrichtungen 20 der Batteriezellen 2 in einem der Batteriemodule 5. Danach ist das betroffene Batteriemodul 5 kurzgeschlossen. Dadurch verringert sich die Spannung des Batteriestrangs 6, in welchem das kurzgeschlossene Batteriemodul 5 angeordnet ist. Aus den verbleibenden, intakten Batteriesträngen 6 fließt nun jeweils ein Entladestrom, und in dem Batteriestrang 6 mit dem kurzgeschlossen Batteriemodul 5 fließt nun ein Ladestrom.
  • In einem Schritt 101 wird daraufhin ein Steuersignal an das Batteriesteuergerät 70 sowie an die Modulsteuergeräte 50 gesendet. Das besagte Steuersignal ist dabei ein Wake-Up-Signal, welches zum Einschalten des Batteriesteuergeräts 70 sowie der Modulsteuergeräte 50 dient, wenn diese ausgeschaltet sind.
  • In einem Schritt 102 wird der Ladezustand der Batteriezellen 2, insbesondere in dem Batteriestrang 6, in welchem das kurzgeschlossene Batteriemodul 5 angeordnet ist, kontrolliert.
  • In einem Schritt 103 wird eine an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung gemessen und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Der vorgegebene Schwellwert liegt beispielsweise zwischen 65% und 70% der Nennspannung der Batteriestränge 6.
  • Wenn die an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, so wird in einem Schritt 104 in jedem der Batteriestränge 6 eine Richtung des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I detektiert.
  • Wenn der Strom I ein Ladestrom ist, so wird in einem Schritt 105 eine erste Zeitdauer abgewartet. Wenn der Strom I ein Entladestrom ist, so wird in einem Schritt 106 eine zweite Zeitdauer abgewartet. Nach Ablauf der ersten Zeitdauer, beziehungsweise nach Ablauf der zweiten Zeitdauer, wird in einem Schritt 107 eine Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.
  • Wenn die Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I nach Ablauf der ersten Zeitdauer, beziehungsweise nach Ablauf der zweiten Zeitdauer, den vorgegebenen Grenzwert noch überschreitet, so wird in einem Auslöseschritt 120 die Trenneinrichtung 62 des Batteriestrangs 6 angesteuert.
  • Wenn die Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I nach Ablauf der ersten Zeitdauer, beziehungsweise nach Ablauf der zweiten Zeitdauer, den vorgegebenen Grenzwert nicht mehr überschreitet, so können in einem optionalen Ausschaltschritt 130 das Batteriesteuergerät 70 sowie die Modulsteuergeräte 50 ausgeschaltet werden.
  • Wenn die im Schritt 103 gemessene, an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, so wird in einem Schritt 108 die Spannung an den Batteriesträngen 6 weiter gemessen und überwacht. In einem Schritt 109 wird die an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung mit dem vorgegebenen Schwellwert verglichen.
  • Wenn die im Schritt 108 gemessene, an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung den vorgegebenen Schwellwert überschreitet, so wird im Auslöseschritt 120 die Trenneinrichtung 62 des Batteriestrangs 6 angesteuert.
  • Wenn die im Schritt 108 gemessene, an den Batteriesträngen 6 anliegende Spannung den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, so wird in einem Schritt 110 eine Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen.
  • Wenn die Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I den vorgegebenen Grenzwert nicht mehr überschreitet, so können in dem optionalen Ausschaltschritt 130 das Batteriesteuergerät 70 sowie die Modulsteuergeräte 50 ausgeschaltet werden.
  • Wenn die Größe des in dem Batteriestrang 6 fließenden Stroms I den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so wird im Schritt 108 die Spannung an den Batteriesträngen 6 weiter gemessen und überwacht.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist 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
    • DE 102012005979 B4 [0005]

Claims (10)

  1. Batteriesystem (7) für ein Elektrofahrzeug, umfassend mindestens zwei Batteriestränge (6) und ein Batteriesteuergerät (70) zum Steuern der mindestens zwei Batteriestränge (6), wobei jeder der Batteriestränge (6) mindestens ein Batteriemodul (5) umfasst, und wobei das mindestens eine Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2), welche eine Schnellentladevorrichtung (20) aufweist, und ein Modulsteuergerät (50) zum Steuern der mindestens einen Batteriezelle (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Batteriestränge (6) jeweils ein Strommesser (61) vorgesehen ist, welcher eine Größe eines in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) und eine Richtung des in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) an mindestens ein Steuergerät (50, 70) sendet, und dass jeder der Batteriestränge (6) jeweils eine Trenneinrichtung (62) zum Abschalten des Batteriestrangs (6) umfasst, welche von mindestens einem Steuergerät (50, 70) ansteuerbar ist.
  2. Batteriesystem (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Messung einer an den Batteriesträngen (6) anliegenden Spannung vorgesehen sind.
  3. Batteriesystem (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Batteriemodul (5) einen Deformationssensor (51) umfasst, welcher das Batteriemodul (5) überwacht, und welcher im Fall eines Fehlers eine Aktivierung aller Schnellentladevorrichtungen (20) der Batteriezellen (2) des Batteriemoduls (5) veranlasst.
  4. Batteriesystem (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesteuergerät (70), die Modulsteuergeräte (50) und die Strommesser (61) über eine Datenleitung (30) miteinander kommunizieren.
  5. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems (7) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung (20) in jedem der Batteriestränge (6) jeweils von einem Strommesser (61) eine Größe eines in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) und eine Richtung des in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) an mindestens ein Steuergerät (50, 70) gesendet werden, und in jedem der Batteriestränge (6) die Trenneinrichtung (62) von mindestens einem Steuergerät (50, 70) angesteuert wird, wenn der Strom (I) ein Ladestrom ist und mindestens während einer ersten Zeitdauer fließt, oder wenn der Strom (I) ein Entladestrom ist und mindestens während einer zweiten Zeitdauer fließt, wobei die zweite Zeitdauer größer ist als die erste Zeitdauer.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Trenneinrichtung (62) ausschließlich dann angesteuert wird, wenn die Größe einer durch den in dem Batteriestrang (6) fließenden Strom (I) transportierten Ladungsmenge einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung (20) zunächst eine an jedem der Batteriestränge (6) anliegende Spannung gemessen wird, und wobei die Trenneinrichtung (62) ausschließlich dann angesteuert wird, wenn die an dem Batteriestrang (6) anliegende Spannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei nach Aktivierung mindestens einer Schnellentladevorrichtung (20) ein Steuersignal an das Batteriesteuergerät (70) und/oder an die Modulsteuergeräte (50) gesendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Batteriesteuergerät (70) und/oder die Modulsteuergeräte (50) ausgeschaltet werden, wenn die Größe des in dem Batteriestrang (6) fließenden Stroms (I) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.
  10. Elektrofahrzeug, umfassend mindestens ein Batteriesystem (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9 betrieben wird.
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