DE102018209657A1 - Method and device for switching on and / or off battery modules for the energy supply of an electrically powered means of transportation - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen (M1, M2) für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln von ersten Zustandsinformationen eines ersten Batteriemoduls (M1), Ermitteln von zweiten Zustandsinformationen eines zweiten Batteriemoduls (M2), Abgleichen der ersten und zweiten Zustandsinformationen mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste Batteriemodul (M1) und das zweite Batteriemodul (M2), und in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder einer vordefinierten Betriebsstrategie Ausführen eines Betriebsmodus, in welchem das erste Batteriemodul (M1) und das zweite Batteriemodul (M2) in Form einer Parallelschaltung zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben, oder Ausführen eines Betriebsmodus, in welchem eines der Batteriemodule (M1, M2) zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt und das jeweils andere der Batteriemodule (M1, M2) abgeschaltet wird oder abgeschaltet bleibt.

Figure DE102018209657A1_0000
The present invention relates to a method and a device for connecting and / or disconnecting battery modules (M1, M2) for supplying energy to an electrically powered means of transportation. The method comprises the steps: determining first status information of a first battery module (M1), determining second status information of a second battery module (M2), comparing the first and second status information with predefined connection conditions for the first battery module (M1) and the second battery module (M2) ), and depending on the predefined connection conditions and / or a predefined operating strategy, executing an operating mode in which the first battery module (M1) and the second battery module (M2) are connected or remain connected in the form of a parallel connection, or executing an operating mode in which one of the battery modules (M1, M2) is switched on or remains switched on and the other of the battery modules (M1, M2) is switched off or remains switched off.
Figure DE102018209657A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Energieversorgung für ein elektrisch angetriebenes Kleinfahrzeug.The present invention relates to a method and a device for switching on and / or off battery modules for supplying energy to an electrically powered means of transportation. In particular, the present invention relates to an energy supply for an electrically driven small vehicle.

In elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmitteln, wie Elektro- (Cargo-) Bikes, Elektrorollern oder Kleinfahrzeugen (z.B. Shuttle-Fahrzeuge) werden meist kleine Batteriespannungen von 48 V - 60 V eingesetzt. Für den Fall, dass das Batteriesystem aus Li-Ion-Zellen aufgebaut ist, werden i.d.R. 12-16 Zellen seriell miteinander verschaltet und bilden somit einen Strang aus Zellen aus. Eine geeignete Anzahl von Strängen wird in diesem Zusammenhang parallel verschaltet, um einen gewünschten Strom und damit eine gewünschte Leistung aus der Batterie entnehmen zu können. Die Gesamtheit der Stränge bildet wiederum ein Batteriemodul. Aufgrund bauraumbedingter Einschränkungen werden häufig mehrere einzelne Module eingesetzt (z.B. zwei Module bei Zweirädern oder Dreirädern), die parallel verschaltet werden. Diese werden im Stand der Technik gleichzeitig geladen bzw. entladen. Für den Fall, dass beispielsweise eine Betriebsbereitschaft eines einzelnen Moduls nicht gegeben ist (z.B. im Fehlerfall) muss das nicht betriebsbereite Modul von den betriebsbereiten Modulen getrennt werden und ggf. ersetzt werden, da das Fortbewegungsmittel ansonsten nicht bewegt werden kann. Wird die Betriebsbereitschaft im Stand der Technik zu einem späteren Zeitpunkt hergestellt, oder wird der Fehler automatisch geheilt, ist es im Stand der Technik nicht mehr möglich, das Modul zuzuschalten.In electrically powered means of transportation, such as electric (cargo) bikes, electric scooters or small vehicles (e.g. shuttle vehicles), mostly small battery voltages of 48 V - 60 V are used. In the event that the battery system is made up of Li-ion cells, usually 12-16 cells are connected together in series and thus form a string of cells. In this context, a suitable number of strings is connected in parallel in order to be able to take a desired current and thus a desired power from the battery. The entirety of the strands in turn forms a battery module. Due to space restrictions, several individual modules are often used (e.g. two modules for two-wheelers or three-wheelers) that are connected in parallel. In the prior art, these are loaded or unloaded simultaneously. In the event that, for example, a single module is not ready for operation (e.g. in the event of a fault), the module that is not ready for operation must be separated from the ready-to-use modules and replaced if necessary, otherwise the means of transportation cannot be moved. If the operational readiness is established at a later point in time in the state of the art, or if the error is healed automatically, it is no longer possible in the state of the art to switch on the module.

US20170054134A1 beschreibt ein Batteriesystem bestehend aus einer ersten Batterie, einer zweiten Batterie und einem Batteriemanager. Die erste Batterie ist über einen ersten Modulschalter, der sich in einem geschlossenen Schaltzustand befindet, zwischen einen ersten und einen zweiten Knoten geschaltet. Die zweite Batterie verfügt ebenfalls über einen Modulschalter, der sich in einem offenen Schaltzustand befindet. Der Batteriemanager erfasst eine Spannung der ersten und der zweiten Batterie und einen Strom, der zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten fließt, um anhand der Spannung der ersten Batterie und des Stroms eine Leerlaufspannung der ersten Batterie zu ermitteln. In Abhängigkeit einer hinreichenden Übereinstimmung der Spannung der zweiten Batterie und der ermittelten Leerlaufspannung der ersten Batterie kann das zweite Batteriemodul in Form einer Parallelschaltung mit dem ersten Batteriemodul verbunden werden. US20170054134A1 describes a battery system consisting of a first battery, a second battery and a battery manager. The first battery is connected between a first and a second node via a first module switch, which is in a closed switching state. The second battery also has a module switch, which is in an open switching state. The battery manager detects a voltage of the first and second batteries and a current that flows between the first and second nodes in order to determine an open circuit voltage of the first battery based on the voltage of the first battery and the current. Depending on a sufficient correspondence between the voltage of the second battery and the determined open circuit voltage of the first battery, the second battery module can be connected to the first battery module in the form of a parallel connection.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels vor, um zwei Batteriemodule während, bzw. vor einem Fahrbetrieb des Fortbewegungsmittels unter Berücksichtigung notwendiger Randbedingungen schnellstmöglich miteinander zu verschalten, wobei auch ein Betrieb basierend auf nur einem der Batteriemodule ermöglicht wird.The present invention proposes a method for connecting and / or disconnecting battery modules for an energy supply of an electrically powered means of transportation in order to interconnect two battery modules as quickly as possible while or before driving the means of transportation, taking into account necessary boundary conditions, operation also being based on only one of the battery modules.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Verfahren zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels in einem ersten Schritt ein Ermitteln von ersten Zustandsinformationen eines ersten Batteriemoduls und in einem zweiten Schritt ein Ermitteln von zweiten Zustandsinformationen eines zweiten Batteriemoduls vor. Die Energieversorgung des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels kann insbesondere eine Energieversorgung für eine elektrische Maschine und bevorzugt eine Energieversorgung für einen Elektromotor eines Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels sein. Im Sinne einer vereinfachten Beschreibung orientiert sich die nachfolgende Beschreibung konkret an einem Elektromotor des Antriebsstrangs des Fortbewegungsmittels, ohne das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung darauf zu beschränken.According to a first aspect of the present invention, the method for switching on and / or switching off battery modules for an energy supply of an electrically driven means of transport sees in a first step determining first status information of a first battery module and in a second step determining second status information of a second Battery module. The energy supply of the electrically driven means of transportation can in particular be an energy supply for an electric machine and preferably an energy supply for an electric motor of a drive train of the means of transportation. In the sense of a simplified description, the following description is based specifically on an electric motor of the drive train of the means of transportation, without restricting the field of application of the method and the device according to the invention to it.

Das Fortbewegungsmittel kann beispielsweise ein Elektro- (Cargo-) Bike, ein Elektroroller oder ein Kleinfahrzeug sein, insbesondere kann es ein Fortbewegungsmittel sein, welches in einem Betriebsspannungsbereich von 48 V - 60 V betrieben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt, sondern kann darüber hinaus auch im Zusammenhang mit Hochvoltfahrzeugen eingesetzt werden, die insbesondere mit einer Spannung von 380 V bis 800 V betrieben werden.The means of transportation can be, for example, an electric (cargo) bike, an electric scooter or a small vehicle; in particular, it can be a means of transportation that is operated in an operating voltage range of 48 V - 60 V. However, the method according to the invention is not limited to this area of application, but can also be used in connection with high-voltage vehicles which are operated in particular at a voltage of 380 V to 800 V.

Die ersten und zweiten Zustandsinformationen können u.a. jeweils Informationen über eine Spannung und/oder einen Ladezustand (SOC) und/oder einen Entladestrom und/oder eine Temperatur und/oder einen Gesundheitszustand des ersten und zweiten Batteriemoduls umfassen. Diese Informationen können beispielsweise mittels einer im ersten und zweiten Batteriemodul angeordneten ersten und zweiten Sensorik erfasst werden, die jeweils mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit informationstechnisch verbunden sein kann. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), im Feld programmierbare Logik-Gatter-Anordnung (FPGA), Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, analoge Schaltung o.ä., ausgestaltet und informationstechnisch an eine Speichereinheit angebunden sein. Die durch die erste und zweite Sensorik erzeugten und von einem Dateneingang der Auswerteeinheit empfangenen Signale, die beispielsweise digitale Daten repräsentieren, können mittels eines durch die Auswerteeinheit ausgeführten Computerprogramms ausgewertet, in der Speichereinheit abgelegt und im Anschluss durch die Auswerteeinheit weiter verarbeitet werden. Das Computerprogramm kann darüber hinaus auch eine erfindungsgemäße Betriebsstrategie zum Zu- und/oder Abschalten der Batteriemodule umfassen. Die Auswerteeinheit selbst kann wiederum ein Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein, die neben der Auswerteeinheit auch eine Leistungselektronik umfassen kann, welche in Verbindung mit der Auswerteeinheit eingerichtet ist, das erste und das zweite Batteriemodul für die Energieversorgung des Fortbewegungsmittels zu- und/oder abzuschalten. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit über einen Datenausgang der Auswerteeinheit mit einem Steuereingang der Leistungselektronik informationstechnisch verbunden sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist bevorzugt außerhalb des ersten und zweiten Batteriemoduls angeordnet, so dass sich zum einen eine evtl. hohe Temperaturentwicklung in den Batteriemodulen nicht oder nur in geringem Maße auf die erfindungsgemäße Vorrichtung auswirkt und zum anderen ein Entfernen des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls aus dem Gesamtsystem ermöglicht wird, ohne dass gleichzeitig die erfindungsgemäße Vorrichtung als Steuervorrichtung entfernt wird. Die Möglichkeit zum Entfernen des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn mindestens eines der Batteriemodule abseits des Fortbewegungsmittels geladen werden soll, oder eines der Batteriemodule einen Defekt aufweist, so dass dieses aus dem Gesamtsystem entfernt und/oder ausgetauscht werden kann.The first and second status information may include information about a voltage and / or a state of charge (SOC) and / or a discharge current and / or a temperature and / or a health status of the first and second battery modules. This information can be acquired, for example, by means of a first and second sensor system arranged in the first and second battery module, which can each be connected to an evaluation unit according to the invention in terms of information technology. The evaluation unit can be, for example, an application-specific integrated circuit (ASIC), a logic gate arrangement (FPGA) programmable in the field, Processor, digital signal processor, microcontroller, analog circuit or the like, configured and connected to a storage unit in terms of information technology. The signals generated by the first and second sensors and received by a data input of the evaluation unit, which represent, for example, digital data, can be evaluated by means of a computer program executed by the evaluation unit, stored in the memory unit and then further processed by the evaluation unit. The computer program may also include an operating strategy according to the invention for switching the battery modules on and / or off. The evaluation unit itself can in turn be a component of a device according to the invention, which in addition to the evaluation unit can also include power electronics, which, in conjunction with the evaluation unit, is set up to switch the first and second battery modules on and / or off for the energy supply of the means of transport. For this purpose, the evaluation unit can be connected to a control input of the power electronics via a data output of the evaluation unit. The device according to the invention is preferably arranged outside the first and second battery modules, so that, on the one hand, a possibly high temperature development in the battery modules has no or only a slight effect on the device according to the invention and, on the other hand, removal of the first and / or second battery module the overall system is made possible without simultaneously removing the device according to the invention as a control device. The possibility of removing the first and / or second battery module can be particularly advantageous if at least one of the battery modules is to be charged away from the means of transportation, or if one of the battery modules has a defect, so that it is removed from the overall system and / or replaced can.

Zu diesem Zweck können das erste und zweite Batteriemodul beispielsweise in einem Einschubgehäuse des Fortbewegungsmittels angeordnet werden, welches eingerichtet ist, jeweilige Kontaktierungsanschlüsse des ersten und zweiten Batteriemoduls im eingeschobenen Zustand der Module in das Einschubgehäuse mit jeweiligen Kontaktierungsanschlüssen des Einschubgehäuses zu verbinden. Die Kontaktierungsanschlüsse des Einschubgehäuses können wiederum mittels einer geeigneten Verdrahtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgegennahme der elektrischen Energie aus dem ersten und/oder zweiten Batteriemodul verbunden sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise im oder am Einschubgehäuse, oder auch abseits des Einschubgehäuses angeordnet sein.For this purpose, the first and second battery modules can be arranged, for example, in a slide-in housing of the means of transportation, which is set up to connect respective contacting connections of the first and second battery modules when the modules are inserted into the slide-in housing with respective contacting connections of the slide-in housing. The contacting connections of the plug-in housing can in turn be connected to the device according to the invention for receiving the electrical energy from the first and / or second battery module by means of suitable wiring. The device according to the invention can be arranged, for example, in or on the slide-in housing or also away from the slide-in housing.

In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die ersten und zweiten Zustandsinformationen mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste und zweite Batteriemodul abgeglichen und in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder einer vordefinierten Betriebsstrategie wird ein Betriebsmodus ausgeführt, in welchem das erste und zweite Batteriemodul in Form einer Parallelschaltung zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben, oder es wird ein Betriebsmodus ausgeführt, in welchem eines der Batteriemodule zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt und das jeweils andere der Batteriemodule abgeschaltet wird oder abgeschaltet bleibt. D.h. mit anderen Worten, dass die erfindungsgemäße Auswerteeinheit auf Basis des Computerprogramms in der Lage ist, vordefinierte Zuschaltbedingungen auszuwerten und diese mit den empfangenen ersten und zweiten Zustandsinformationen abzugleichen. Die vordefinierten Zuschaltbedingungen können z.B. in Form eines Zuschaltbedingungen repräsentierenden Datensatzes in der an die Auswerteeinheit angebunden Speichereinheit abgelegt sein und von dort mittels des Computerprogramms ausgelesen und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Die Zuschaltbedingungen können beispielsweise Schwellwerte (z.B. für einen maximal zulässigen Entladestrom der Batteriemodule) oder zulässige Wertebereiche (z.B. für einen zulässigen Betriebstemperaturbereich) für die ersten und zweiten Zustandsinformationen bzw. aus den ersten und zweiten Zustandsinformationen abgeleitete Werte sein. Für den Fall, dass sowohl das erste, als auch das zweite Batteriemodul sämtliche vordefinierten Zuschaltbedingungen erfüllt, kann mittels des auf der Auswerteeinheit ausgeführten Computerprogramms ein paralleles Zuschalten beider Batteriemodule für die Energieversorgung eines Verbrauchers des Fortbewegungsmittels (z.B. für einen Elektromotor) veranlasst werden, sofern diese noch nicht zugeschaltet waren. Für den Fall, dass eines der Batteriemodule die vordefinierten Zustandsbedingungen nicht erfüllt, kann dieses durch die Auswerteeinheit vom Verbraucher getrennt werden bzw. im nicht zugeschalteten Zustand belassen werden. Alternativ zur Auswahl eines jeweiligen Betriebsmodus auf Basis der vordefinierten Zuschaltbedingungen kann auch eine mittels des Computerprogramms umgesetzte vordefinierte Betriebsstrategie für die Auswahl des jeweiligen Betriebsmodus herangezogen werden. Die Betriebsstrategie kann beispielsweise ein kurzfristiges Über- bzw. Unterschreiten der Schwellwerte und/oder Wertebereiche für die vordefinierten Zuschaltbedingungen vorsehen, um beispielsweise bei einer Steigungsfahrt des Fortbewegungsmittels kurzfristig eine höhere Leistung zur Verfügung stellen zu können. Des Weiteren kann die Betriebsstrategie einen Zu- und/oder Abschaltvorgang für das erste und/oder zweite Batteriemodul in Abhängigkeit von zusätzlichen Randbedingungen verzögern oder beschleunigen. Darüber hinaus kann die Betriebsstrategie beliebige weitere Ziele verfolgen, die mittels eines durch das Computerprogramm umgesetzten Algorithmus' erreicht werden können. Ferner können unterschiedliche vordefinierte Betriebsstrategien in der Auswerteeinheit umgesetzt sein, die in Abhängigkeit entsprechender Randbedingungen umgeschaltet werden können.In a third step of the method according to the invention, the first and second status information are compared with predefined connection conditions for the first and second battery modules and, depending on the predefined connection conditions and / or a predefined operating strategy, an operating mode is carried out in which the first and second battery modules are in the form of a Parallel connection are switched on or remain switched on, or an operating mode is carried out in which one of the battery modules is switched on or remains switched on and the other of the battery modules is switched off or remains switched off. In other words, on the basis of the computer program, the evaluation unit according to the invention is able to evaluate predefined connection conditions and to compare them with the received first and second status information. The predefined connection conditions can be stored, for example in the form of a data record representing connection conditions, in the memory unit connected to the evaluation unit and can be read out from there by means of the computer program and fed to further processing. The connection conditions can be, for example, threshold values (for example for a maximum permissible discharge current of the battery modules) or permissible value ranges (for example for a permissible operating temperature range) for the first and second status information or values derived from the first and second status information. In the event that both the first and the second battery module meet all predefined connection conditions, the computer program executed on the evaluation unit can be used to connect both battery modules in parallel for the energy supply of a consumer of the means of transport (for example, for an electric motor), provided that these were not yet switched on. In the event that one of the battery modules does not meet the predefined status conditions, this can be separated from the consumer by the evaluation unit or left in the non-connected state. As an alternative to selecting a respective operating mode on the basis of the predefined connection conditions, a predefined operating strategy implemented by means of the computer program can also be used for the selection of the respective operating mode. The operating strategy can, for example, provide for the short-term exceeding or falling short of the threshold values and / or value ranges for the predefined connection conditions, in order, for example, to be able to provide a higher output in the short term when the means of transport are climbing. Furthermore, the operating strategy can delay or accelerate a connection and / or disconnection process for the first and / or second battery module depending on additional boundary conditions. About that In addition, the operating strategy can pursue any other goals that can be achieved by means of an algorithm implemented by the computer program. Furthermore, different predefined operating strategies can be implemented in the evaluation unit, which can be switched over depending on corresponding boundary conditions.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Zu- und/oder Abschalten der Batteriemodule während eines Fahrbetriebs des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels erfolgen. D.h., dass ein Fahrbetrieb, der beispielsweise aufgrund einer zu hohen Ladezustandsdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul zunächst nur mit dem ersten Batteriemodul aufgenommen wurde (welches in diesem Fall über einen höheren Ladezustand verfügen kann) im Laufe einer Fahrt auf einen Betrieb unter Verwendung beider Batteriemodule umgeschaltet werden kann, sobald sich die jeweiligen Ladezustände aufgrund der mit der Verwendung des ersten Batteriemoduls einhergehenden Entladung angeglichen haben. Da zum Zeitpunkt des Zusammenschaltens des ersten und zweiten Batteriemoduls zur Vermeidung von Beschädigungen der hierfür eingesetzten elektrischen Schalter und der Batteriemodule nur ein geringer oder bevorzugt kein Entladestrom fließen sollte, kann die Betriebsstrategie vorsehen, dass die beiden Batteriemodule trotz einer bereits vorliegenden, hinreichenden Annäherung ihrer jeweiligen Ladezustände erst dann zusammengeschaltet werden, wenn der Entladestrom in einem Nichtbelastungszustand oder in einem Zustand geringer Belastung der Batteriemodule geringer ist, als ein vordefinierter Wert. Dies kann zum Beispiel während eines Haltens an einer Ampel oder im Zuge einer Bergabfahrt des Fortbewegungsmittels der Fall sein.In a further advantageous embodiment of the present invention, the battery modules can be switched on and / or off while the electrically powered means of transport is in operation. That is to say, driving operation which, for example, was initially only started with the first battery module (which in this case can have a higher charging state) due to an excessively high state of charge difference between the first battery module and the second battery module, during operation while using Both battery modules can be switched over as soon as the respective charge states have adjusted due to the discharge associated with the use of the first battery module. Since at the time of the interconnection of the first and second battery modules in order to avoid damage to the electrical switches and the battery modules used for this purpose, little or preferably no discharge current should flow, the operating strategy can provide that the two battery modules despite an already existing, sufficient approximation of their respective ones Charging states are only interconnected when the discharge current is less than a predefined value in a no-load state or in a state of low load on the battery modules. This can be the case, for example, when stopping at a traffic light or during a downhill descent of the means of transportation.

Wie bereits oben beschrieben, kann die Betriebsstrategie für ein Angleichen unterschiedlicher Ladezustände im ersten Batteriemodul und im zweiten Batteriemodul bevorzugt eine vorübergehende alleinige Verwendung desjenigen Batteriemoduls vorsehen, welches über einen höheren Ladezustand verfügt. Auf diese Weise können die Ladezustände durch einen Verbrauch von elektrischer Energie aus demjenigen Batteriemodul mit dem zunächst höheren Ladezustand soweit angeglichen werden, dass diese durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einem geeigneten Zeitpunkt zusammengeschaltet werden können.As already described above, the operating strategy for matching different charge states in the first battery module and in the second battery module can preferably provide temporary sole use of the battery module which has a higher charge state. In this way, the states of charge can be adjusted by consuming electrical energy from the battery module with the initially higher state of charge to such an extent that they can be interconnected at a suitable time by the device according to the invention.

Die beschriebenen Zuschaltbedingungen für das erste und zweite Batteriemodul, die in Form eines Datensatzes in der an die Auswerteeinheit angebundenen Speichereinheit abgelegt sein können, können beispielsweise ein Einhalten eines vordefinierten Temperaturbereichs für das erste und zweite Batteriemodul und/oder einer vordefinierten maximalen Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Batteriemodul und/oder einer vordefinierten maximalen Ladezustandsdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Batteriemodul und/oder eines vordefinierten maximalen Entladestroms im ersten Batteriemodul und/oder im zweiten Batteriemodul und/oder eines vordefinierten Gesundheitszustandes des ersten Batteriemoduls und/oder des zweiten Batteriemoduls umfassen. The described connection conditions for the first and second battery module, which can be stored in the form of a data record in the memory unit connected to the evaluation unit, can for example comply with a predefined temperature range for the first and second battery module and / or a predefined maximum voltage difference between the first and comprise second battery module and / or a predefined maximum state of charge difference between the first and second battery module and / or a predefined maximum discharge current in the first battery module and / or in the second battery module and / or a predefined health state of the first battery module and / or the second battery module.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weitere Verfahrensschritte umfassen, die im Folgenden beschrieben werden. In einem fünften Schritt kann ein sensorisches Ermitteln eines vordefinierten Ereignisses durchgeführt werden. Ein solches vordefiniertes Ereignis kann beispielsweise das Betätigen eines Bedienelementes durch einen Fahrer des Fortbewegungsmittels, ein mittels einer weiteren Sensorik erfasstes Ereignis im Umfeld des Fortbewegungsmittels, oder ein Empfangen vordefinierter Informationen durch die Auswerteinheit darstellen. Eine solche vordefinierte Information kann beispielsweise eine Routeninformation eines Navigationssystems des Fortbewegungsmittels sein, welches informationstechnisch mit der Auswerteeinheit verbunden sein kann. Diese Information kann z.B. eine Information über eine dem Fortbewegungsmittel vorausliegende Steigung entlang einer aktuellen Route des Fortbewegungsmittels sein. Da eine solche Steigung bevorzugt durch eine maximale Antriebsleistung des Antriebsstrangs bewältigt werden soll, kann eine solche an die Auswerteeinheit übertragene Information dazu verwendet werden, dass die Auswerteeinheit in einem sechsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die vordefinierte Betriebsstrategie im Ansprechenden darauf anpasst. D.h., dass eine vor der Anpassung verwendete vordefinierte Betriebsstrategie beispielsweise ein vollständiges, striktes Einhalten aller vordefinierter Zuschaltbedingungen erforderte, während eine an ein jeweiliges Ereignis angepasste Betriebsstrategie z.B. ein vorübergehendes Nicht-Einhalten einer oder mehrerer Zuschaltbedingungen erlauben kann. Auf diese Weise kann durch das Anpassen der Betriebsstrategie ein Zusammenschalten des ersten und zweiten Batteriemoduls zum Zwecke einer maximalen Leistungsentnahme ermöglicht werden, auch wenn eines der beiden Batteriemodule aufgrund einer oder mehrerer nicht eingehaltener Zuschaltbedingungen vor dem Auftreten des vordefinierten Ereignisses nicht zugeschaltet war.In addition, in a further advantageous embodiment, the method according to the invention can include further method steps, which are described below. In a fifth step, sensory determination of a predefined event can be carried out. Such a predefined event can represent, for example, the actuation of an operating element by a driver of the means of transportation, an event recorded in the environment of the means of transportation by means of a further sensor system, or a reception of predefined information by the evaluation unit. Such predefined information can, for example, be route information from a navigation system of the means of transportation, which information information can be connected to the evaluation unit. This information can e.g. be information about a slope ahead of the means of transportation along a current route of the means of transportation. Since such a slope is preferably to be managed by a maximum drive power of the drive train, such information transmitted to the evaluation unit can be used for the evaluation unit to adapt the predefined operating strategy in response to this in a sixth step of the method according to the invention. This means that a pre-defined operating strategy used before the adjustment required, for example, complete, strict compliance with all pre-defined connection conditions, while an operating strategy adapted to a respective event e.g. may allow temporary non-compliance with one or more connection conditions. In this way, by adapting the operating strategy, an interconnection of the first and second battery modules can be made possible for the purpose of maximum power consumption, even if one of the two battery modules was not connected before the occurrence of the predefined event due to one or more non-compliant connection conditions.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels unter Berücksichtigung einer vordefinierten Vorlaufzeit mittels einer Ausgabe eines optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Hinweises über ein Zu- und/oder Abschalten des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls informiert werden. Ein solcher optischer Hinweis kann beispielsweise das Ausgeben einer Hinweismeldung in einem Display des Fortbewegungsmittels sein, ein solcher akustischer Hinweis kann beispielsweise das Ausgeben eines Hinweistons über ein Audiosystem des Fortbewegungsmittels sein und ein solcher haptischer Hinweis kann beispielsweise durch eine Vibration eines Lenkrads oder eines Sitzes des Fortbewegungsmittels ausgegeben werden. Die vordefinierte Vorlaufzeit kann sich beispielsweise in einem Bereich von mehreren Sekunden bewegen, so dass sich der Benutzer des Fortbewegungsmittels rechtzeitig auf die Änderung des Betriebsmodus' und eine damit einhergehende Leistungsänderung des Antriebs des Fortbewegungsmittels einstellen kann. Die Vorlaufzeit kann dem Benutzer darüber hinaus eine Möglichkeit bieten, eine auf diese Weise angekündigte Änderung eines Betriebsmodus' durch eine Betätigung eines vordefinierten Bedienelementes temporär oder dauerhaft zu unterbinden.In a further advantageous embodiment of the present invention, a user of the electrically powered means of transportation can take into account a predefined one Be informed of an activation and / or deactivation of the first and / or second battery module by means of an output of an optical and / or acoustic and / or haptic indication. Such a visual indication can be, for example, the output of an advisory message on a display of the means of transportation, such an acoustic indication can be, for example, the output of an advisory tone via an audio system of the means of transportation and such a haptic indication can be, for example, a vibration of a steering wheel or a seat of the means of transportation be issued. The predefined lead time can move, for example, in a range of several seconds, so that the user of the means of transportation can adjust in good time to the change in the operating mode and an associated change in performance of the drive of the means of transportation. The lead time can also offer the user a possibility of temporarily or permanently preventing a change in an operating mode announced in this way by actuating a predefined control element.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass zahlreiche Varianten und Kombinationen der oben genannten vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung denkbar sind und dass eine bevorzugte Betriebsstrategie beispielsweise ein frühestmögliches Zuschalten des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls unter gleichzeitig größtmöglicher Einhaltung der vordefinierten Zuschaltbedingungen umfassen kann.In summary, it can be stated that numerous variants and combinations of the above-mentioned advantageous embodiment of the present invention are conceivable and that a preferred operating strategy can include, for example, the earliest possible connection of the first and / or second battery module while at the same time maintaining the predefined connection conditions as much as possible.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann einen Dateneingang, eine Auswerteeinheit und einen Datenausgang umfassen. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, analoge Schaltung o.ä., ausgestaltet und informationstechnisch an eine Speichereinheit angebunden sein. Die Auswerteeinheit kann darüber hinaus eingerichtet sein, in Verbindung mit dem Dateneingang mittels einer ersten Sensorik erste Zustandsinformationen eines ersten Batteriemoduls und mittels einer zweiten Sensorik zweite Zustandsinformationen eines zweiten Batteriemoduls zu ermitteln. Die durch die erste und zweite Sensorik erzeugten und durch den Dateneingang der Auswerteeinheit empfangenen Signale können mittels eines durch die Auswerteeinheit ausgeführten Computerprogramms ausgewertet, in der Speichereinheit abgelegt und im Anschluss weiter verarbeitet werden. Das Computerprogramm kann darüber hinaus eine erfindungsgemäße Betriebsstrategie zum Zu- und/oder Abschalten der Batteriemodule umsetzen. Ferner kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, die ersten und zweiten Zustandsinformationen mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste und zweite Batteriemodul abzugleichen und in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder einer vordefinierten Betriebsstrategie in Verbindung mit dem Datenausgang einen Betriebsmodus ausführen, in welchem das erste Batteriemodul und das zweite Batteriemodul in Form einer Parallelschaltung zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben, oder einen Betriebsmodus ausführen, in welchem eines der Batteriemodule zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt und das jeweils andere der Batteriemodule abgeschaltet wird oder abgeschaltet bleibt.According to a second aspect of the present invention, a device for switching on and / or switching off battery modules for supplying energy to an electrically driven means of transportation is proposed. The device can comprise a data input, an evaluation unit and a data output. The evaluation unit can be designed, for example, as an ASIC, FPGA, processor, digital signal processor, microcontroller, analog circuit or the like, and can be connected to a storage unit in terms of information technology. In addition, the evaluation unit can be set up to determine first status information of a first battery module by means of a first sensor system and second status information of a second battery module by means of a second sensor system in connection with the data input. The signals generated by the first and second sensors and received by the data input of the evaluation unit can be evaluated by means of a computer program executed by the evaluation unit, stored in the storage unit and then processed further. The computer program can also implement an operating strategy according to the invention for switching the battery modules on and / or off. Furthermore, the evaluation unit can be set up to compare the first and second status information with predefined connection conditions for the first and second battery modules and, depending on the predefined connection conditions and / or a predefined operating strategy in connection with the data output, to execute an operating mode in which the first battery module and the second battery module in the form of a parallel connection are switched on or remain switched on, or execute an operating mode in which one of the battery modules is switched on or remains switched on and the other of the battery modules is switched off or remains switched off.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:

  • 1 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
  • 2 ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Aufbaus einer Energieversorgung eines Elektromotors eines Fortbewegungsmittels;
  • 3 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Energieversorgung eines Elektromotors eines Fortbewegungsmittels;
  • 4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Leistungselektronik zur Ansteuerung eines Elektromotors eines Fortbewegungsmittels in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 5 eine Übersicht über Schaltzustände einer Leistungselektronik zur Ansteuerung eines Elektromotors eines Fortbewegungsmittels gemäß einer beispielhaften Betriebsstrategie.
Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing. Show:
  • 1 a flow diagram illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention;
  • 2 a block diagram of a conventional structure of a power supply of an electric motor of a means of transportation;
  • 3 a block diagram of an inventive construction of a power supply for an electric motor of a means of transportation;
  • 4 a circuit diagram of a power electronics according to the invention for controlling an electric motor of a means of transportation in connection with a device according to the invention; and
  • 5 an overview of switching states of a power electronics for controlling an electric motor of a means of transportation according to an exemplary operating strategy.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen M1, M2 für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels, wobei das Fortbewegungsmittel in dieser Ausführungsform ein E-Bike darstellt. Im Schritt 100 werden mittels einer Auswerteinheit 10, die auf einem Mikrocontroller basiert, erste Zustandsinformationen des ersten Batteriemoduls M1 in Verbindung mit einer an einen Dateneingang 12 der Auswerteeinheit 10 informationstechnisch angebundenen ersten Sensorik 30 ermittelt. Im Schritt 200 werden zweite Zustandsinformationen des zweiten Batteriemoduls M2 mittels einer an den Dateneingang 12 der Auswerteinheit 10 informationstechnisch angebundenen zweiten Sensorik 40 ermittelt. Die durch die erste Sensorik 30 und die zweite Sensorik 40 erfassten und durch die Auswerteeinheit 10 ermittelten Zustandsinformationen umfassen jeweils eine Temperatur, einen Ladezustand, eine Spannung, einen Entladestrom und einen Gesundheitszustand des ersten Batteriemoduls M1 und des zweiten Batteriemoduls M2. Die ersten und zweiten Zustandsinformationen werden im Schritt 300 mittels eines durch die Auswerteeinheit 10 ausgeführten Computerprogramms mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste Batteriemodul M1 und das zweite Batteriemodul M2 abgeglichen. Die Zuschaltbedingungen umfassen Schwellwerte und/oder Wertebereiche für zulässige Betriebsbereiche der jeweiligen Zustandsinformationen. Diese Schwellwerte und/oder Wertebereiche sind in Form eines Datensatzes in einer an die Auswerteeinheit 10 informationstechnisch angebundenen Speichereinheit 20 abgelegt und werden mittels des Computerprogramms aus der Speichereinheit 20 ausgelesen und verarbeitet. Im Schritt 400 wird durch die Auswerteeinheit 10 in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und einer aktuellen Betriebsstrategie ein Betriebsmodus gewählt, in welchem aufgrund einer zu hohen Temperatur des zweiten Batteriemoduls M2 die Auswerteinheit 10 zunächst nur das erste Batteriemodul M1 zur Energieversorgung des Elektromotors EM zuschaltet. Dies führt zu einer entsprechend reduzierten Leistung des elektrischen Antriebs des E-Bikes. Aufgrund einer herannahenden Steigung entlang einer durch das E-Bike befahrenen Strecke betätigt ein Fahrer des E-Bikes ein vordefiniertes Bedienelement des E-Bikes, welches zur manuellen Anpassung der Betriebsstrategie des E-Bikes vorgesehen ist. Das vordefinierte Bedienelement ist über den Dateneingang 12 mit der Auswerteeinheit 10 informationstechnisch verbunden, so dass die Auswerteeinheit 10 im Schritt 500 in der Lage ist, die Betätigung des vordefinierten Bedienelementes zu ermitteln. Im Ansprechen auf die ermittelte Betätigung des Bedienelementes wird die aktuelle Betriebsstrategie durch die Auswerteeinheit 10 im Schritt 600 derart angepasst, dass das zweite Batteriemodul M2 trotz einer nach wie vor erhöhten Betriebstemperatur für einen kurzen, vordefinierten Zeitraum zum ersten Batteriemodul M1 parallel geschaltet wird, so dass die vorausliegende Steigung aufgrund der damit einhergehenden größeren zur Verfügung stehenden Leistung leichter bewältigt werden kann. 1 shows a flow diagram illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention for switching on and / or off battery modules M1 . M2 for a power supply of an electrically powered means of transportation, the means of transportation in this embodiment being an e-bike. In step 100 using an evaluation unit 10 , which is based on a microcontroller, first status information of the first battery module M1 in connection with one to a data input 12 the evaluation unit 10 first sensor technology connected 30 determined. In step 200 become second status information of the second battery module M2 by means of a to the data input 12 the evaluation unit 10 second sensor technology connected 40 determined. The first sensor technology 30 and the second sensor system 40 recorded and by the evaluation unit 10 State information determined in each case comprises a temperature, a state of charge, a voltage, a discharge current and a state of health of the first battery module M1 and the second battery module M2 , The first and second status information are in the step 300 by means of an evaluation unit 10 executed computer program with predefined connection conditions for the first battery module M1 and the second battery module M2 adjusted. The connection conditions include threshold values and / or value ranges for permissible operating ranges of the respective status information. These threshold values and / or value ranges are in the form of a data record in a to the evaluation unit 10 storage unit connected by information technology 20 stored and are from the memory unit by means of the computer program 20 read out and processed. In step 400 is by the evaluation unit 10 depending on the predefined connection conditions and a current operating strategy, an operating mode is selected in which, due to an excessively high temperature of the second battery module M2 the evaluation unit 10 initially only the first battery module M1 switches on the energy supply of the electric motor EM. This leads to a correspondingly reduced power of the electric drive of the e-bike. Due to an approaching incline along a route traveled by the e-bike, a driver of the e-bike actuates a predefined control element of the e-bike, which is provided for manual adaptation of the operating strategy of the e-bike. The predefined control element is via the data input 12 with the evaluation unit 10 information technology connected so that the evaluation unit 10 in step 500 is able to determine the actuation of the predefined control element. In response to the determined actuation of the control element, the current operating strategy is carried out by the evaluation unit 10 in step 600 adjusted so that the second battery module M2 despite a still elevated operating temperature for a short, predefined period of time for the first battery module M1 is connected in parallel so that the slope ahead can be mastered more easily due to the associated greater available power.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Aufbaus einer Energieversorgung eines Elektromotors EM eines Fortbewegungsmittels. Die Energieversorgung besteht aus einem ersten Batteriemodul M1, einem zweiten Batteriemodul M2 und einer Leistungselektronik LE, die eine Inverter-Funktionalität zur Ansteuerung des Elektromotors EM umfasst. Das erste Batteriemodul M1 und das zweite Batteriemodul M2 sind mittels einer elektrischen Verbindung parallel geschaltet und speisen die durch sie abgegebene elektrische Energie gemeinsam über einen gemeinsamen Eingang der Leistungselektronik LE in die Leistungselektronik LE zum Betreiben des Elektromotors EM ein. 2 shows a block diagram of a conventional structure of a power supply of an electric motor EM a means of transportation. The energy supply consists of a first battery module M1 , a second battery module M2 and power electronics LE that have an inverter functionality to control the electric motor EM includes. The first battery module M1 and the second battery module M2 are connected in parallel by means of an electrical connection and feed the electrical energy they emit together through a common input of the power electronics LE into power electronics LE to operate the electric motor EM on.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Aufbaus einer Energieversorgung eines Elektromotors EM eines Fortbewegungsmittels. In diesem Fall besteht die Energieversorgung wiederum aus einem ersten Batteriemodul M1 und einem zweiten Batteriemodul M2 und einer Leistungselektronik LE, die eine Inverter-Funktionalität zur Ansteuerung des Elektromotors EM umfasst. Im Unterschied zum in 2 beschriebenen herkömmlichen Aufbau der Energieversorgung des Elektromotors EM sind das erste Batteriemodul M1 und das zweite Batteriemodul M2 über separate Eingänge der Leistungselektronik LE mit der Leistungselektronik LE elektrisch verbunden. Auf diese Weise ist die Leistungselektronik LE in der Lage, neben der Inverter-Funktionalität in Abhängigkeit einer Betriebsstrategie auch eine Funktionalität für ein unabhängiges Zu- und/oder Abschalten des ersten Batteriemoduls M1 und/oder des zweiten Batteriemoduls M2 zu realisieren. 3 shows a block diagram of an inventive construction of a power supply for an electric motor EM a means of transportation. In this case, the energy supply again consists of a first battery module M1 and a second battery module M2 and power electronics LE that have an inverter functionality to control the electric motor EM includes. In contrast to in 2 described conventional structure of the power supply of the electric motor EM are the first battery module M1 and the second battery module M2 via separate inputs of the power electronics LE with the power electronics LE electrically connected. In this way, the power electronics LE able, in addition to the inverter functionality as a function of an operating strategy, also functionality for independent switching on and / or off of the first battery module M1 and / or the second battery module M2 to realize.

4 zeigt ein Schaltbild einer Leistungselektronik LE zur Ansteuerung eines Elektromotors EM eines Fortbewegungsmittels in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Leistungselektronik LE umfasst eine Mehrzahl von Schaltern, die in Form einer Mehrzahl von MOSFETs S1-S18 ausgebildet ist und in Verbindung mit einer Mehrzahl von zu den jeweiligen MOSFETs S1-S18 korrespondierenden Dioden eingerichtet ist, in einem Dreiphasensystem einen Elektromotor EM über einen Anschlusspunkt AP1 (1. Phase), einen Anschlusspunkt AP2 (2. Phase) und einen Anschlusspunkt AP3 (3. Phase) des Elektromotors EM anzusteuern. Die dargestellte Schaltung der Leistungselektronik LE realisiert zwei grundlegende Funktionen: zum einen bietet sie die Möglichkeit, das erste Batteriemodul M1 und das zweite Batteriemodul M2 in Abhängigkeit einer Betriebsstrategie und/oder vordefinierter Zustandsbedingungen parallel zu verschalten und zum anderen realisiert sie eine Inverter-Funktionalität zur Ansteuerung des Elektromotors EM. Wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben, bietet der hier gezeigte erfindungsgemäße Aufbau den Vorteil, dass das Fortbewegungsmittel bei einer Fehlfunktion in einem der Batteriemodule M1, M2 oder in einem zu den Batteriemodulen M1, M2 korrespondierenden Teil des Inverters auf Basis der elektrischen Energie aus nur einem der Batteriemodule M1, M2 bei entsprechend verringerter Leistung weiterbetrieben werden kann. Die Ansteuerung der Mehrzahl von MOSFETs S1-18 erfolgt durch eine in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen Auswerteinheit 10. Die Auswerteinheit 10 ist in dieser Ausführungsform ein Mikrocontroller, der eingerichtet ist, in Verbindung mit einer an der Auswerteeinheit 10 angebunden Speichereinheit 20 ein Computerprogramm auszuführen, welches eine Logik der Betriebsstrategie implementiert. Mittels eines Datenausgangs 14 der Auswerteeinheit 10 ist die Auswerteeinheit 10 jeweils über separate Leitungen mit Steuereingängen der MOSFETs S1-S18 informationstechnisch verbunden, so dass die MOSFETs S1-S18 durch die Auswerteeinheit 10 in Übereinstimmung mit der Betriebsstrategie unabhängig voneinander geschaltet werden können. Darüber hinaus ist die Auswerteeinheit 10 mittels eines Dateneingangs 12 eingerichtet, in Verbindung mit einer ersten Sensorik 30 erste Zustandsinformationen des ersten Batteriemoduls M1 und in Verbindung mit einer zweiten Sensorik 40 zweite Zustandsinformationen des zweiten Batteriemoduls M2 in Form digitaler Signale zu empfangen. Die ersten und zweiten Zustandsinformationen werden gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren durch das Computerprogramm der Auswerteeinheit 10 mit in der Speichereinheit 20 abgelegten, vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder der Betriebsstrategie abgeglichen, um im Ansprechen darauf einen aktuellen Betriebsmodus für den Antrieb des Fortbewegungsmittels auszuwählen. 4 shows a circuit diagram of a power electronics LE to control an electric motor EM a means of transportation in connection with a device according to the invention. The power electronics LE includes a plurality of switches in the form of a plurality of MOSFETs S1 - S18 is formed and in connection with a plurality of to the respective MOSFETs S1 - S18 Corresponding diodes, an electric motor is set up in a three-phase system EM via a connection point AP1 (1st phase), a connection point AP2 (2nd phase) and a connection point AP3 (3rd phase) of the electric motor EM head for. The circuit of the power electronics shown LE realizes two basic functions: on the one hand, it offers the possibility of the first battery module M1 and the second battery module M2 depending on an operating strategy and / or predefined status conditions, to be connected in parallel and, on the other hand, it implements an inverter functionality for controlling the electric motor EM , As related to 3 described, the construction according to the invention shown here offers the advantage that the means of transportation in the event of a malfunction in one of the battery modules M1 . M2 or in one to the battery modules M1 . M2 corresponding part of the inverter based on the electrical energy from only one of the battery modules M1 . M2 can continue to be operated with a correspondingly reduced output. Driving the majority of MOSFETs S1 - 18 is carried out by an evaluation unit contained in a device according to the invention 10 , The evaluation unit 10 is one in this embodiment Microcontroller that is set up in connection with one on the evaluation unit 10 connected storage unit 20 execute a computer program that implements logic of the operating strategy. By means of a data output 14 the evaluation unit 10 is the evaluation unit 10 each via separate lines with control inputs of the MOSFETs S1 - S18 information technology connected, so the MOSFETs S1 -S18 by the evaluation unit 10 can be switched independently of each other in accordance with the operating strategy. In addition, the evaluation unit 10 by means of a data input 12 set up in connection with a first sensor system 30 first status information of the first battery module M1 and in connection with a second sensor system 40 second status information of the second battery module M2 in the form of digital signals. According to the inventive method described above, the first and second status information are generated by the computer program of the evaluation unit 10 with in the storage unit 20 stored, predefined connection conditions and / or the operating strategy in order to select a current operating mode in response to the drive of the means of transportation.

Zur Erläuterung der Funktionalität der vorgeschlagenen Schaltung der Leistungselektronik LE werden im Folgenden Beispielschaltzustände der Leistungselektronik LE erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Mehrzahl von MOSFETs S1-S18, sofern nicht anderweitig beschrieben, in den nachfolgenden Beispielen jeweils in einem ausgeschalteten Zustand befindet.To explain the functionality of the proposed circuit of the power electronics LE The following are example switching states of power electronics LE explained. It should be noted that the majority of MOSFETs S1 - S18 unless otherwise described, is in the examples below in a switched-off state.

Für den Fall, dass nur das Batteriemodul M1 Energie für den Antrieb des Elektromotors EM liefern soll, werden durch die Auswerteinheit 10 die MOSFETs S1 und S5 eingeschaltet, so dass ein Strom aus dem Batteriemodul M1 vom Pluspol des Batteriemoduls M1 über die MOSFETs S1 und S5 in den Anschlusspunkt AP1 des Elektromotors EM fließt. Über den Elektromotor EM fließt der Strom zurück zum Minuspol des Batteriemoduls M1. Der Rückfluss erfolgt über die Anschlusspunkte AP2 und AP3, indem der Strom über die zum MOSFET S11 korrespondierende Diode und über den eingeschalteten MOSFET S8 bzw. über die zum MOSFET S17 korrespondierende Diode und über den eingeschalteten MOSFET S14 zurückfließt.In the event that only the battery module M1 The evaluation unit is intended to supply energy for driving the electric motor EM 10 the MOSFETs S1 and S5 turned on so that a current from the battery module M1 from the positive pole of the battery module M1 about the MOSFETs S1 and S5 in the connection point AP1 of the electric motor EM flows. About the electric motor EM the current flows back to the negative pole of the battery module M1 , The backflow takes place via the connection points AP2 and AP3 by passing the current over to the mosfet S11 corresponding diode and via the switched on MOSFET S8 or via the to the MOSFET S17 corresponding diode and via the switched on MOSFET S14 flowing back.

Für den Fall, dass sowohl das Batteriemodul M1, als auch das Batteriemodul M2 gleichzeitig Energie für den Antrieb liefern sollen, werden durch die Auswerteinheit 10 die MOSFETs S1, S5 und S3 eingeschaltet und der Strom fließt über die zum MOSFET S6 korrespondierende Diode in den Elektromotor EM. Über die zum MOSFET S11 korrespondierende Diode und den eingeschalteten MOSFET S8 bzw. über die eingeschalteten MOSFETs S12 und S10, sowie über die zum MOSFET S17 korrespondierende Diode und den eingeschalteten MOSFET S14 bzw. über die eingeschalteten MOSFETs S18 und S16 fließt der Strom zurück zu den Batteriemodulen M1 und M2.In the event that both the battery module M1 , as well as the battery module M2 The evaluation unit is intended to supply energy for the drive at the same time 10 the MOSFETs S1 . S5 and S3 turned on and the current flows over to the MOSFET S6 corresponding diode in the electric motor EM. About that to the MOSFET S11 corresponding diode and the switched-on MOSFET S8 or via the switched-on MOSFETs S12 and S10 , as well as over to the MOSFET S17 corresponding diode and the switched-on MOSFET S14 or via the switched-on MOSFETs S18 and S16 the current flows back to the battery modules M1 and M2 ,

5 zeigt eine tabellarische Übersicht über Schaltzustände einer Leistungselektronik LE zur Ansteuerung eines Elektromotors EM eines Fortbewegungsmittels gemäß einer beispielhaften Betriebsstrategie. Der obere Teil von 5 veranschaulicht eine Kurve (durchgezogene Linie) eines Ladezustands (SOC) des ersten Batteriemoduls M1 und des zweiten Batteriemoduls M2 (gestrichelte Linie) in Abhängigkeit der Zeit t. Der dargestellte Zeitraum setzt sich aus einer Mehrzahl unmittelbar aufeinanderfolgender Betriebsphasen P1-P8 zusammen, die jeweils in Abhängigkeit der Betriebsstrategie gewählte Schaltzustände einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit 10 repräsentieren. Die Auswerteeinheit 10 ist eingerichtet, in Verbindung mit einem Datenausgang 14 die in 4 beschriebenen MOSFETs S1-S18 in Übereinstimmung mit der Betriebsstrategie zu schalten. Die Betriebsstrategie ist in Form eines mittels der Auswerteeinheit 10 ausgeführten Computerprogramms implementiert. Durch die Auswerteeinheit 10 werden die Schaltzustände Z1, Z2 und Z3 der Leistungselektronik realisiert, wobei im Schaltzustand Z1 nur das Batteriemodul M1, im Schaltzustand Z2 nur das Batteriemodul M2 und im Schaltzustand M3 beide Batteriemodule M1, M2 für einen Antrieb des Fortbewegungsmittels verwendet wird bzw. werden. Der untere Teil von 5 stellt eine tabellarische Übersicht über die in den jeweiligen Betriebsphasen P1-P8 angewendeten Schaltzustände Z1-Z3 entlang der Zeitachse t dar. Des Weiteren stellt die Tabelle die für die jeweilige Betriebsphase P1-P8 gewünschte Verwendung der jeweiligen Batteriemodule M1, M2 (nur M1, oder nur M2, oder M1 und M2) und die in der jeweiligen Betriebsphase P1-P8 tatsächliche Verwendung der jeweiligen Batteriemodule M1, M2 gemäß der Betriebsstrategie dar. Darüber hinaus sind die an einem Stromfluss der Leistungselektronik LE in der jeweiligen Betriebsphase P1-P8 beteiligten MOSFETs S1-S18 und mit den MOSFETs S1-S18 korrespondierende Dioden dargestellt („1“ steht in der Tabelle für den Zustand „MOSFET eingeschaltet“, „D“ steht in der Tabelle für einen Stromfluss über die zum jeweiligen MOSFET korrespondierende Diode). 5 shows a tabular overview of switching states of power electronics LE to control an electric motor EM a means of transportation according to an exemplary operating strategy. The upper part of 5 illustrates a curve (solid line) of a state of charge (SOC) of the first battery module M1 and the second battery module M2 (dashed line) as a function of time t. The time period shown is made up of a plurality of operating phases that follow one another immediately P1 - P8 together, the switching states of an evaluation unit according to the invention selected depending on the operating strategy 10 represent. The evaluation unit 10 is set up in connection with a data output 14 in the 4 described MOSFETs S1 - S18 to switch in accordance with the operating strategy. The operating strategy is in the form of an evaluation unit 10 implemented computer program implemented. By the evaluation unit 10 are the switching states Z1 . Z2 and Z3 the power electronics realized, being in the switching state Z1 only the battery module M1 , in the switching state Z2 only the battery module M2 and in the switching state M3 both battery modules M1 . M2 is used for driving the means of transportation. The lower part of 5 provides a tabular overview of those in the respective operating phases P1 - P8 applied switching states Z1 - Z3 along the time axis t. Furthermore, the table shows those for the respective operating phase P1 - P8 desired use of the respective battery modules M1 . M2 (just M1 , or just M2 , or M1 and M2 ) and in the respective operating phase P1 - P8 actual use of the respective battery modules M1 . M2 according to the operating strategy. In addition, they are connected to a current flow of the power electronics LE in the respective operating phase P1 - P8 involved MOSFETs S1 - S18 and with the MOSFETs S1 - S18 corresponding diodes are shown ("1" stands for "MOSFET switched on" in the table, "D" stands for a current flow in the table via the diode corresponding to the respective MOSFET).

In diesem Beispiel beschreibt die Betriebsphase P1 einen Beginn eines Fahrbetriebs des Fortbewegungsmittels, wobei ein Ladezustand (SOC) des ersten Batteriemoduls M1 in einem Ausmaß höher ist, als ein Ladezustand des zweiten Batteriemodul M2, so dass ein paralleles Verschalten der beiden Batteriemodule mittels der Leistungselektronik LE in dieser Phase nicht möglich ist. Aus diesem Grund sieht eine Betriebsstrategie in dieser Phase einen Fahrbetrieb ausschließlich durch die Verwendung des ersten Batteriemoduls M1 vor. Aufgrund der Verwendung des ersten Batteriemoduls M1 nähert sich durch den Energieverbrauch im Batteriemodul M1 der Ladezustand zwischen den beiden Batteriemodulen M1, M2 in der Betriebsphase P2 soweit an, dass die Betriebsstrategie ein Zusammenschalten der Batteriemodule M1, M2 gegen Ende der Betriebsphase P2 vorsieht. Die Schaltzustände zwischen der Betriebsphase P2 und der Betriebsphase P3 unterscheiden sich lediglich in der zum MOSFET S6 korrespondierenden Diode. Erst wenn die Spannung des ersten Batteriemoduls M1 gleich der Spannung des zweiten Batteriemoduls M2 minus der Durchlassspannung der zum MOSFET S6 korrespondierenden Diode ist, schaltet diese durch und die beiden Batteriemodule M1, M2 stellen daraufhin gemeinsam die Antriebsenergie für den Elektromotor EM zur Verfügung.This example describes the operating phase P1 a start of a driving operation of the means of transportation, wherein a state of charge (SOC) of the first battery module M1 is to an extent higher than a state of charge of the second battery module M2 , so that a parallel connection of the two battery modules by means of the power electronics LE is not possible in this phase. This is why an operational strategy sees this phase a driving operation exclusively through the use of the first battery module M1 in front. Due to the use of the first battery module M1 approaches due to the energy consumption in the battery module M1 the state of charge between the two battery modules M1 . M2 in the operational phase P2 to the extent that the operating strategy involves interconnecting the battery modules M1 . M2 towards the end of the operating phase P2 provides. The switching states between the operating phase P2 and the operating phase P3 differ only in that to the MOSFET S6 corresponding diode. Only when the voltage of the first battery module M1 equal to the voltage of the second battery module M2 minus the forward voltage to the MOSFET S6 corresponding diode, it switches through and the two battery modules M1 . M2 then jointly provide the drive energy for the electric motor EM to disposal.

In der Betriebsphase P3 werden beide Batteriemodule M1, M2 in einer Parallelschaltung gleichzeitig verwendet. Aufgrund einer zu hohen Temperaturentwicklung im zweiten Batteriemodul M2 in der Betriebsphase P4 wird dieses zur Vermeidung von Schäden am zweiten Batteriemodul M2 gemäß der Betriebsstrategie vom Verbraucher getrennt, so dass der Fahrbetrieb in der Betriebsphase P4 nur auf Basis der Energie des ersten Batteriemoduls M1 durchgeführt wird. In der Betriebsphase P5 ist das zweite Batteriemodul M2 soweit abgekühlt, dass dieses wieder zur Energieentnahme hinzugeschaltet werden kann. Damit sich die Ladezustände zwischen dem ersten Batteriemodul M1 und dem zweiten Batteriemodul M2 für ein erneutes paralleles Zusammenschalten wieder annähern können, wird in der Betriebsphase P5 die Energieentnahme vom ersten Batteriemodul M1 auf das zweite Batteriemodul M2 umgeschaltet. Die Betriebsphasen P6 bis P8 werden analog zur vorangegangenen Beschreibung anhand der Betriebsstrategie ausgeführt.In the operating phase P3 will both battery modules M1 . M2 used simultaneously in a parallel connection. Due to excessive temperature development in the second battery module M2 in the operational phase P4 this will prevent damage to the second battery module M2 separated from the consumer according to the operating strategy, so that the driving operation in the operating phase P4 only based on the energy of the first battery module M1 is carried out. In the operating phase P5 is the second battery module M2 cooled so far that it can be switched on again for energy consumption. So that the charge levels between the first battery module M1 and the second battery module M2 for a renewed parallel interconnection will be in the operating phase P5 the energy withdrawal from the first battery module M1 to the second battery module M2 switched. The operating phases P6 to P8 are carried out analogous to the previous description based on the operating strategy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 20170054134 A1 [0003]US 20170054134 A1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen (M1, M2) für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels umfassend die Schritte: • Ermitteln (100) von ersten Zustandsinformationen eines ersten Batteriemoduls (M1), • Ermitteln (200) von zweiten Zustandsinformationen eines zweiten Batteriemoduls (M2), und • Abgleichen (300) der ersten und zweiten Zustandsinformationen mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste Batteriemodul (M1) und zweite Batteriemodul (M2), und in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder einer vordefinierten Betriebsstrategie ◯ Ausführen (400) eines Betriebsmodus, in welchem das erste Batteriemodul (M1) und zweite Batteriemodul (M2) in Form einer Parallelschaltung zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben, oder ◯ Ausführen (400) eines Betriebsmodus, in welchem eines der Batteriemodule (M1, M2) zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt und das jeweils andere der Batteriemodule (M1, M2) abgeschaltet wird oder abgeschaltet bleibt.Method for switching on and / or off battery modules (M1, M2) for supplying energy to an electrically powered means of transportation, comprising the steps: Determining (100) first status information of a first battery module (M1), • Determining (200) second status information of a second battery module (M2), and • Comparison (300) of the first and second status information with predefined connection conditions for the first battery module (M1) and second battery module (M2), and depending on the predefined connection conditions and / or a predefined operating strategy ◯ executing (400) an operating mode in which the first battery module (M1) and second battery module (M2) are connected or remain connected in the form of a parallel connection, or ◯ Execution (400) of an operating mode in which one of the battery modules (M1, M2) is switched on or remains switched on and the other of the battery modules (M1, M2) is switched off or remains switched off. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zu- und/oder Abschalten des ersten Batteriemoduls (M1) und/oder des zweiten Batteriemoduls (M2) während eines Fahrbetriebs des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels erfolgt.Procedure according to Claim 1 , The switching on and / or switching off of the first battery module (M1) and / or the second battery module (M2) takes place while the electrically powered means of transport is in operation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Zustandsinformationen insbesondere • eine Temperatur und/oder • eine Spannung und/oder • einen Ladezustand und/oder • einen Entladestrom und/oder • einen Gesundheitszustand des ersten Batteriemoduls (M1) und/oder des zweiten Batteriemoduls (M2) umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the first and second status information in particular • a temperature and / or • a tension and / or • a state of charge and / or • a discharge current and / or • comprise a state of health of the first battery module (M1) and / or the second battery module (M2). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im Falle eines Einzelbetriebs eines der Batteriemodule (m1, M2) bevorzugt dasjenige Batteriemodul (M1, M2) zugeschaltet wird, welches den höheren Ladezustand und/oder die höhere Spannung aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein in the case of individual operation of one of the battery modules (m1, M2), that battery module (M1, M2) which has the higher state of charge and / or the higher voltage is preferably connected. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zuschaltbedingungen derart definiert sind, dass sie ein Einhalten • eines vordefinierten Temperaturbereichs für das erste Batteriemodul (M1) und das zweite Batteriemodul (M2) und/oder • einer vordefinierten maximalen Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul (M1) und dem zweiten Batteriemodul (M2) und/oder • einer vordefinierten maximalen Ladezustandsdifferenz zwischen dem ersten Batteriemodul (M1) und dem zweiten Batteriemodul (M2) und/oder • eines vordefinierten maximalen Entladestroms im ersten Batteriemodul (M1) und/oder im zweiten Batteriemodul (M2) und/oder • eines vordefinierten Gesundheitszustandes des ersten Batteriemoduls (M1) und/oder des zweiten Batteriemoduls (M2) umfassen.Method according to one of the preceding claims, wherein the connection conditions are defined such that they comply • a predefined temperature range for the first battery module (M1) and the second battery module (M2) and / or • a predefined maximum voltage difference between the first battery module (M1) and the second battery module (M2) and / or • a predefined maximum state of charge difference between the first battery module (M1) and the second battery module (M2) and / or • a predefined maximum discharge current in the first battery module (M1) and / or in the second battery module (M2) and / or • include a predefined health status of the first battery module (M1) and / or the second battery module (M2). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend die Schritte: • sensorisches Ermitteln (500) eines vordefinierten Ereignisses und in Abhängigkeit des Ereignisses • Anpassen (600) der vordefinierten Betriebsstrategie.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: • Sensory determination (500) of a predefined event and depending on the event • Adapting (600) the predefined operating strategy. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vordefinierte Betriebsstrategie ein frühestmögliches Zuschalten des ersten Batteriemoduls (M1) und/oder zweiten Batteriemoduls (M2) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the predefined operating strategy comprises switching on the first battery module (M1) and / or second battery module (M2) as early as possible. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Benutzer des elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels unter Berücksichtigung einer vordefinierten Vorlaufzeit mittels einer Ausgabe eines optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Hinweises über ein Zu- und/oder Abschalten des ersten Batteriemoduls (M1) und/oder zweiten Batteriemoduls (M2) informiert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a user of the electrically powered means of transportation taking into account a predefined lead time by means of outputting an optical and / or acoustic and / or haptic indication that the first battery module (M1) and / or is switched on and / or off second battery module (M2) is informed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fortbewegungsmittel ein Kleinfahrzeug ist und insbesondere in einem Betriebsspannungsbereich von 48 V - 60 V betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the means of transportation is a small vehicle and is operated in particular in an operating voltage range of 48 V - 60 V. Vorrichtung zum Zu- und/oder Abschalten von Batteriemodulen (M1, M2) für eine Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Fortbewegungsmittels umfassend • einen Dateneingang (12), • eine Auswerteeinheit (10) und • einen Datenausgang (14), wobei die Auswerteeinheit (10) eingerichtet ist, • in Verbindung mit dem Dateneingang (12) ◯ erste Zustandsinformationen eines ersten Batteriemoduls (M1), und ◯ zweite Zustandsinformationen eines zweiten Batteriemoduls (M2) zu ermitteln, • die ersten und zweiten Zustandsinformationen mit vordefinierten Zuschaltbedingungen für das erste Batteriemodul (M1) und das zweite Batteriemodul (M2) abzugleichen, und in Abhängigkeit der vordefinierten Zuschaltbedingungen und/oder einer vordefinierten Betriebsstrategie • in Verbindung mit dem Datenausgang (12) einen Betriebsmodus auszuführen, in welchem das erste Batteriemodul (M1) und das zweite Batteriemodul (M2) in Form einer Parallelschaltung zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben oder einen Betriebsmodus auszuführen, in welchem eines der Batteriemodule (M1, M2) zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt und das jeweils andere der Batteriemodule (M1, M2) abgeschaltet wird oder abgeschaltet bleibt.Device for switching on and / or switching off battery modules (M1, M2) for supplying energy to an electrically powered means of transportation, comprising • a data input (12), • an evaluation unit (10) and • a data output (14), the evaluation unit (10) is set up, • in connection with the data input (12) to determine ◯ first status information of a first battery module (M1), and ◯ second status information of a second battery module (M2), • the first and second status information with predefined connection conditions for the first battery module (M1 ) and the second battery module (M2), and depending on the predefined connection conditions and / or a predefined operating strategy • in conjunction with the data output (12) to execute an operating mode in which the first battery module (M1) and the second battery module (M2) in the form of a parallel connection be switched on or remain switched on or to carry out an operating mode in which one of the battery modules (M1, M2) is switched on or remains switched on and the other of the battery modules (M1, M2) is switched off or remains switched off.
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