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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem für eine Batterievorrichtung, insb. eine Traktionsbatterie eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, mit einer Anzahl von Batteriezellen. Insb. betrifft die Erfindung ein Batteriemanagementsystem zum Betreiben und/oder zum Überwachen der genannten Batterievorrichtung.
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Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
- Batterievorrichtungen, insb. Traktionsbatterien von Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen, mit einer Anzahl von Batteriezellen sind bekannt.
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Batteriemanagementsysteme für die genannten Batterievorrichtungen, insb. zum Betreiben und/oder zum Überwachen der genannten Batterievorrichtungen, sind ebenfalls bekannt.
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Dabei umfassen die Batteriemanagementsysteme eine Steuerschaltung als eine übergeordnete zentrale Steuerelektronik zum Betreiben der Batterievorrichtung, die in der Regel von den Batteriezellen der Batterievorrichtung körperlich getrennt bzw. räumlich beabstandet angeordnet sind. Außerdem umfassen die Batteriemanagementsysteme eine oder mehrere Zellenelektronikeinheiten bspw. zum Überwachen der Zellspannung und/oder der Zelltemperatur der Batteriezellen, die in der Regel in, an oder auf den jeweiligen Batteriezellen oder Batteriezellengruppen angeordnet sind und mit diesen auch elektrisch verbunden sind. Die Steuerschaltung und die Zellenelektronikeinheiten sind in der Regel zur Daten- und Steuersignalübertragung miteinander mittels elektrischer Verdrahtung verbunden.
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Wie bei allen technischen Vorrichtungen besteht auch bei dem Batteriemanagementsystem die allgemeine Anforderung, dieses energiesparsamer zu konstruieren und in einfacher Weise kostengünstig herzustellen.
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Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der ein Batteriemanagementsystem in einfacher Weise kostengünstig hergestellt werden kann, das zudem einen niedrigen Energieverbrauch aufweist.
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Beschreibung der Erfindung:
- Diese Aufgabe wird durch Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung wird ein Batteriemanagementsystem für eine Batterievorrichtung mit einer Anzahl von Batteriezellen (insb. einer Traktionsbatterie eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs), insb. zum Betreiben und/oder zum Überwachen der Batterievorrichtung, bereitgestellt.
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Das Batteriemanagementsystem umfasst eine Steuerschaltung zum Betreiben (insb. einschließlich zum Überwachen) der Batterievorrichtung.
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Das Batteriemanagementsystem umfasst ferner mindestens eine batteriezellenseitige Zellenelektronikeinheit zum Überwachen (des Zustandes) mindestens einer der Batteriezellen.
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Dabei weist die Steuerschaltung eine erste Funksendeeinheit zum Absenden von Signalen an die mindestens eine Zellenelektronikeinheit auf.
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Analog weist die mindestens eine Zellenelektronikeinheit eine erste Funkempfangseinheit zum Empfangen der Signale von der ersten Funksendeeinheit auf.
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Die Steuerschaltung ist ferner eingerichtet, über die erste Funksendeeinheit eine erste elektromagnetische Welle mit einer vorgegebenen elektrischen (Sende-)Leistung an die erste Funkempfangseinheit zu senden.
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Die mindestens eine Zellenelektronikeinheit ist ferner eingerichtet, über die erste Funkempfangseinheit die übertragene erste elektromagnetische Welle zu empfangen und bei einem Wechsel von einem Ruhemodus in ein Betriebsmodus mit der elektrischen Leistung der ersten Welle versorgt zu werden.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bei einem Batteriemanagementsystem elektrische Verbindungen bzw. elektrische Verdrahtung zwischen der in der Regel von den Batteriezellen körperlich getrennt bzw. räumlich beabstandet angeordneten Steuerschaltung und den in, an oder auf den Batteriezellen angeordneten, in den jeweiligen Batteriezellen integrierten Zellenelektronikeinheiten mit einem hohen Fertigungs- und Reparaturaufwand verbunden sind und entsprechend hohe Herstellungs- und Wartungskosten verursachen.
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Insb. bei einem Batteriemanagementsystem für Hochvolt-Traktionsbatterie eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs mit einer hohen Anzahl von Batteriezellen ist der Verdrahtungsaufwand enorm hoch. Außerdem schränkt die hohe Anzahl von elektrischen Verbindungen die Flexibilität in der Konstruktion des Batteriemanagementsystems bzw. der Traktionsbatterie ein.
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Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, werden die elektrischen Verbindungen über die Verdrahtung durch drahtlose Funkverbindungen ersetzt, wobei die Daten- und Steuersignalübertragung zwischen der Steuerschaltung und den Zellenelektronikeinheiten mittels Funksignalen und somit drahtlos erfolgt.
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Hierzu weist die Steuerschaltung eine erste Funksendeeinheit zum Absenden von Daten- bzw. Steuersignalen an die Zellenelektronikeinheiten auf. Analog weisen die Zellenelektronikeinheiten jeweils eine erste Funkempfangseinheit zum Empfangen der Daten- bzw. Steuersignale von der ersten Funksendeeinheit auf. Die Datenübertragung zwischen der Steuerschaltung einerseits und den Zellenelektronikeinheiten andererseits erfolgt dann mittels der ersten Funksendeeinheit und den ersten Funkempfangseinheiten. Dadurch entfällt die aufwendige und kostenintensive Verdrahtung zwischen der Steuerschaltung und den Zellenelektronikeinheiten.
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In einem Betriebsmodus der Batterievorrichtung erhalten die Zellenelektronikeinheiten die für ihre Funktion erforderliche elektrische Leistung von den jeweiligen Batteriezellen, mit denen die Zellenelektronikeinheiten jeweils elektrisch verbunden sind.
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In einem Ruhemodus der Batterievorrichtung stellen die Batterievorrichtung bzw. die Batteriezellen zum Schutz der Batteriezellen vor Tiefentladung keine elektrische Leistung mehr bereit. Währen des Ruhemodus der Batterievorrichtung werden die Zellenelektronikeinheiten in der Regel auch in ein Ruhemodus versetzt, in dem diese keine Funktionen mehr durchführen und somit auch keine elektrische Leistung mehr verbrauchen.
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Sollen die Batterievorrichtung bzw. die Batteriezellen von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus gewechselt werden, so müssen die Zellenelektronikeinheiten in der Regel ebenfalls, und insb. zeitlich vor der Batterievorrichtung bzw. den Batteriezellen, von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus „aufgeweckt“ werden. Die zum „Aufwecken“ benötigte elektrische Leistung können die Zellenelektronikeinheiten jedoch nicht von der Batterievorrichtung bzw. den Batteriezellen entnehmen, da hierzu die Batterievorrichtung bzw. die Batteriezellen sich bereits in dem Betriebsmodus befinden müssen.
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Durch Wegfall der Verdrahtung zwischen der Steuerschaltung und den Zellenelektronikeinheiten entfällt auch die Stromverbindung zwischen der Steuerschaltung einerseits und den Zellenelektronikeinheiten andererseits, über die die Zellenelektronikeinheiten von der Steuerschaltung die zum Wechsel von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus erforderliche elektrische Leistung zur Versorgung der Zellenelektronikeinheiten erhalten können.
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Um sich aus diesem Dilemma zu befreien, ist das Batteriemanagementsystem eingerichtet, über die erste Funksendeeinheit der Steuerschaltung, die auch in einem Ruhemodus von einer externen elektrischen Energiequelle, bspw. einer 12 Volt Batterievorrichtung, mit Strom versorgt wird, eine erste elektromagnetische Welle (ähnlich einem Wecksignal) mit einer vorgegebenen elektrischen (Sende-)Leistung an die ersten Funkempfangseinheiten der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten zu senden. Diese Leistung wird zumindest temporär zur Versorgung der Zellenelektronikeinheiten verwendet, insb. während des Wechsels von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus.
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Analog sind die Zellenelektronikeinheiten eingerichtet, über die jeweiligen ersten Funkempfangseinheiten die von der Steuerschaltung gesendete elektromagnetische Welle zu empfangen und mittels der in dieser Welle enthaltenen, elektrischen Leistung von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus „aufzuwachen“ (wechseln).
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Damit ermöglichen die erste Funksendeeinheit der zentralen Steuerschaltung und die ersten Funkempfangseinheiten der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten, die in ihren jeweiligen primären Funktionen zur Daten- und Steuersignalübertragung dienen, während der Aufweckphase der Zellenelektronikeinheiten von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus eine Leistungs- bzw. Energieübertragung von der Steuerschaltung an die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten. Die „zum Aufwecken der Zellenelektronikeinheiten“ erforderliche elektrische Leistung wird somit von der Steuerschaltung an die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten über die Funkverbindung drahtlos übertragen. Die Leistungsübertragung erfolgt insb. zur Stromversorgung für die Zellenelektronikeinheiten während des Wechsels von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus. Die erste Funksendeeinheit und die ersten Funkempfangseinheiten stellen somit sicher, dass die Zellenelektronikeinheiten auch ohne die elektrische Energie der jeweiligen Batteriezellen von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus zuverlässig „aufgeweckt“ werden.
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Dadurch können sowohl die Zellenelektronikeinheiten als auch die Batterievorrichtung bzw. die Batteriezellen (bspw. nach Abstellen des Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs), insb. vollständig, in den Ruhemodus versetzt werden, in dem die Zellenelektronikeinheiten keine elektrische Leistung von der Batterievorrichtung bzw. den Batteriezellen abnehmen. Dadurch kann der Verbrauch an der in den Batteriezellen gespeicherten elektrischen Energie durch die Zellenelektronikeinheiten (insb. in dem Ruhemodus) reduziert werden und folglich auch der Risiko einer Tiefentladung bei den Batteriezellen wirksam begrenzt werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Batterievorrichtung erhöht werden.
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Nach dem „Aufwachen“ führen die erste Funksendeeinheit und die ersten Funkempfangseinheiten ihre jeweiligen primären Funktionen durch, nämlich die Daten- und Steuersignalübertragung zwischen der Steuerschaltung und den jeweiligen Zellenelektronikeinheiten mittels Absenden und Empfangen von Daten- und Steuersignalen.
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Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der ein Batteriemanagementsystem in einfacher Weise kostengünstig hergestellt werden kann, das zudem einen niedrigen Energieverbrauch aufweist. Insb. können die in, an oder auf den Batteriezellen angeordneten, zellenseitigen Zellenelektronikeinheiten in einem Ruhezustand der jeweiligen Batteriezellen trotz der fehlenden Verdrahtung zu der zentralen Steuerschaltung und somit trotz fehlender drahtgebundener Stromversorgung zuverlässig aus einem Ruhezustand in einen Betriebszustand „aufgeweckt“ werden.
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Insb. ist die mindestens eine batteriezellenseitige Zellenelektronikeinheit auch eingerichtet, auf ein Signalbefehl der übergeordneten zentralen Steuerschaltung hin die mindestens eine Batteriezelle zu betreiben.
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Bspw. ist die Steuerschaltung ferner eingerichtet, über die erste Funksendeeinheit die erste elektromagnetische Welle mit einer ersten Datenübertragungsrate von 0 Bit pro Sekunde (Bit/s) zu übertragen.
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Bspw. ist die mindestens eine Zellenelektronikeinheit ferner eingerichtet, in dem Ruhemodus vollständig deaktiviert zu werden, sodass diese in dem Ruhemodus von den Batteriezellen keine elektrische Leistung entnimmt.
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Bspw. ist die mindestens eine Zellenelektronikeinheit ferner eingerichtet, nach dem Wechsel von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus die für deren Funktion im Betriebsmodus erforderliche elektrische Leistung von den Batteriezellen zu entnehmen.
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Bspw. ist die Steuerschaltung ferner eingerichtet, in dem Betriebsmodus der mindestens einen Zellenelektronikeinheit über die erste Funksendeeinheit eine zweite elektromagnetische Welle mit einer zweiten vorgegebenen Datenübertragungsrate von über 0 Bit pro Sekunde an die erste Funkempfangseinheit zu senden.
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Bspw. weist die Steuerschaltung ferner eine zweite Funkempfangseinheit zum Empfangen von Signalen von der mindestens einen Zellenelektronikeinheit auf. Analog weist die mindestens eine Zellenelektronikeinheit eine zweite Funksendeeinheit zum Senden der Signale an die zweite Funkempfangseinheit auf.
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Dabei ist die mindestens eine Zellenelektronikeinheit ferner eingerichtet, in dem Betriebsmodus über die zweite Funksendeeinheit eine dritte elektromagnetische Welle mit einer dritten vorgegebenen Datenübertragungsrate von über 0 Bit pro Sekunde an die zweite Funkempfangseinheit zu senden.
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Dabei können die dritte und die zweite Datenübertragungsrate gleich hoch sein.
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Bspw. erfasst die mindestens eine Zellenelektronikeinheit Zellspannung und/oder Zelltemperatur der mindestens einen der Batteriezellen permanent oder in vorgegebenen regelmäßigen Zeitabständen und überwacht somit die Batteriezelle bzw. deren Zustand.
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Beschreibung der Zeichnungen:
- Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Darstellung eine Batterievorrichtung BV mit einem Batteriemanagementsystem BM gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
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Die Batterievorrichtung BV ist in dieser Ausführungsform als eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs ausgeführt und weist dementsprechend eine große Anzahl (bspw. über ein hundert) von Batteriezellen BZ, die in einer Anzahl von Batteriezellengruppen aufgeteilt angeordnet und in den jeweiligen Batteriezellengruppen zueinander in Serie geschaltet sind. Die Batteriezellengruppen sind wiederum zueinander parallel geschaltet. Dabei sind die Batteriezellen BZ bspw. als Li-Ionen Zellen ausgebildet.
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In der Figur ist beispielhaft eine der Batteriezellengruppen mit drei zueinander in Serie geschalteten Batteriezellen BZ abgebildet. Zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Batteriezellen BZ ist jeweils ein Strompfad SP zum Spannungsausgleich vorgesehen (so genannter Balancing-Strompfad). Dabei werden einzelne Batteriezellen BZ gezielt über einen Widerstand entladen.
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Batterievorrichtungen basierend auf Li-Ionen Batteriezellen erfordern einen erhöhten Aufwand bezüglich deren Zustandsüberwachung. Es gilt, kritische Betriebszustände wie z.B. Übertemperaturen, Überströme, Überladung oder Tiefentladungen bei den einzelnen Batteriezellen zu vermeiden. Dazu müssen die genannten Parameter im Betrieb permanent überwacht werden und an eine übergeordnete Kontrolleinheit kommuniziert werden. Die Überwachung muss, zumindest für die Zellspannung, für jede einzelne Batteriezelle erfolgen.
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Um dies zu bewerkstelligen, umfasst das Batteriemanagementsystem BM eine übergeordnete zentrale Steuerschaltung ST zum Überwachen und zum Betreiben der Batterievorrichtung BV bzw. der Batteriezellen BZ. Ferner umfasst das Batteriemanagementsystem BM Zellenelektronikeinheiten ZE, deren Anzahl vorteilhafterweise der Anzahl der Batteriezellen BZ entspricht.
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Dabei ist die Steuerschaltung ST von den Batteriezellen BZ körperlich getrennt bzw. räumlich beabstandet angeordnet.
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Dagegen sind die Zellenelektronikeinheiten ZE jeweils in den jeweiligen Batteriezellen BZ integriert ausgeführt und somit mit diesen jeweils körperlich verbunden und bilden jeweils ein Zellenelektronik-Batteriezelle-Modul.
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Ferner sind die Zellenelektronikeinheiten ZE nicht mit der Steuerschaltung ST elektrisch verbunden. Insb. sind die Zellenelektronikeinheiten ZE von der Steuerschaltung ST galvanisch getrennt ausgeführt. Damit gibt es auch keinerlei (direkte) elektrische Leitungen zwischen der Steuerschaltung ST einerseits und den Zellenelektronikeinheiten ZE andererseits.
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Die Zellenelektronikeinheiten ZE erfassen Zellspannungen, Zelltemperaturen und sonstige relevante Parameter der jeweiligen Batteriezellen BZ und leiten die erfassten Daten an die zentrale Steuerschaltung ST weiter. Ferner erhalten die Zellenelektronikeinheiten ZE von der Steuerschaltung ST Steuerbefehle zum Betreiben der jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ und setzen diese Befehle entsprechend um.
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Hierzu weisen die Zellenelektronikeinheiten ZE Messelektronik zum Messen der Zellspannung, der Zelltemperatur und sonstiger messbaren Parameter der jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ, sowie Steuerelektronik zum Betreiben der jeweiligen Batteriezellen BZ auf. Ferner umfassen die Zellenelektronikeinheiten ZE Schaltungskomponenten, wie z. B. steuerbare Schalter, die der jeweiligen Balancing-Strompfade SP sind und mit denen die Zellenelektronikeinheiten ZE die jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ gezielt einzeln entladen können, um eine Ladungsangleichung der bzw. aller Batteriezellen BZ untereinander sicherzustellen. Darüber hinaus weisen die Zellenelektronikeinheiten ZE jeweils eine erste Funkempfangseinheit FE1 und eine zweite Funksendeeinheit FS2 als Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung (über elektromagnetische Welle) auf, mithilfe von denen die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE über Funkverbindung mit der übergeordneten zentralen Steuerschaltung ST Daten- und Steuersignale DS1, DS2 in Form von elektromagnetischen Wellen austauschen.
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Dabei dienen die ersten Funkempfangseinheiten FE1 in ihrer primären Funktion zum Empfangen der Steuersignale DS1 von der Steuerschaltung ST, wobei die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE die in den jeweiligen Steuersignalen enthaltenen Steuerbefehle umsetzen und die korrespondierenden Batteriezellen BZ entsprechend betreiben. Die zweiten Funksendeeinheiten FS2 dienen zum Senden der Datensignale DS2 der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE an die Steuerschaltung ST.
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Die Steuerschaltung ST überwacht als eine übergeordnete zentrale Kontrolleinheit basierend auf den von den jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE über die Datensignale DS2 gelieferten Daten der jeweiligen Batteriezellen BZ und eigenen Messdaten sowie weiteren ihr zur Verfügung stehenden Betriebsdaten des Fahrzeugs Batteriezustände, wie z. B. Ladezustände (SOC, auf Englisch „State of Charge“) und/oder Alterungszustände (SOH, auf Englisch „State of Health“) der jeweiligen Batteriezellen BZ. Die Steuerschaltung ST übermittelt auch die ermittelten, insb. kritischen, Batteriezustände an eine übergeordnete zentrale Fahrbetriebssteueranordnung des Fahrzeugs.
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Darüber hinaus betreibt die Steuerschaltung ST basierend auf den oben genannten Daten und Betriebsdaten, die von der zentralen Fahrbetriebssteueranordnung bereitgestellt werden, die einzelnen Batteriezellen BZ durch Abgabe von entsprechenden Steuerbefehlen in Form von Steuersignalen DS1 an die entsprechenden Zellenelektronikeinheiten ZE, die die Zellenelektronikeinheiten ZE entsprechend umsetzen und darauf basierend die jeweiligen zugeordneten Batteriezellen BZ gezielt ansteuern.
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Hierzu weist die Steuerschaltung ST neben Schaltungskomponenten, wie z. B. einem Mikrokontroller, eine erste Funksendeeinheit FS1 und eine zweite Funkempfangseinheit FE2 als Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung auf.
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Dabei dient die erste Funksendeeinheit FS1 in ihrer primären Funktion zum Absenden von Daten- bzw. Steuersignalen DS1 der Steuerschaltung ST an alle Zellenelektronikeinheiten ZE, mit denen die Steuerschaltung ST die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE und somit auch die jeweiligen Batteriezellen BZ ansteuert bzw. betreibt.
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Die zweite Funkempfangseinheit FE2 dient zum Empfangen von Datensignalen DS2 von den jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE, anhand deren die Steuerschaltung ST Zustände der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE überwacht, um bei Bedarf entsprechende Maßnahmen einleiten zu können.
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Damit bildet das Batteriemanagementsystem BM ein System, bei dem die Datenübertragung zwischen der Steuerschaltung ST einerseits und den Zellenelektronikeinheiten ZE andererseits ausschließlich über Funkverbindung drahtlos erfolgt.
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Die Funktionsweise des oben beschriebenen Batteriemanagementsystems BM wird nachfolgend näher beschrieben:
- In einem Betriebsmodus überwachen die Zellenelektronikeinheiten ZE Betriebszustände der jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ, indem diese in einer dem Fachmann bekannten Weise die Zellspannung, die Zelltemperatur und sonstiger Parameter der jeweiligen Batteriezellen BZ misst. Die Messdaten senden die Zellenelektronikeinheiten ZE als Datensignale DS2 über die jeweiligen zweiten Funksendeeinheiten FS2 an die übergeordnete zentrale Steuerschaltung ST bzw. an deren zweite Funkempfangseinheit FE2. Darüber hinaus gleichen die Zellenelektronikeinheiten ZE die Zellspannungen der Batteriezellen BZ durch gezieltes Entladen der jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ aus und verhindert somit eine Überladung oder eine Tiefentladung bei den einzelnen Batteriezellen BZ (auf Englisch „Cell Balancing“).
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Die Steuerschaltung ST wertet die von den Zellenelektronikeinheiten ZE übermittelten Messdaten aus und generiert basierend auf die Messdaten und sonstigen zuvor genannten Daten Steuerbefehle. Diese Steuerbefehle sendet die Steuerschaltung ST in Form von Daten- bzw. Steuersignalen DS1 über die erste Funksendeeinheit FS1 an die entsprechenden Zellenelektronikeinheiten ZE, die diese Steuersignale über die jeweiligen ersten Funkempfangseinheiten FE1 empfangen und die darin enthaltenen Steuerbefehle entsprechend umsetzen.
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Dabei erfolgt die Daten- und Steuersignalübertragung mit vergleichsweise geringen Sendeleistungen der jeweiligen Funksendeeinheiten FS1, FS2 bei vorgegebenen Datenübertragungsraten von über 0 Bit pro Sekunde.
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In einem Ruhemodus, in dem das Fahrzeug (nach Ende eines Fahrbetriebs) abgestellt ist, gehen die Batterievorrichtung BV als die Traktionsbatterie und somit deren Batteriezellen BZ ebenfalls in den Ruhemodus, in dem diese keine elektrische Leistung bereitstellen. Dadurch werden die Batteriezellen BZ in dem Ruhemodus vor weiterer Entladung und somit vor einer Tiefentladung geschützt. Analog werden die Zellenelektronikeinheiten ZE in dem Ruhemodus des Fahrzeugs ebenfalls vollständig deaktiviert, sodass diese von den jeweiligen Batteriezellen BZ keine elektrische Leistung mehr entnehmen. In diesem Ruhemodus findet zwischen der Steuerschaltung ST und den Zellenelektronikeinheiten ZE auch keine Datenübertragung statt.
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Wird das Fahrzeug von dem Ruhemodus in einen Betriebsmodus gewechselt, so müssen auch die Batterievorrichtung BV bzw. die Batteriezellen BZ von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus „aufgeweckt“ werden, um die für den Betrieb des Fahrzeugs erforderliche elektrische Leistung bereitstellen zu können. Hierzu müssen wiederum die entsprechenden Zellenelektronikeinheiten ZE von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus „aufgeweckt“ werden, um die jeweiligen Batteriezellen BZ zu betreiben. Da die Zellenelektronikeinheiten ZE sich jedoch noch in dem Ruhemodus befinden, können diese keine elektrische Leistung von den jeweiligen (noch in dem Ruhemodus befindlichen) Batteriezellen BZ aktiv entnehmen.
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Um die Zellenelektronikeinheiten ZE dennoch in den Betriebsmodus „aufwecken“ zu können, sendet die Steuerschaltung ST über die erste Funksendeeinheit FS1 elektromagnetische Leistungswelle EW (also eine elektromagnetische Welle zur Übertragung ausschließlich (hoher) elektrischer Leistung) als ein Wecksignal an die Zellenelektronikeinheiten ZE. Die ersten Funkempfangseinheiten FE1 der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE empfangen die übertragene Leistungswelle EW und leiten die von der Leistungswelle EW gewonnene elektrische Leistung bzw. Energie an die Elektronik der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE weiter.
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Die elektrische Leistung bzw. Energie der elektromagnetischen Leistungswelle EW entnimmt die Steuerschaltung ST bspw. von einer 12 Volt Batterievorrichtung des Fahrzeugs, welche auch während des Ruhemodus des Fahrzeugs nicht komplett abgeschaltet wird, um sicherheitsrelevante Funktionen des Fahrzeugs weiter durchführen zu können.
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Dabei enthält die elektromagnetische Leistungswelle EW vorzugsweise keinerlei Dateninformation und weist somit eine Datenübertragungsrate von 0 Bit pro Sekunde auf. Dagegen ist die in der der elektromagnetischen Leistungswelle EW enthaltene Sendeleistung weit höher als die der zuvor genannten Daten- bzw. Steuersignale DS1, DS2.
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Damit wird mit der elektromagnetischen Leistungswelle EW ausschließlich elektrische Leistung bzw. Energie übertragen, mit der die jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE in den Betriebsmodus „aufwachen“ bzw. wechseln.
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Während des Wechselvorgangs von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus werden die Zellenelektronikeinheiten ZE mit den jeweiligen Batteriezellen BZ elektrisch verbunden und beziehen nach dem Wechselvorgang die für den Betrieb benötigte elektrische Leistung von den jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ.
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Nach Abschluss des Weckvorgangs sind die Zellenelektronikeinheiten ZE somit Betriebs- und Kommunikationsbereit und können mit der Steuerschaltung ST wie oben beschrieben Daten- bzw. Steuersignale DS1, DS2 austauschen. In dem Betriebsmodus findet dann auch keine Leistungs- bzw. Energieübertragung von der Steuerschaltung ST an die Zellenelektronikeinheiten ZE mehr statt. Die für den Betrieb erforderliche elektrische Leistung entnehmen die Zellenelektronikeinheiten ZE anschließend (ausschließlich) von den jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ.
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In diesem Betriebsmodus übernehmen die ersten Funkempfangseinheiten FE1 der Zellenelektronikeinheiten ZE ihre primäre Funktion und erhalten Steuersignale DS1 der Steuerschaltung ST, und leiten diese Signale dann an die Elektronik der jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE weiter. Die Zellenelektronikeinheiten ZE setzen daraufhin die in den jeweiligen Steuersignalen enthaltenen Steuerbefehle um und betreiben somit die jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ entsprechend.
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Soll der Betriebsmodus beendet und das Batteriemanagementsystem BM und somit auch die Zellenelektronikeinheiten ZE wieder in den Ruhemodus gewechselt werden, so sendet die übergeordnete zentrale Steuerschaltung ST ein entsprechendes Steuersignal DS1 an die Zellenelektronikeinheiten ZE. Die Zellenelektronikeinheiten ZE beenden nach Erhalt des Steuersignals DS1 die Aufnahme der elektrischen Leistung von den jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ und gehen somit wieder in den Ruhemodus über. Von dem Ruhemodus werden die Zellenelektronikeinheiten ZE wieder „aufgeweckt“, wenn diese wie oben beschrieben wieder elektrische Leistung über die Leistungswelle EW erhalten.
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Das oben beschriebene Batteriemanagementsystem BM weist folgende Vorteile auf:
- Die vorhandene drahtlose Funkverbindung zwischen der übergeordneten zentralen Steuerschaltung ST einerseits und den batteriezellenseitigen Zellenelektronikeinheiten ZE andererseits über die erste Funksendeeinheit FS1 und die ersten Funkempfangseinheiten FE1 wird im Betriebsmodus zur Übertragung von den Daten-/Steuersignalen DS1, DS2 und in dem Ruhemodus zur Übertragung (ausschließlich) elektrischer Leistung zum Aufwecken der Zellenelektronikeinheiten ZE verwendet.
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Dadurch entfällt der sonst erforderliche hohe Verdrahtungsaufwand zur Herstellung elektrischer Verbindungen zwischen der übergeordneten zentralen Steuerschaltung ST einerseits und den batteriezellenseitigen Zellenelektronikeinheiten ZE andererseits.
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Der Wechsel von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus der Zellenelektronikeinheiten ZE kann auch ohne Leistungsabnahme von den jeweiligen korrespondierenden Batteriezellen BZ erfolgen. Dadurch können die Batteriezellen BZ in dem Ruhemodus vollständig abgeschaltet werden, da diese nicht permanent elektrische Leistungen bereitstellen müssen, um den jeweiligen Zellenelektronikeinheiten ZE einen Wechsel von dem Ruhemodus in den Betriebsmodus zu ermöglichen. Dadurch wird die Entladung der Batteriezellen BZ in dem Ruhemodus reduziert und folglich werden die Batteriezellen BZ vor einer Tiefentladung besser geschützt.
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In dem Ruhemodus können die Zellenelektronikeinheiten ZE vollständig deaktiviert werden, da der Wechsel in den Betriebsmodus durch die Leistungsübertragung jederzeit stattfinden kann.
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Durch die drahtlose Daten- und Leistungsübertragung zwischen der zentralen Steuerschaltung ST einerseits und den Zellenelektronikeinheiten ZE andererseits entfallen die aufwendige elektrische Verdrahtung zwischen der Steuerschaltung ST und den Zellenelektronikeinheiten ZE.
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Die mechanische und elektrische Integration der Zellenelektronikeinheiten ZE in, an oder auf den jeweiligen Batteriezellen BZ kann bereits während der Zellfertigung der Batteriezellen BZ erfolgen, wobei diese als standardisierte Batteriezelle-Zellenelektronik-Module hergestellt werden können. Dadurch wird die Anzahl der zu montierenden Bauteile für den späteren Aufbau der gesamten Batterievorrichtung BV deutlich reduziert. Darüber hinaus können die Batteriezelle-Zellenelektronik-Module als standardisierte Bauteile in einer Massenfertigung kostengünstig hergestellt werden.
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Die Batterievorrichtung BV kann durch einfaches Hinzufügen der bestimmten Anzahl von Batteriezelle-Zellenelektronik-Modulen in ein dafür vorgesehenes Batteriegehäuse ohne einen großen Verdrahtungsaufwand in einfacher Weise und kostengünstig hergestellt werden (die elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen insb. zueinander benachbarten Batteriezellen sind weiterhin erforderlich) . In Summe trägt dies zu einer deutlichen Kostensenkung im Produktionsprozess und einer hervorragenden Flexibilität bei der Realisierung unterschiedlicher Konfiguration der Batterievorrichtung BV.
