DE102018217385A1 - Method for operating a battery module and battery module - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle umfasst, wobei das Managementsystem eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten aufweist, wobei die Steuereinheit abgeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, und wobei ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle verhindert wird während die Steuereinheit abgeschaltet ist, und ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle ermöglicht wird während die Steuereinheit abgeschaltet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle, wobei das Managementsystem eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten aufweist, und das Managementsystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

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The invention relates to a method for operating a battery module in a motor vehicle, the battery module comprising at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell, the management system having a control unit for controlling a switching unit and an integrated circuit for recording measured values , wherein the control unit is switched off when the motor vehicle is recognized as standing, and wherein charging of the at least one battery cell is prevented while the control unit is switched off, and discharging of the at least one battery cell is made possible while the control unit is switched off. The invention also relates to a battery module for a motor vehicle, comprising at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell, the management system having a control unit for controlling a switching unit and an integrated circuit for recording measured values, and the management system for carrying it out of the method according to the invention is set up.
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle umfasst, wobei das Managementsystem eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten aufweist.The invention relates to a method for operating a battery module in a motor vehicle. The invention also relates to a battery module for a motor vehicle, the battery module comprising at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell, the management system having a control unit for controlling a switching unit and an integrated circuit for recording measured values.

Stand der TechnikState of the art

Konventionelle Kraftfahrzeuge weisen einen Antrieb auf, welcher üblicherweise einen Verbrennungsmotor umfasst. Ferner umfassen konventionelle Kraftfahrzeuge einen elektrischen Energiespeicher zur Versorgung eines Anlassers und weiterer Verbraucher sowie einen Generator zum Laden des elektrischen Energiespeichers. Der Energiespeicher umfasst mindestens ein Batteriemodul, welches mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle umfasst.Conventional motor vehicles have a drive, which usually comprises an internal combustion engine. Furthermore, conventional motor vehicles include an electrical energy store for supplying a starter and other consumers, and a generator for charging the electrical energy store. The energy store comprises at least one battery module, which comprises at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell.

Das Managementsystem weist eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit auf. Mittels der Schalteinheit können das Batteriemodul zugeschaltet sowie abgeschaltet werden. Das Managementsystem weist auch einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten auf. Dazu ist der integrierte Schaltkreis mit entsprechenden Sensoren verbunden.The management system has a control unit for controlling a switching unit. The battery module can be switched on and off by means of the switching unit. The management system also has an integrated circuit for recording measured values. For this purpose, the integrated circuit is connected to corresponding sensors.

Um den Verbrauch von elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug zu reduzieren, ist es üblich, aktuell nicht genutzte Module, beispielsweise integrierte Schaltkreise, abzuschalten. Dabei werden die aktuell nicht genutzten Module von einer Versorgungsspannung getrennt. Zum Einschalten eines solchen Moduls wird diesem ein entsprechendes Steuersignal zugeführt, welches auch als Wake-Up-Signal bezeichnet wird.In order to reduce the consumption of electrical energy in a motor vehicle, it is common to switch off modules that are not currently being used, for example integrated circuits. The currently unused modules are separated from a supply voltage. To switch on such a module, a corresponding control signal is supplied to it, which is also referred to as a wake-up signal.

Im Dokument DE 10 2017 107 776 A1 ist ein Batterieüberstromdiagnosesystem für ein Fahrzeug offenbart. Das Diagnosesystem weist eine Traktionsbatterie und eine Steuerung auf. Die Steuerung ist eingerichtet, um einen Überstromzustand der Batterie anzuzeigen. Dabei wird ein Batterie-SOC (State Of Charge) unter Verwendung des Coulomb-Zählverfahrens geschätzt.In the document DE 10 2017 107 776 A1 discloses a battery overcurrent diagnostic system for a vehicle. The diagnostic system has a traction battery and a control. The controller is set up to indicate an overcurrent condition of the battery. A battery SOC (State Of Charge) is estimated using the Coulomb counting method.

Das Dokument DE 10 2014 219 658 A1 offenbart eine einstellbare Fahrzeugtraktionsbatterie-Ladesollwertstrategie, welche die Einstellung des maximalen Batterieladezustand-Sollwerts ermöglicht, der zum Laden der Batterie aus einem Stromdienstnetz verwendet wird. Dabei ist ein Batterie-SOC zu bestimmen. Bevorzugt wird das Batterie-SOC unter Verwendung einer Coulomb-Zählung bestimmt, wenn die Batterie in Betrieb ist. Dabei wird ein Strom gemessen, der während eines vorbestimmten Zeitraums in die oder aus der Batterie strömt.The document DE 10 2014 219 658 A1 discloses an adjustable vehicle traction battery charge setpoint strategy that enables adjustment of the maximum battery charge setpoint used to charge the battery from a power grid. A battery SOC must be determined. Preferably, the battery SOC is determined using a coulomb count when the battery is in operation. A current is measured that flows into or out of the battery for a predetermined period of time.

Das Dokument DE 10 2013 218 627 B3 beschreibt eine Vorrichtung zum Aktivieren eines elektronischen Gerätes, insbesondere eines Steuergerätes in einem Fahrzeug, bei dem einige oder alle Nutzfunktionen temporär deaktiviert sind. Dabei überführt die Vorrichtung das elektronische Gerät nach einem Signalflankenwechsel eines Schaltsignals in einen aktiven Zustand, ohne im Bereitschaftsbetrieb bzw. Ruhezustand des elektronischen Geräts selbst Energie aufzunehmen.The document DE 10 2013 218 627 B3 describes a device for activating an electronic device, in particular a control device in a vehicle, in which some or all useful functions are temporarily deactivated. Here, the device converts the electronic device into an active state after a signal edge change of a switching signal, without consuming energy itself in the standby mode or in the idle state of the electronic device.

Wenn ein Strom durch die Batteriezellen fließt, so findet eine Erwärmung der Batteriezellen statt. Wenn die Batteriezellen durch einen Ladestrom geladen werden, so steigt zusätzlich die Spannung der Batteriezellen. Für einen schonenden Betrieb der Batteriezellen ist es wesentlich, dass eine zu starke Erwärmung bis zu einer Übertemperatur unterbleibt, und dass eine zu hohe Ladung, welche eine Überspannung verursacht, unterbleibt.When a current flows through the battery cells, the battery cells are heated. If the battery cells are charged by a charging current, the voltage of the battery cells also increases. For careful operation of the battery cells, it is essential that excessive heating to an overtemperature does not occur and that too high a charge, which causes an overvoltage, is avoided.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Dabei umfasst das Batteriemodul mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle. Das Managementsystem weist eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten auf. Dazu ist der integrierte Schaltkreis mit entsprechenden Sensoren verbunden. Der integrierte Schaltkreis ist beispielsweise in Form eines ASIC (application-specific integrated circuit) ausgeführt. Die Steuereinheit ist beispielsweise als Microcontroller ausgeführt.A method for operating a battery module in a motor vehicle is proposed. The battery module comprises at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell. The management system has a control unit for controlling a switching unit and an integrated circuit for recording measured values. For this purpose, the integrated circuit is connected to corresponding sensors. The integrated circuit is designed, for example, in the form of an ASIC (application-specific integrated circuit). The control unit is designed, for example, as a microcontroller.

Verfahrensgemäß wird die Steuereinheit abgeschaltet, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird. Dabei wird ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle verhindert während die Steuereinheit abgeschaltet ist, und ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle wird ermöglicht während die Steuereinheit abgeschaltet ist.According to the method, the control unit is switched off when the motor vehicle is recognized as standing. Charging of the at least one battery cell is prevented while the control unit is switched off, and discharging of the at least one battery cell is made possible while the control unit is switched off.

Die Schalteinheit wird dabei von der Steuereinheit derart angesteuert, dass ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle verhindert ist während ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle weiterhin ermöglicht ist. Bei abgeschalteter Steuereinheit kann also ein Entladestrom zur Versorgung andere Verbraucher fließen, jedoch kann kein Ladestrom zum Laden der mindestens einen Batteriezelle fließen.The switching unit is controlled by the control unit in such a way that charging of the at least one battery cell is prevented while discharging the at least one battery cell is still possible. When the control unit is switched off, a discharge current can flow to supply other consumers, but no charging current can flow to charge the at least one battery cell.

Somit verbraucht die Steuereinheit keinen elektrischen Strom, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, also nicht bewegt wird. Dadurch wird elektrische Energie aus den Batteriezellen des Batteriemoduls eingespart. Dadurch, dass kein Ladestrom fließen kann, sind eine Erwärmung der mindestens einen Batteriezelle bis zu einer Übertemperatur sowie eine zu hohe Ladung der mindestens einen Batteriezelle, welche eine Überspannung verursachen könnte, vorteilhaft verhindert während die Steuereinheit abgeschaltet ist. Auch kann ein Laden der mindestens einen Batteriezelle bei tiefen Temperaturen sowie nach einer zuvor erfolgten Tiefentladung, was bei einer Lithium-Ionen-Batterie zu Lithium-Plating führen könnte, vorteilhaft verhindert werden.The control unit thus does not consume any electrical current if the motor vehicle is recognized as standing, ie is not moved. This saves electrical energy from the battery cells of the battery module. Due to the fact that no charging current can flow, heating of the at least one battery cell to an excess temperature and excessive charging of the at least one battery cell, which could cause an overvoltage, are advantageously prevented while the control unit is switched off. Charging of the at least one battery cell at low temperatures and after a deep discharge, which could lead to lithium plating in a lithium-ion battery, can also be advantageously prevented.

Da kein Ladestrom fließen kann ist der Energievorrat in dem Batteriemodul begrenzt und wird nicht erhöht. Bei einem vollgeladenen Batteriemodul kann ein signifikanter Temperaturanstieg bei einer schnellen Entladung auftreten. Bei einem teilgeladenen Batteriemodul ist ein möglicher Temperaturanstieg geringer. Es wird somit sichergestellt, dass ein Temperaturanstieg des Batteriemoduls begrenzt ist und kein sicherheitskritisches Event eintreten kann.Since no charging current can flow, the energy supply in the battery module is limited and is not increased. With a fully charged battery module, a significant rise in temperature can occur during rapid discharge. With a partially charged battery module, a possible temperature rise is less. This ensures that a temperature rise in the battery module is limited and that no safety-critical event can occur.

Dadurch, dass ein Entladestrom weiter fließen kann, ist eine Versorgung anderer Verbraucher, beispielsweise von Steuergeräten oder sicherheitsrelevanten Modulen, weiter möglich während die Steuereinheit abgeschaltet ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei stehendem Kraftfahrzeug nur ein verhältnismäßig geringer Entladestrom fließen kann, so dass durch den Entladestrom insbesondere keine starke Erwärmung der mindestens einen Batteriezelle verursacht wird.Because a discharge current can continue to flow, a supply of other consumers, for example of control devices or safety-relevant modules, is still possible while the control unit is switched off. It is assumed that only a relatively low discharge current can flow when the motor vehicle is stationary, so that the discharge current in particular does not cause the at least one battery cell to become excessively hot.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bleibt der integrierte Schaltkreis zugeschaltet, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird und die Steuereinheit abgeschaltet wird. Somit kann der integrierte Schaltkreis weiterhin Messwerte erfassen während die Steuereinheit abgeschaltet ist und bei Bedarf eine Einschaltung der Steuereinheit veranlassen. Beispielsweise kann die Steuereinheit wieder eingeschaltet werden, wenn der integrierte Schaltkreis einen zu hohen Entladestrom erkennt.According to a preferred embodiment of the invention, the integrated circuit remains switched on when the motor vehicle is recognized as standing and the control unit is switched off. The integrated circuit can thus continue to record measured values while the control unit is switched off and, if necessary, cause the control unit to be switched on. For example, the control unit can be switched on again when the integrated circuit detects an excessively high discharge current.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird das Kraftfahrzeug als stehend erkannt, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis erfasster Messwert eines durch die mindestens eine Batteriezelle fließenden Stroms während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet. Bei dem durch die mindestens eine Batteriezelle fließenden Strom kann es sich dabei um einen Ladestrom ebenso wie um einen Entladestrom handeln.According to a possible embodiment of the invention, the motor vehicle is recognized as standing when a measured value recorded by the integrated circuit of a current flowing through the at least one battery cell falls below a minimum value during a predetermined time interval. The current flowing through the at least one battery cell can be a charging current as well as a discharging current.

Beim Starten des Kraftfahrzeugs fließt ein verhältnismäßig großer Entladestrom durch den Anlasser, welcher den Mindestwert überschreitet. Auch beim Fahren des Kraftfahrzeugs fließen Entladeströme, die den Mindestwert überschreiten, beispielsweise durch Systeme zur Bremsunterstützung und Lenkunterstützung oder Heizungssysteme und Klimaanlagen. Beim Fahren des Kraftfahrzeugs findet auch eine Aufladung der mindestens einen Batteriezelle durch den Generator sowie gegebenenfalls durch Rekuperation statt. Dabei fließen Ladeströme, die den Mindestwert überschreiten. Wenn während des vorgegebenen Zeitintervalls kein nennenswerter Strom durch die mindestens eine Batteriezelle fließt, so finden während dieses Zeitintervalls kein Startvorgang und kein Fahren statt. Somit kann davon ausgegangen werden, dass das Kraftfahrzeug steht und nicht bewegt wird.When the motor vehicle is started, a comparatively large discharge current flows through the starter, which exceeds the minimum value. Discharge currents that exceed the minimum value also flow when the motor vehicle is being driven, for example by systems for brake assistance and steering assistance or heating systems and air conditioning systems. When the motor vehicle is driving, the at least one battery cell is also charged by the generator and, if appropriate, by recuperation. Charging currents flow that exceed the minimum value. If no appreciable current flows through the at least one battery cell during the predetermined time interval, no starting process and no driving take place during this time interval. It can therefore be assumed that the motor vehicle is stationary and is not being moved.

Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird das Kraftfahrzeug als stehend erkannt, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis erfasster Messwert einer Beschleunigung während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet.According to another possible embodiment of the invention, the motor vehicle is recognized as standing when a measured value recorded by the integrated circuit of an acceleration falls below a minimum value during a predetermined time interval.

Beim Fahren des Kraftfahrzeugs finden Beschleunigungsvorgänge und Bremsvorgänge statt, wobei Beschleunigungen auftreten, die den Mindestwert überschreiten. Wenn während des vorgegebenen Zeitintervalls keine nennenswerte Beschleunigung auftritt, so finden während dieses Zeitintervalls kein Beschleunigungsvorgang und kein Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs statt. Somit kann davon ausgegangen werden, dass das Kraftfahrzeug steht und nicht bewegt wird.When the motor vehicle is driving, acceleration processes and braking processes take place, accelerations occurring which exceed the minimum value. If no appreciable acceleration occurs during the predetermined time interval, there is no acceleration or braking of the motor vehicle during this time interval. It can therefore be assumed that the motor vehicle is stationary and is not being moved.

Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird das Kraftfahrzeug als stehend erkannt, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis erfasster Messwert einer Lautstärke während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet.According to a further possible embodiment of the invention, the motor vehicle is recognized as standing when a measured value of a volume recorded by the integrated circuit falls below a minimum value during a predetermined time interval.

Beim Fahren des Kraftfahrzeugs werden Geräusche erzeugt, beispielsweise durch den Verbrennungsmotor und durch das Abrollen der Reifen des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn, die den Mindestwert überschreiten. Wenn während des vorgegebenen Zeitintervalls kein nennenswertes Geräusch auftritt, so kann davon ausgegangen werden, dass das Kraftfahrzeug steht und nicht bewegt wird.When driving the motor vehicle, noises are generated, for example by the internal combustion engine and by the tires of the motor vehicle rolling on the roadway, which exceed the minimum value. If no significant noise occurs during the predetermined time interval, it can be assumed that the motor vehicle is stationary and is not being moved.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Steuereinheit wieder eingeschaltet, wenn das Kraftfahrzeug als fahrend erkannt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schalteinheit bei fahrendem Kraftfahrzeug ansteuerbar ist. Insbesondere wird dabei die Schalteinheit auch von der Steuereinheit derart angesteuert, dass ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle und ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle ermöglicht sind.According to an advantageous development of the invention, the control unit is switched on again when the motor vehicle is recognized as moving. This ensures that the switching unit at driving motor vehicle is controllable. In particular, the switching unit is also controlled by the control unit in such a way that charging of the at least one battery cell and discharging of the at least one battery cell are made possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Steuereinheit nach einer vorgegebenen Zeitdauer wieder eingeschaltet. Diese Wiedereinschaltung der Steuereinheit wird vorzugsweise zyklisch, beispielsweise alle 30 Minuten, einmal durchgeführt. Wenn das Kraftfahrzeug immer noch als stehend erkannt wird und kein nennenswerter Strom durch die mindestens eine Batteriezelle fließt, so wird die Steuereinheit wieder abgeschaltet.According to a further advantageous development of the invention, the control unit is switched on again after a predetermined period of time. This restart of the control unit is preferably carried out cyclically, for example every 30 minutes, once. If the motor vehicle is still recognized as standing and no appreciable current flows through the at least one battery cell, the control unit is switched off again.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Steuereinheit auch eingeschaltet, wenn das Kraftfahrzeug an ein externes Ladegerät zum Aufladen der mindestens einen Batteriezelle angeschlossen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schalteinheit ansteuerbar ist. Insbesondere wird dabei die Schalteinheit von der Steuereinheit derart angesteuert, dass ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle durch einen Ladestrom von dem externen Ladegerät ermöglicht ist.According to a further advantageous development of the invention, the control unit is also switched on when the motor vehicle is connected to an external charger for charging the at least one battery cell. This ensures that the switching unit can be controlled. In particular, the switching unit is controlled by the control unit in such a way that charging of the at least one battery cell is made possible by a charging current from the external charger.

Es wird auch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Batteriemodul umfasst dabei mindestens eine Batteriezelle und ein Managementsystem zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle. Dabei weist das Managementsystem eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Schalteinheit und einen integrierten Schaltkreis zur Erfassung von Messwerten auf. Dazu ist der integrierte Schaltkreis mit entsprechenden Sensoren verbunden. Der integrierte Schaltkreis ist beispielsweise in Form eines ASIC (application-specific integrated circuit) ausgeführt.A battery module for a motor vehicle is also proposed. The battery module comprises at least one battery cell and a management system for controlling and monitoring the at least one battery cell. The management system has a control unit for controlling a switching unit and an integrated circuit for recording measured values. For this purpose, the integrated circuit is connected to corresponding sensors. The integrated circuit is designed, for example, in the form of an ASIC (application-specific integrated circuit).

Erfindungsgemäß ist das Managementsystem des Batteriemoduls zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Das Managementsystem ist also dazu eingerichtet, die Steuereinheit abzuschalten, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, wobei gleichzeitig ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle verhindert ist während die Steuereinheit abgeschaltet ist, und ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle wird ermöglicht ist während die Steuereinheit abgeschaltet ist. Somit kann bei abgeschalteter Steuereinheit ein Entladestrom zur Versorgung andere Verbraucher fließen, jedoch kann kein Ladestrom zum Laden der mindestens einen Batteriezelle fließen.According to the invention, the management system of the battery module is set up to carry out the method according to the invention. The management system is therefore set up to switch off the control unit when the motor vehicle is recognized as standing, at the same time preventing charging of the at least one battery cell while the control unit is switched off, and allowing the at least one battery cell to be discharged while the control unit is switched off . Thus, when the control unit is switched off, a discharge current can flow to supply other consumers, but no charge current can flow to charge the at least one battery cell.

Vorzugsweise ist die Schalteinheit elektrisch seriell zu der mindestens einen Batteriezelle geschaltet. Vorteilhaft ist die Schalteinheit von der Steuereinheit derart ansteuerbar, dass ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle verhindert ist während ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle ermöglicht ist.The switching unit is preferably connected electrically in series with the at least one battery cell. The switching unit can advantageously be controlled by the control unit such that charging of the at least one battery cell is prevented while discharging the at least one battery cell is made possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinheit zwei elektrisch seriell geschaltete ansteuerbare Schalter auf, wobei jeweils eine Diode elektrisch parallel zu jedem der beiden Schalter geschaltet ist. Dabei sind die beiden Dioden elektrisch antiseriell geschaltet. Das bedeutet, dass eine der beiden Dioden für den Ladestrom der mindestens einen Batteriezelle durchlässig ist und den Entladestrom sperrt, während die andere der beiden Dioden für den Entladestrom der mindestens einen Batteriezelle durchlässig ist und den Ladestrom sperrt.According to an advantageous embodiment of the invention, the switching unit has two electrically serially controllable switches, one diode being electrically connected in parallel to each of the two switches. The two diodes are electrically connected in series. This means that one of the two diodes is permeable to the charging current of the at least one battery cell and blocks the discharge current, while the other of the two diodes is permeable to the discharge current of the at least one battery cell and blocks the charging current.

Bei den Schaltern handelt es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden parallel zu den MOSFET-Transistoren zu schalten. Bei den Schaltern kann es sich beispielsweise auch um ansteuerbare Relais handeln.The switches are, for example, semiconductor switches, in particular MOSFET transistors. The diodes can be body diodes belonging to the MOSFET transistors. However, it is also conceivable to connect discrete diodes in parallel to the MOSFET transistors. The switches can also be controllable relays, for example.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Dadurch, dass die Steuereinheit bei stehendem Kraftfahrzeug keinen elektrischen Strom verbraucht wird vorteilhaft elektrische Energie aus den Batteriezellen des Batteriemoduls eingespart. Es fließt also ein deutlicher verringerter Ruhestrom durch das Batteriemodul, wodurch die Batteriezellen langsamer entladen werden. Dadurch verbleibt eine höhere Menge an elektrischer Energie in dem Batteriemodul, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug für einen Zeitraum von mehreren Tagen oder mehreren Wochen nicht bewegt wird. Somit ist auch nach längeren Stillstandszeiten des Kraftfahrzeugs noch ein Startvorgang durch den Anlasser möglich. Trotzdem ist eine Versorgung anderer Verbraucher, insbesondere von Steuergeräten sowie von sicherheitsrelevanten Modulen, weiter möglich während die Steuereinheit abgeschaltet ist. Da kein Ladestrom fließen kann, während die Steuereinheit abgeschaltet ist, sind eine Erwärmung der Batteriezellen bis zu einer Übertemperatur sowie eine zu hohe Ladung der Batteriezellen, welche eine Überspannung verursachen könnte, vorteilhaft verhindert. Somit werden alle wesentlichen Sicherheitsziele beim Betrieb des Kraftfahrzeugs erreicht.The fact that the control unit does not consume any electrical current when the motor vehicle is stationary advantageously saves electrical energy from the battery cells of the battery module. A significantly reduced quiescent current therefore flows through the battery module, as a result of which the battery cells are discharged more slowly. As a result, a higher amount of electrical energy remains in the battery module, for example if the motor vehicle is not moved for a period of several days or several weeks. This means that the starter can still start even after long periods of inactivity. Nevertheless, it is still possible to supply other consumers, in particular control units and safety-relevant modules, while the control unit is switched off. Since no charging current can flow while the control unit is switched off, heating of the battery cells to an excess temperature and excessive charging of the battery cells, which could cause an overvoltage, are advantageously prevented. In this way, all the essential safety goals are achieved in the operation of the motor vehicle.

FigurenlisteFigure list

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls und
  • 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb eines Batteriemoduls.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a battery module and
  • 2nd is a schematic representation of a method for operating a battery module.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, and a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 5 Das Batteriemodul 5 weist mehrere Batteriezellen 2 auf. Die Batteriezellen 2 sind innerhalb des Batteriemoduls 5 vorliegend elektrisch seriell verschaltet. Die Batteriezellen 2 können innerhalb des Batteriemoduls 5 beispielsweise auch parallel verschaltet sein. 1 shows a schematic representation of a battery module 5 The battery module 5 has multiple battery cells 2nd on. The battery cells 2nd are inside the battery module 5 in the present case electrically connected in series. The battery cells 2nd can inside the battery module 5 for example, can also be connected in parallel.

Jede Batteriezelle 2 des Batteriemoduls 5 umfasst eine Elektrodeneinheit, welche jeweils eine Anode und eine Kathode aufweist. Die Anode der Elektrodeneinheit ist mit einem negativen Terminal der Batteriezelle 2 verbunden. Die Kathode der Elektrodeneinheit ist mit einem positiven Terminal der Batteriezelle 2 verbunden. Zur seriellen Verschaltung der Batteriezellen 2 innerhalb des Batteriemoduls 5 ist jeweils das negative Terminal einer Batteriezelle 2 mit dem positiven Terminal der benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden.Every battery cell 2nd of the battery module 5 comprises an electrode unit, each having an anode and a cathode. The anode of the electrode unit is with a negative terminal of the battery cell 2nd connected. The cathode of the electrode unit is with a positive terminal of the battery cell 2nd connected. For the serial connection of the battery cells 2nd inside the battery module 5 is the negative terminal of a battery cell 2nd with the positive terminal of the neighboring battery cell 2nd electrically connected.

Das Batteriemodul 5 umfasst einen negativen Pol 21 und einen positiven Pol 22. Wenn ein Ladestrom von dem positiven Pol 22 durch die Batteriezellen 2 zu dem negativen Pol 21 fließt, so werden die Batteriezellen 2 geladen. Wenn ein Entladestrom von dem negativen Pol 21 durch die Batteriezellen 2 zu dem positiven Pol 22 fließt, so werden die Batteriezellen 2 entladen.The battery module 5 includes a negative pole 21 and a positive pole 22 . If a charging current from the positive pole 22 through the battery cells 2nd to the negative pole 21 flows, so will the battery cells 2nd loaded. If a discharge current from the negative pole 21 through the battery cells 2nd to the positive pole 22 flows, so will the battery cells 2nd unload.

Das Batteriemodul 5 umfasst eine Schalteinheit 60, die elektrisch seriell zu den Batteriezellen 2 geschaltet ist. Die Schalteinheit 60 weist einen ersten Schalter 61 und einen zweiten Schalter 62 auf, welche elektrisch seriell geschaltet sind. Die Schalteinheit 60 weist ferner eine erste Diode 63, die elektrisch parallel zu dem ersten Schalter 61 geschaltet ist, und eine zweite Diode 64, die elektrisch parallel zu dem zweiten Schalter 62 geschaltet ist, auf.The battery module 5 includes a switching unit 60 that are electrically serial to the battery cells 2nd is switched. The switching unit 60 has a first switch 61 and a second switch 62 on which are electrically connected in series. The switching unit 60 also has a first diode 63 that are electrically parallel to the first switch 61 is switched, and a second diode 64 that are electrically parallel to the second switch 62 is switched on.

Bei den Schaltern 61, 62 handelt es sich beispielsweise um ansteuerbare Halbleiterschalter, insbesondere um MOSFET-Transistoren. Bei den Dioden 63, 64 kann es sich um den MOSFET-Transistoren zugehörige Body-Dioden handeln. Es ist aber auch denkbar, diskrete Dioden 63, 64 parallel zu den beiden MOSFET-Transistoren zu schalten.At the counters 61 , 62 it is, for example, controllable semiconductor switches, in particular MOSFET transistors. With the diodes 63 , 64 can be body diodes associated with the MOSFET transistors. But it is also conceivable to use discrete diodes 63 , 64 to be connected in parallel to the two MOSFET transistors.

Die beiden Dioden 63, 64 sind elektrisch antiseriell geschaltet. Vorliegend ist die erste Diode 63 für den Entladestrom der Batteriezellen 2 durchlässig und sperrt den Ladestrom. Die zweite Diode 64 ist für den Ladestrom der Batteriezellen 2 durchlässig und sperrt den Entladestrom.The two diodes 63 , 64 are electrically connected antiserially. The first diode is present 63 for the discharge current of the battery cells 2nd permeable and blocks the charging current. The second diode 64 is for the charging current of the battery cells 2nd permeable and blocks the discharge current.

Das Batteriemodul 5 umfasst auch ein Managementsystem 30 zum Steuern und Überwachen der Batteriezellen 2. Das Managementsystem 30 weist eine Steuereinheit 32 zur Ansteuerung der Schalteinheit 60 auf. Die Steuereinheit 32 ist beispielsweise als Microcontroller ausgeführt. Auch weist das Managementsystem 30 einen integrierten Schaltkreis 34 zur Erfassung von Messwerten auf. Der integrierte Schaltkreis 34 ist beispielsweise in Form eines ASIC (application-specific integrated circuit) ausgeführt.The battery module 5 also includes a management system 30th for controlling and monitoring the battery cells 2nd . The management system 30th has a control unit 32 to control the switching unit 60 on. The control unit 32 is designed as a microcontroller, for example. The management system also points 30th an integrated circuit 34 for the acquisition of measured values. The integrated circuit 34 is designed for example in the form of an ASIC (application-specific integrated circuit).

Das Managementsystem 30 weist ferner einen Signalgenerator 36 auf. Der Signalgenerator 36 generiert zyklisch, beispielsweise alle 30 Minuten, ein Wake-Up-Signal zum Einschalten der Steuereinheit 32.The management system 30th also has a signal generator 36 on. The signal generator 36 generates a wake-up signal cyclically, for example every 30 minutes, to switch on the control unit 32 .

Durch entsprechende Ansteuerung kann die Steuereinheit 32 die Schalter 61, 62 der Schalteinheit 60 separat öffnen sowie schließen. Wenn beide Schalter 61, 62 geschlossen sind, so kann ein Ladestrom ebenso wie ein Entladestrom fließen. Wenn beide Schalter 61, 62 offen sind, so kann weder ein Ladestrom noch ein Entladestrom fließen.The control unit can be activated by appropriate control 32 the switches 61 , 62 the switching unit 60 open and close separately. If both switches 61 , 62 are closed, a charging current as well as a discharging current can flow. If both switches 61 , 62 are open, neither a charging current nor a discharging current can flow.

Wenn der erste Schalter 61 geschlossen ist und der zweite Schalter 62 offen ist, so kann ein Ladestrom über die zweite Diode 64 und den ersten Schalter 61 fließen. Es kann aber kein Entladestrom fließen. Wenn der zweite Schalter 62 geschlossen ist und der erste Schalter 61 offen ist, so kann ein Entladestrom über die erste Diode 63 und den zweiten Schalter 62 fließen. Es kann aber kein Ladestrom fließen.If the first switch 61 is closed and the second switch 62 is open, a charging current can go through the second diode 64 and the first switch 61 flow. However, no discharge current can flow. If the second switch 62 is closed and the first switch 61 is open, a discharge current can flow through the first diode 63 and the second switch 62 flow. However, no charging current can flow.

Das Batteriemodul 5 umfasst ferner hier nicht dargestellte Sensoren zur Ermittlung von Daten des Batteriemoduls 5. Der integrierte Schaltkreis 34 ist mit den besagten Sensoren verbunden.The battery module 5 also includes sensors, not shown here, for determining data of the battery module 5 . The integrated circuit 34 is connected to said sensors.

Beispielsweise umfasst das Batteriemodul 5 einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur der Batteriezellen 5. Ferner umfasst das Batteriemodul 5 einen Spannungssensor zur Messung einer Ausgangsspannung des Batteriemoduls 5 zwischen dem positiven Pol 22 und dem negativen Pol 21. Auch umfasst das Batteriemodul 5 einen Beschleunigungssensor zur Messung einer Beschleunigung und einen Akustiksensor zur Messung einer Lautstärke.For example, includes the battery module 5 a temperature sensor for measuring a temperature of the battery cells 5 . The battery module further comprises 5 a voltage sensor for measuring an output voltage of the battery module 5 between the positive pole 22 and the negative pole 21 . Also includes the battery module 5 an acceleration sensor for measuring a Acceleration and an acoustic sensor to measure a volume.

Das Batteriemodul 5 umfasst insbesondere einen Stromsensor zur Messung eines durch die Batteriezellen 2 fließenden Stroms und einen Ladungszähler, welcher auch als Coulomb-Counter bezeichnet wird, zur Ermittlung von in die Batteriezellen 2 hinein sowie aus den Batteriezellen 2 herausfließender elektrischer Ladung. Der Ladungszähler integriert dabei den durch die Batteriezellen 2 fließenden Strom über die Zeit.The battery module 5 includes in particular a current sensor for measuring a through the battery cells 2nd flowing current and a charge counter, which is also referred to as a coulomb counter, for determining in the battery cells 2nd inside and out of the battery cells 2nd electrical charge flowing out. The charge counter integrates the through the battery cells 2nd flowing current over time.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb des Batteriemoduls 5 in einem Kraftfahrzeug. In einem Startschritt 101 ist das Kraftfahrzeug mit dem Batteriemodul 5 aktiv. 2nd shows a schematic representation of a method for operating the battery module 5 in a motor vehicle. In one step 101 is the motor vehicle with the battery module 5 active.

In einem Schritt 102 wird geprüft, ob das Kraftfahrzeug steht. Dies kann mit Hilfe verschiedener Sensoren des Batteriemoduls 5 geprüft werden, beispielsweise mittels des Beschleunigungssensors oder des Akustiksensors. Insbesondere kann jedoch mittels des Stromsensors sowie des Ladungszählers geprüft werden, ob das Kraftfahrzeug steht. Insbesondere wird das Kraftfahrzeug als stehend erkannt, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis 34 erfasster Messwert des Stromsensors während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet.In one step 102 it is checked whether the motor vehicle is stationary. This can be done with the help of various sensors of the battery module 5 be checked, for example by means of the acceleration sensor or the acoustic sensor. In particular, however, the current sensor and the charge counter can be used to check whether the motor vehicle is stationary. In particular, the motor vehicle is recognized as standing when one of the integrated circuits 34 measured value of the current sensor falls below a minimum value during a predetermined time interval.

Wenn das Kraftfahrzeug nicht als stehend, sondern als fahrend erkannt wird, so erfolgt in einem Schritt 103 ein gewöhnlicher Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, wobei die Steuereinheit 32 zugeschaltet bleibt. Dabei sind der erste Schalter 61 und der zweite Schalter 62 der Schalteinheit 60 geschlossen, so dass ein Ladestrom ebenso wie ein Entladestrom fließen kann.If the motor vehicle is recognized as moving rather than stationary, then this is done in one step 103 a normal driving operation of the motor vehicle, the control unit 32 remains switched on. Here are the first switch 61 and the second switch 62 the switching unit 60 closed, so that a charging current as well as a discharging current can flow.

Wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, so wird in einem Schritt 104 durch einen entsprechenden Schaltbefehl der Steuereinheit 32 der erste Schalter 61 der Schalteinheit 60 geöffnet. So kann immer noch ein Entladestrom über die erste Diode 63 und den geschlossenen zweiten Schalter 62 fließen. Es kann aber kein Ladestrom fließen.If the motor vehicle is recognized as standing, then in one step 104 by a corresponding switching command from the control unit 32 the first switch 61 the switching unit 60 open. So there can still be a discharge current through the first diode 63 and the closed second switch 62 flow. However, no charging current can flow.

In einem Schritt 105 wird anschließend die Steuereinheit 32 abgeschaltet. Dabei bleibt der integrierte Schaltkreis 34 zugeschaltet Somit kann der integrierte Schaltkreis 34 weiterhin Messwerte erfassen während die Steuereinheit 32 abgeschaltet ist. Bei Bedarf kann somit eine Einschaltung der Steuereinheit 32 veranlasst werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit 32 wieder eingeschaltet werden, wenn der integrierte Schaltkreis 34 einen zu hohen Entladestrom erkennt.In one step 105 then becomes the control unit 32 switched off. The integrated circuit remains 34 This enables the integrated circuit 34 continue to acquire readings while the control unit 32 is switched off. If necessary, the control unit can thus be switched on 32 be initiated. For example, the control unit 32 to be turned on again when the integrated circuit 34 detects a discharge current that is too high.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, a large number of modifications are possible within the scope specified by the claims, which lie within the framework of professional action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017107776 A1 [0005]DE 102017107776 A1 [0005]
  • DE 102014219658 A1 [0006]DE 102014219658 A1 [0006]
  • DE 102013218627 B3 [0007]DE 102013218627 B3 [0007]

Claims (11)

Verfahren zum Betrieb eines Batteriemoduls (5) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul (5) mindestens eine Batteriezelle (2) und ein Managementsystem (30) zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2) umfasst, wobei das Managementsystem (30) eine Steuereinheit (32) zur Ansteuerung einer Schalteinheit (60) und einen integrierten Schaltkreis (34) zur Erfassung von Messwerten aufweist, wobei die Steuereinheit (32) abgeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, und wobei ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle (2) verhindert wird während die Steuereinheit (32) abgeschaltet ist, und ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle (2) ermöglicht wird während die Steuereinheit (32) abgeschaltet ist.Method for operating a battery module (5) in a motor vehicle, the battery module (5) comprising at least one battery cell (2) and a management system (30) for controlling and monitoring the at least one battery cell (2), wherein the management system (30) has a control unit (32) for controlling a switching unit (60) and an integrated circuit (34) for recording measured values, wherein the control unit (32) is switched off when the motor vehicle is recognized as standing, and wherein charging of the at least one battery cell (2) is prevented while the control unit (32) is switched off, and the at least one battery cell (2) can be discharged while the control unit (32) is switched off. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der integrierte Schaltkreis (34) zugeschaltet bleibt, wenn das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird.Procedure according to Claim 1 The integrated circuit (34) remains switched on when the motor vehicle is recognized as standing. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis (34) erfasster Messwert eines durch die mindestens eine Batteriezelle (2) fließenden Stroms während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle is recognized as standing when a measured value detected by the integrated circuit (34) of a current flowing through the at least one battery cell (2) falls below a minimum value during a predetermined time interval. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis (34) erfasster Messwert einer Beschleunigung während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert u ntersch reitet.Method according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle is recognized as standing when a measured value of an acceleration detected by the integrated circuit (34) falls below a minimum value during a predetermined time interval. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug als stehend erkannt wird, wenn ein von dem integrierten Schaltkreis (34) erfasster Messwert einer Lautstärke während eines vorgegebenen Zeitintervalls einen Mindestwert unterschreitet.Method according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle is recognized as standing when a measured value of a volume detected by the integrated circuit (34) falls below a minimum value during a predetermined time interval. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (32) eingeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug als fahrend erkannt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the control unit (32) is switched on when the motor vehicle is recognized as moving. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (32) nach einer vorgegebenen Zeitdauer eingeschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the control unit (32) is switched on after a predetermined period of time. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (32) eingeschaltet wird, wenn das Kraftfahrzeug an ein externes Ladegerät zum Aufladen der mindestens einen Batteriezelle (2) angeschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the control unit (32) is switched on when the motor vehicle is connected to an external charger for charging the at least one battery cell (2). Batteriemodul (5) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Batteriezelle (2) und ein Managementsystem (30) zum Steuern und Überwachen der mindestens einen Batteriezelle (2), wobei das Managementsystem (30) eine Steuereinheit (32) zur Ansteuerung einer Schalteinheit (60) und einen integrierten Schaltkreis (34) zur Erfassung von Messwerten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Managementsystem (30) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist.Battery module (5) for a motor vehicle, comprising at least one battery cell (2) and a management system (30) for controlling and monitoring the at least one battery cell (2), the management system (30) comprising a control unit (32) for controlling a switching unit (60 ) and an integrated circuit (34) for recording measured values, characterized in that the management system (30) is set up to carry out the method according to one of the preceding claims. Batteriemodul (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) elektrisch seriell zu der mindestens einen Batteriezelle (2) geschaltet ist und von der Steuereinheit (32) derart ansteuerbar ist, dass ein Aufladen der mindestens einen Batteriezelle (2) verhindert ist während ein Entladen der mindestens einen Batteriezelle (2) ermöglicht ist.Battery module (5) after Claim 10 , characterized in that the switching unit (60) is electrically connected in series with the at least one battery cell (2) and can be controlled by the control unit (32) in such a way that charging of the at least one battery cell (2) is prevented while the at least one is discharging a battery cell (2) is made possible. Batteriemodul (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (60) zwei elektrisch seriell geschaltete Schalter (61, 62) aufweist, wobei jeweils eine Diode (63, 64) elektrisch parallel zu jedem der Schalter (61, 62) geschaltet ist, und wobei die Dioden (63, 64) elektrisch antiseriell geschaltet sind.Battery module (5) according to one of the Claims 9 to 10th , characterized in that the switching unit (60) has two electrically series-connected switches (61, 62), a respective diode (63, 64) being electrically connected in parallel with each of the switches (61, 62), and the diodes ( 63, 64) are electrically connected antiserially.
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